本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行評估技術(shù)，尤其是涉及一種將電網(wǎng)整體脆弱性進(jìn)行量化的綜合評價方法。
背景技術(shù)：
：近年來，國內(nèi)外電力系統(tǒng)發(fā)生了多起由電壓崩潰引起的電力系統(tǒng)大停電事故，如2003年的美加大停電、2012年印度大停電和2015年的巴基斯坦大停電等，引起了全世界范圍內(nèi)電力研究人員對于電網(wǎng)脆弱性問題的廣泛關(guān)注。脆弱環(huán)節(jié)對故障的傳播以及連鎖故障的發(fā)生起著推波助瀾的作用，嚴(yán)重危及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，如何制定有效的電網(wǎng)脆弱性量化指標(biāo)，已經(jīng)成了電網(wǎng)安全性領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。目前脆弱性理論的研究中，節(jié)點(diǎn)的綜合脆弱性評價方法是通過結(jié)構(gòu)脆弱性、狀態(tài)脆弱性評價結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)融合構(gòu)造所得，理論已相對成熟，但是評價電網(wǎng)整體脆弱性的方法多是基于效用理論或者是將所有節(jié)點(diǎn)的脆弱性進(jìn)行加和，這些方法雖然能夠評價出電網(wǎng)整體的平均脆弱性，但是卻無法評價出脆弱性分布的均衡程度；也有文獻(xiàn)采用基尼系數(shù)評估電網(wǎng)脆弱性的均衡程度，但是卻無法評價出電網(wǎng)整體的平均脆弱性等缺點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對電網(wǎng)整體脆弱性評估中的不足，本發(fā)明的目的是提供了一種電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價方法，將效用理論和基尼系數(shù)相互結(jié)合后，能使得優(yōu)化出的電網(wǎng)規(guī)劃方案具有盡可能好的脆弱性平均水平和盡可能均衡的分布。該評價指標(biāo)還結(jié)合了聚類算法，依據(jù)系統(tǒng)的綜合脆弱性指標(biāo)將電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)自動聚類為從“極度脆弱”至“極度不脆弱”的幾類，對每一類節(jié)點(diǎn)單獨(dú)賦予權(quán)重，使得計算結(jié)果更加精確。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：假設(shè)電網(wǎng)中有n個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，基于計算所得的節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)，采用PAM聚類算法，以Homogeneity-Separation(HS)指標(biāo)為有效性指標(biāo)，將電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，將節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)劃分為k類，得到節(jié)點(diǎn)脆弱性等級最優(yōu)劃分方案。一種電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價方法，包括以下步驟：步驟1，輸入各節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別為：節(jié)點(diǎn)名稱和相應(yīng)的脆弱性指標(biāo)。步驟2，利用PAM聚類算法和HS有效性指標(biāo)對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，即基于步驟1中的節(jié)點(diǎn)脆弱性指標(biāo)，采用PAM聚類算法，以Homogeneity-Separation指標(biāo)為有效性指標(biāo)，將電網(wǎng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)脆弱性指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行聚類分析，得到節(jié)點(diǎn)脆弱性等級的最佳分類數(shù)k，最后，將節(jié)點(diǎn)脆弱性指標(biāo)劃分為k類，具體包括：步驟201、實(shí)驗(yàn)中脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分方案k的范圍為[2,kmax]，根據(jù)普遍使用的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則取kmax＝Int(n)；步驟202、由計算所得的狀態(tài)脆弱性指標(biāo)數(shù)據(jù)集從kmin循環(huán)至kmax調(diào)用PAM聚類算法，以HS有效性指標(biāo)為評價標(biāo)準(zhǔn)對每個聚類結(jié)果進(jìn)行評估；步驟203、比較各個HS指標(biāo)值，取對應(yīng)HS指標(biāo)值最大的聚類數(shù)作為最佳分類數(shù)K。步驟204、輸出最佳分類數(shù)K和聚類結(jié)果。本步驟中，PAM聚類算法在脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分方面的應(yīng)用以確定的電網(wǎng)的脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分?jǐn)?shù)k為前提對脆弱性指標(biāo)進(jìn)行分塊劃分的。在實(shí)際應(yīng)用中，k是難以界定的。選擇以類內(nèi)類間劃分Homogeneity-Separation(HS)評價指標(biāo)來確定脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分的最佳分類數(shù)。評價的過程實(shí)為一優(yōu)化過程，HS指標(biāo)值越大，表明聚類質(zhì)量越高。通過不斷地進(jìn)行計算直至HS指標(biāo)最大值的出現(xiàn)，其對應(yīng)的聚類數(shù)作為脆弱性指標(biāo)的最佳分類數(shù)K。步驟3，在步驟2的基礎(chǔ)上，計算電網(wǎng)整體脆弱性均值，以及計算電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度；步驟4，基于步驟3得到的電網(wǎng)整體脆弱性均值和電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度建立電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)：V=ωλλ‾+ωGG]]>其中，電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度G，電網(wǎng)整體脆弱性均值ωλ表示電網(wǎng)整體平均脆弱性指標(biāo)的權(quán)重，ωG表示電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)的權(quán)重。在上述的一種電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價方法，利用效用理論計算電網(wǎng)整體脆弱性均值假設(shè)某電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的集合為S，共有N個節(jié)點(diǎn)，依照上述聚類方法，依照綜合脆弱性可聚類為K類，將這K個集合從“極度不脆弱”至“極度脆弱”分別命名為S1,S2,..,SK。其中，集合S1有n1個節(jié)點(diǎn)，集合S2有n2個節(jié)點(diǎn)，依次類推，集合SK有nK個節(jié)點(diǎn)。分別計算集合S1～SK的聚類中心CS1～CSK，然后依據(jù)每個集合所有節(jié)點(diǎn)的脆弱性總和占電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的脆弱性總和的比例分配權(quán)重AS1～ASK，計算公式如下：ASj=Σi∈SjλiΣi∈Sλi---(1)]]>式中，λi表示節(jié)點(diǎn)i的綜合脆弱性，S表示電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合，Sj表示電網(wǎng)聚類后K個集合中的第j個。電網(wǎng)整體脆弱性均值的計算公式如下：λ‾=Σj=1KASjCSj---(2)]]>其中，CS1,CS2,…,CSn分別表示將綜合脆弱性可聚類為K類后，每個聚類集合中綜合脆弱性的平均值。在上述的一種電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價方法，利用基尼系數(shù)計算電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度G。計算節(jié)點(diǎn)綜合脆弱性的基尼系數(shù)，各節(jié)點(diǎn)為單獨(dú)個體，即一個節(jié)點(diǎn)為一組。將集合S1～SK的節(jié)點(diǎn)先按照綜合脆弱性從小到大進(jìn)行排序，然后按式(7)計算每個集合的基尼系數(shù)GS1～GSK。G=1-1n(2Σi=1n-1Wi+1)---(3)]]>該公式的實(shí)質(zhì)是利用定積分的定義，將對洛倫茲曲線的積分分成n個等高梯形的面積之和。基尼系數(shù)計算時需要注意兩個問題：(1)要先對數(shù)據(jù)從低到高進(jìn)行排序；(2)分組計算時，一般應(yīng)使組距相等。為了使結(jié)果具有可比性，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)條件類似，并使用相同的算法。則電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度G為：G=Σj=1KASjGSj---(4)]]>在上述的一種電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價方法，基于層次分析法(AHP法)確定兩種指標(biāo)的權(quán)重ωλ和ωG，建立最終的電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)計算公式為：V=ωλλ‾+ωGG---(5)]]>其中，ωλ表示電網(wǎng)整體平均脆弱性指標(biāo)的權(quán)重，ωG表示電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)的權(quán)重。電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)V越大，表示電網(wǎng)脆弱性水平越高，電網(wǎng)脆弱性越不均衡，電網(wǎng)越脆弱；反之，電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)V越小，表示電網(wǎng)脆弱性水平越低，電網(wǎng)脆弱性越均衡，電網(wǎng)越強(qiáng)壯。附圖說明圖1是本發(fā)明的一種工作流程圖。具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。本發(fā)明提供一種電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價方法，具體包括：步驟1，輸入各節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別為：節(jié)點(diǎn)名稱和相應(yīng)的脆弱性指標(biāo)。步驟2，利用PAM聚類算法和HS有效性指標(biāo)對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，即基于步驟1中的節(jié)點(diǎn)脆弱性指標(biāo)，采用PAM聚類算法，以Homogeneity-Separation指標(biāo)為有效性指標(biāo)，將電網(wǎng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)脆弱性指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行聚類分析，得到節(jié)點(diǎn)脆弱性等級的最佳分類數(shù)k，最后，將節(jié)點(diǎn)脆弱性指標(biāo)劃分為k類，具體包括：步驟201、實(shí)驗(yàn)中脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分方案k的范圍為[2,kmax]，根據(jù)普遍使用的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則取kmax＝Int(n)；步驟202、由計算所得的狀態(tài)脆弱性指標(biāo)數(shù)據(jù)集從kmin循環(huán)至kmax調(diào)用PAM聚類算法，以HS有效性指標(biāo)為評價標(biāo)準(zhǔn)對每個聚類結(jié)果進(jìn)行評估；步驟203、比較各個HS指標(biāo)值，取對應(yīng)HS指標(biāo)值最大的聚類數(shù)作為最佳分類數(shù)K。步驟204、輸出最佳分類數(shù)K和聚類結(jié)果。本步驟中，PAM聚類算法在脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分方面的應(yīng)用以確定的電網(wǎng)的脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分?jǐn)?shù)k為前提對脆弱性指標(biāo)進(jìn)行分塊劃分的。在實(shí)際應(yīng)用中，k是難以界定的。選擇以類內(nèi)類間劃分Homogeneity-Separation(HS)評價指標(biāo)來確定脆弱節(jié)點(diǎn)等級劃分的最佳分類數(shù)。評價的過程實(shí)為一優(yōu)化過程，HS指標(biāo)值越大，表明聚類質(zhì)量越高。通過不斷地進(jìn)行計算直至HS指標(biāo)最大值的出現(xiàn)，其對應(yīng)的聚類數(shù)作為脆弱性指標(biāo)的最佳分類數(shù)K。步驟3，在步驟2的基礎(chǔ)上，計算電網(wǎng)整體脆弱性均值，以及計算電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度；具體包括：(1)利用效用理論計算電網(wǎng)整體脆弱性均值假設(shè)某電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的集合為S，共有N個節(jié)點(diǎn)，依照上述聚類方法，依照綜合脆弱性可聚類為K類，將這K個集合從“極度不脆弱”至“極度脆弱”分別命名為S1,S2,..,SK。其中，集合S1有n1個節(jié)點(diǎn)，集合S2有n2個節(jié)點(diǎn)，依次類推，集合SK有nK個節(jié)點(diǎn)。分別計算集合S1～SK的聚類中心CS1～CSK，然后依據(jù)每個集合所有節(jié)點(diǎn)的脆弱性總和占電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的脆弱性總和的比例分配權(quán)重AS1～ASK，計算公式如下：ASj=Σi∈SjλiΣi∈Sλi---(1)]]>式中，λi表示節(jié)點(diǎn)i的綜合脆弱性，S表示電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合，Sj表示電網(wǎng)聚類后K個集合中的第j個。電網(wǎng)整體脆弱性均值的計算公式如下：λ‾=Σj=1KASjCSj---(2)]]>其中，CS1,CS2,…,CSn分別表示將綜合脆弱性可聚類為K類后，每個聚類集合中綜合脆弱性的平均值。(2)利用基尼系數(shù)計算電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度G。計算節(jié)點(diǎn)綜合脆弱性的基尼系數(shù)，各節(jié)點(diǎn)為單獨(dú)個體，即一個節(jié)點(diǎn)為一組。將集合S1～SK的節(jié)點(diǎn)先按照綜合脆弱性從小到大進(jìn)行排序，然后按式(7)計算每個集合的基尼系數(shù)GS1～GSK。G=1-1n(2Σi=1n-1Wi+1)---(3)]]>該公式的實(shí)質(zhì)是利用定積分的定義，將對洛倫茲曲線的積分分成n個等高梯形的面積之和。基尼系數(shù)計算時需要注意兩個問題：(1)要先對數(shù)據(jù)從低到高進(jìn)行排序；(2)分組計算時，一般應(yīng)使組距相等。為了使結(jié)果具有可比性，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)條件類似，并使用相同的算法。則電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度G為：G=Σj=1KASjGSj---(4)]]>步驟4，基于步驟3得到的電網(wǎng)整體脆弱性均值和電網(wǎng)整體脆弱性均衡程度建立電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)，本步驟基于層次分析法(AHP法)確定兩種指標(biāo)的權(quán)重ωλ和ωG，建立最終的電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)計算公式為：V=ωλλ‾+ωGG---(5)]]>其中，ωλ表示電網(wǎng)整體平均脆弱性指標(biāo)的權(quán)重，ωG表示電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)的權(quán)重。實(shí)施例1：假設(shè)有四個電網(wǎng)，分別為電網(wǎng)A、電網(wǎng)B、電網(wǎng)C和電網(wǎng)D，電網(wǎng)中每個節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)如下表所示。節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)6節(jié)點(diǎn)7節(jié)點(diǎn)8節(jié)點(diǎn)9電網(wǎng)A0.9911.014.9955.019.991010.01電網(wǎng)B111555101010電網(wǎng)C4.54.64.75.55.65.76.56.66.7電網(wǎng)D888999101010采用PAM聚類算法和HS有效性指標(biāo)，將脆弱性指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行聚類分析，可以得到脆弱節(jié)點(diǎn)等級最優(yōu)劃分方案。從而根據(jù)得到的PAM聚類算法將電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)自動聚類為從“極度脆弱”至“極度不脆弱”的幾類。采用四種指標(biāo)分別計算四個電網(wǎng)的整體脆弱性：1)僅計算電網(wǎng)整體平均脆弱性；2)僅計算電網(wǎng)整體脆弱性均衡度；3)兩者都計算，但是不聚類；4)本項目方法：兩者都計算，并且聚類。確定兩者的權(quán)重，基于本文2.3節(jié)的方法，得到兩者權(quán)重ωλ＝0.6792，ωG＝0.3208。四種指標(biāo)對四個電網(wǎng)的計算結(jié)果如下表所示：1)指標(biāo)一的方法對四個電網(wǎng)從好到壞的排序是：電網(wǎng)A＝電網(wǎng)B>電網(wǎng)C>電網(wǎng)D2)指標(biāo)二的方法對四個電網(wǎng)從好到壞的排序是：電網(wǎng)D>電網(wǎng)C>電網(wǎng)B>電網(wǎng)A3)指標(biāo)三的方法對四個電網(wǎng)從好到壞的排序是：電網(wǎng)B>電網(wǎng)A>電網(wǎng)C>電網(wǎng)D4)指標(biāo)四的方法對四個電網(wǎng)從好到壞的排序是：電網(wǎng)C>電網(wǎng)B>電網(wǎng)A>電網(wǎng)D從排序的結(jié)果來看，四種指標(biāo)的結(jié)果均不相同。分析一下四個電網(wǎng)的脆弱性數(shù)據(jù)可以知道：電網(wǎng)A節(jié)點(diǎn)脆弱性指標(biāo)的分布范圍是0.99～10.01，均值是5.3；電網(wǎng)B點(diǎn)脆弱性指標(biāo)的分布范圍是1～10，均值也是5.3；電網(wǎng)C點(diǎn)脆弱性指標(biāo)的分布范圍是4.5～6.7，均值是5.6；電網(wǎng)D點(diǎn)脆弱性指標(biāo)的分布范圍是8～10，均值是9。從主觀判斷，顯然我們更傾向于電網(wǎng)C，其次是電網(wǎng)B，再是電網(wǎng)A，最后是電網(wǎng)D。我們做出這一判斷的原因是電網(wǎng)C雖然均值為5.6，略高于電網(wǎng)A和B的均值5.3，但是電網(wǎng)C的脆弱性分布較均勻，脆弱性最差的節(jié)點(diǎn)的脆弱性也僅有6.7，優(yōu)于電網(wǎng)A和B的10；而電網(wǎng)D，雖然基尼系數(shù)最小，即分布最均勻，但是其均值太高，脆弱性最好的節(jié)點(diǎn)的脆弱性指標(biāo)也達(dá)到了8，所以電網(wǎng)C才是我們優(yōu)化的目標(biāo)。從上面四個指標(biāo)的結(jié)果來判斷，根據(jù)指標(biāo)一、二、三排序的結(jié)果與我們主觀判斷不相符，而指標(biāo)四的結(jié)果完全符合我們主觀的期望，驗(yàn)證了該指標(biāo)的正確性。指標(biāo)三與指標(biāo)四的不同在于指標(biāo)四是基于聚類后的結(jié)果進(jìn)行的判斷。相比指標(biāo)三，指標(biāo)四更能將均值略高但是均衡度很好的算例(電網(wǎng)C)與均值低但是均衡度很差的算例(電網(wǎng)A)區(qū)分出來，所以我們選擇該指標(biāo)作為電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)。由此可見，本發(fā)明所提出的電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標(biāo)可以有效反映系統(tǒng)的脆弱水平，準(zhǔn)確性更高，更合理。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3