一種220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估方法，具體涉及一種基于信息熵和主成分 分析的220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實際工程中，電網(wǎng)分區(qū)方案評估是指對分區(qū)方案進行正常條件下潮流計算、短 路電流水平校驗、靜態(tài)安全分析等手段驗證方案對規(guī)劃電網(wǎng)的適應性，適應性最強的即為 最優(yōu)分區(qū)方案。
[0003] 目前，220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估主要采用多層次模糊評價模型和主成分分析 法，前者在確定權(quán)重集時采用具有不確定性的專家評議法和專家調(diào)查法，受人為因素影響 較大，會出現(xiàn)評價結(jié)果偏于主觀或客觀；后者是通過方差貢獻率的方式，獲取反映所有指標 能表征信息的較小數(shù)目的綜合變量，確定二級指標的主次地位，但當二級指標具有較多并 列下屬指標（二級指標內(nèi)部包含多個同類屬性的三級指標即為并列下屬指標）時，下屬指 標本身也會有主次地位，直接采用主成分分析法會出現(xiàn)部分下屬指標被忽略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于信息熵和主成分分析的220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估方法，包括以下步 驟：
[0006] 獲取220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案；
[0007] 提取與500kV變電站有直接聯(lián)系的220kV母線處的三相短路電流指標、單相短路 電流指標及500kV變電站主變"N-1"潮流指標、重要線路"N-1"的潮流指標；
[0008] 提取上述四類指標的內(nèi)部下屬指標，并進行標準化處理，形成二級指標決策矩陣 Rk= (r ij)nXm;
[0009] 采用信息熵的方法對&內(nèi)部指標信息進行信息熵處理，形成二級指標矩陣Z nik;
[0010] 根據(jù)二級指標矩陣Znik通過主成分分析方法，計算一級綜合評價指標值F ;
[0011] 根據(jù)一級綜合評價指標值F的大小評估分區(qū)方案。
[0012] 作為優(yōu)選，所述二級指標矩陣Znik的構(gòu)建步驟如下：
[0013] 將k個二級指標根據(jù)每個二級指標的方案樣本數(shù)η和屬性指標數(shù)m構(gòu)成三級指標 矩陣Ak;
[0014] 將負類屬性指標進行規(guī)范化處理，后與其余指標共同對Ak進行Z-Score標準化處 理，得到第k個二級指標的決策矩陣R k= (r Jnxni;
[0015] 計算關(guān)于屬性指標j的熵Ej;
[0016] 根據(jù)熵Ej計算信息偏差度d j，Clj= I-E j;
[0017] 根據(jù)熵Ej和信息偏差度d j計算關(guān)于指標j的權(quán)重w
[0018] 根據(jù)各指標的權(quán)重計算二級指標決策矩陣Rk，得到所有具有三級指標屬性的二級 指標矩陣zn，k。
[0019] 作為優(yōu)選，所述一級綜合評價指標值F的計算方法如下：
[0020] 根據(jù)矩陣Znik的特征根和特征向量，獲取協(xié)方差系數(shù)矩陣R ;
[0021] 根據(jù)方差貢獻率確定主成分個數(shù)、主成分矩陣；
[0022] 根據(jù)主成分矩陣和方差貢獻率得到一級綜合評價指標值F。
[0023] 作為優(yōu)選，所述負類屬性指標規(guī)范化處理方法為：
[0024]
[0025] 式中：為負類屬性指標。
[0026] 作為優(yōu)選，所述一級綜合評價指標值F的計算方法為：
[0027]
[0028] 式中：Fg每一個主成分線性加權(quán)值
為每個主成分 的方差貢獻率。
[0029] 作為優(yōu)選，所述主成分個數(shù)根據(jù)方差貢獻率
由大到小的排序的前85% 確定。
[0030] 作為優(yōu)洗，所沭Ak進行標準化變換的方法為：
[0031]
[0032] 式中：
i和j分別對應 三級指標矩陣Ak的第i和j列。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：
[0034] (1)本發(fā)明合理、客觀，可避免目前分區(qū)方案評估方法中采用多層次模糊評價方法 時按專家評議法和專家調(diào)查法確定權(quán)重集，受人為影響因素較大的問題；也可避免直接采 用主成分分析法很難完全體現(xiàn)全部評價指標的問題；
[0035] (2)本發(fā)明提出負類屬性指標?？紤]分區(qū)方案進行短路電流校驗時，220kV等級斷 路器遮斷容量為50kA，校驗時的三相短路電流和單相短路電流越低于50kA，反映方案的短 路電流水平安全裕度越高，等價表征出方案越優(yōu)；因此該類指標可被視作負類屬性指標處 理；
[0036] (3)本發(fā)明采用信息熵方式提取具有多個并列下屬指標的信息，聚類形成相應二 級指標，此方式可以全部考慮等級相同的二級指標的下屬指標的信息；其次與主成分分析 法相結(jié)合，構(gòu)建評價方法，可避免直接采用主成分分析法評估方案時，而導致部分下屬指標 反映信息在方案評估過程中被忽略的問題。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明流程圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明實施例各成分分量占全分量的比率和累積率。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0040] 一種220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估方法，包括以下步驟：
[0041] 獲取220kV城市環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案；
[0042] 提取與500kV變電站有直接聯(lián)系的220kV母線處的三相短路電流指標、單相短 路電流指標及500kV變電站主變"N-1"潮流指標、重要線路"N-1"的潮流指標；重要線路 "N-1"指研究電網(wǎng)中某區(qū)域因負荷過大，導致部分負載比較重的線路。
[0043] 提取上述四類指標的內(nèi)部下屬指標，并進行標準化處理，形成二級指標決策矩陣 Rk= (r ij)nXm;
[0044] 采用信息熵的方法對&內(nèi)部指標信息進行信息熵處理，形成二級指標矩陣Z nik;
[0045] 根據(jù)二級指標矩陣Znik通過主成分分析方法，計算一級綜合評價指標值F ;
[0046] 根據(jù)一級綜合評價指標值F的大小評估分區(qū)方案。
[0047] 所述二級指標矩陣Zn,k的構(gòu)建步驟如下：
[0048] 將k個二級指標根據(jù)每個二級指標的方案樣本數(shù)η和屬性指標數(shù)m構(gòu)成三級指標 矩陣Ak;
[0049]
[0050] 將負類屬性指標進行規(guī)范化處理，后與其余指標共同進行Z-Score標準化處理， 得到第k個二級指標的決策矩陣R k= (r d nXm;Z-Score法為標準分數(shù)法，具體是指分數(shù)與 平均數(shù)的差再除以標準差的過程；定義負類屬性指標的原因在于，220kV母線處斷路器遮 斷容量為50kA，實際三相短路電流越接近50kA，說明短路電流水平安全裕度越低，即短路 電流屬于其值越低，體現(xiàn)方案越優(yōu)的負類屬性指標；負類屬性指標的規(guī)范形式如下：
[0051]
[0052] 采用Z-score法對三級指標矩陣\進行標準化變換：
[0053]
[0054] i和j分別對應 三級指標矩陣Ak的第i和j列；
[0055] 計算關(guān)于屬性指標j的熵Ej，信息熵表示信息的無序度，信息熵Ej越大，屬性指標 j所包含對二級指標k的貢獻量越??；
[0056]
[0057] 式中彳= 1/1轉(zhuǎn):為與樣本數(shù)有關(guān)的常數(shù)，目的是使得E]e [0，1] ;r U滿足 CN 105139283 A 兄明書 4/10 頁
i 且當 I^j=O 時，規(guī)定!Tij InCrij) = 0;
[0058] 根據(jù)熵Ej計算信息偏差度d j，Clj= I-E j;
[0059] 根據(jù)熵Ej和信息偏差度d j計算關(guān)于指標j的權(quán)重w j，某指標j的權(quán)重是指該指標 j在整體評價中的相對重要程度；
[0060]
[0061] 式中：Zlik的下標k為具有三級指標的二級指標個數(shù)；0彡Zlik彡1，二級指標Z lik 越大，說明方案該指標性能越佳；
[0062] 根據(jù)各指標的權(quán)重計算二級指標評價值Zlik，得到所有具有三級指標屬性的二級 指標矩陣Z n，k。
[0063]
[0064] 所述一級綜合評價指標值F的計算方法如下：
[0065] 根據(jù)矩陣Zn.k的特征根和特征向量，獲取協(xié)方差系數(shù)矩陣R ;
[0066]
[0067] 式中：且j和k分別對應二級指標標準化矩陣Znik的 第j行和k列；
[0068] 根據(jù)方差貢獻率確定主成分個數(shù)、主成分矩陣；由特征方程式I Aip-Rl = 〇,可以 求得P個特征根，將其按大小順序排列為X1) λ 2>…> λ p多〇,它是主成分的方差，它 的大小描述了各個主成分在描述被評價對象上所起作用的大??；由特征方程式，每一個特 征根對應一個特征向量L g (Lg= I gl, Ig2,…，Igp)，主成分矩陣根據(jù)下式確定：
[0069]
[0070] 式中：m的下標對應二級指標矩陣列元素；
[0071] 根據(jù)方差貢獻率
確定主成分個數(shù)；
[0072] 根據(jù)主成分加權(quán)值和方差貢獻率得到一級綜合評價指標值F ;先求得每一個主成 分線性加權(quán)值Fg= I lgpmp，在對k個主成分進行加權(quán)求和，即得最終評價值，權(quán) 值為每個主成分得方差貢獻率：
，一級綜合評價指標值F，
[0073]
[0074] 計算每個分區(qū)方案的一級綜合評價指標值，按照從大到小順序排列，得到分區(qū)方 案的綜合排名。
[0075] 所述主成分個數(shù)根據(jù)方差貢獻率
由大到小的排序的前85%確定；一般 主成分個數(shù)等于原始指標個數(shù)，如果原始指標個數(shù)較多，進行綜合評價時就比較麻煩；如果 主成分分析法就是選取盡量少的k個主成分（k < p)來進行綜合評價，同時還要使損失的 信息量盡可能少。
[0076] 電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案評估指標主要考慮短路電流水平的安全裕度指標和電網(wǎng)靜態(tài) 安全分析裕度指標兩大類；其中，短路電流水平主要考慮與500kV變電站有直接聯(lián)系的 220kV母線處的三相短路電流、單相短路電流；靜態(tài)安全分析主要考慮500kV變電站主變 "N-1"、研究電網(wǎng)重要線路這四類指標均為多維數(shù)組；其中，三相短路電流、單相短路 電流和主變"N-1"指標數(shù)目為研究電網(wǎng)500kV變電站數(shù)目；重要線路"N-1"潮流指標數(shù)目 為受進行線路"N-1"時的線路數(shù)目。
[0077] 主成分分析的基本原理：主成分分析是一種數(shù)學變換的方法。它把指定的一組相 關(guān)變量通過線性變換轉(zhuǎn)成另一組不相關(guān)的變量，這些新的變量按照方差依次遞減的順序排 列。在數(shù)學變換中保持變量的總方差不變，使第一變量具有最大的方差，稱為第一主成分， 第二變量的方差次大，并且與第一變量不相關(guān)，稱為第二主成分；通過主成分分析方法，可 以根據(jù)專業(yè)知識和指標所反映的獨特含義對提取的主成分因子給予新的命名，從而得到合 理的解釋性變量；各主因子的線性轉(zhuǎn)換模型為：
[0078]
[0079] 式中：X = (X1, X2,…，xn)即給定的一組相關(guān)變量；1^是協(xié)方差陣的第i大特征值 A1對應的標準化特征向量；在進行綜合評價時，首先以累計方差貢獻率超過85%為界限， 據(jù)此定出主因子個數(shù)，在根據(jù)主成分矩陣和方差貢獻率確定能反映評價對象的優(yōu)劣。
[0080] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0081] 采用某實際城市電網(wǎng)作為算例，該電網(wǎng)在2016年，相比2015年的5個500kV變電 站，新投運了 2個500kV變電站；2015年該電網(wǎng)負荷需求為985萬千瓦，按照7%的負荷增 長率，2016年枯水