本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)安全運行評估技術，尤其是涉及一種將電網(wǎng)整體脆弱性進行量化的綜合評價方法。
背景技術：
：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，嚴重危及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，如何制定有效的電網(wǎng)脆弱性量化指標，已經(jīng)成了電網(wǎng)安全性領域的研究焦點。目前脆弱性理論的研究中，節(jié)點的綜合脆弱性評價方法是通過結構脆弱性、狀態(tài)脆弱性評價結果進行目標融合構造所得，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)點的脆弱性進行加和，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。技術實現(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。該評價指標還結合了聚類算法，依據(jù)系統(tǒng)的綜合脆弱性指標將電網(wǎng)節(jié)點自動聚類為從“極度脆弱”至“極度不脆弱”的幾類，對每一類節(jié)點單獨賦予權重，使得計算結果更加精確。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：假設電網(wǎng)中有n個負荷節(jié)點，基于計算所得的節(jié)點的脆弱性指標，采用PAM聚類算法，以Homogeneity-Separation(HS)指標為有效性指標，將電網(wǎng)中節(jié)點的脆弱性指標數(shù)據(jù)進行聚類，將節(jié)點的脆弱性指標劃分為k類，得到節(jié)點脆弱性等級最優(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)點的脆弱性指標數(shù)據(jù)，分別為：節(jié)點名稱和相應的脆弱性指標。步驟2，利用PAM聚類算法和HS有效性指標對指標數(shù)據(jù)進行聚類，即基于步驟1中的節(jié)點脆弱性指標，采用PAM聚類算法，以Homogeneity-Separation指標為有效性指標，將電網(wǎng)中負荷節(jié)點的狀態(tài)脆弱性指標結果進行聚類分析，得到節(jié)點脆弱性等級的最佳分類數(shù)k，最后，將節(jié)點脆弱性指標劃分為k類，具體包括：步驟201、實驗中脆弱節(jié)點等級劃分方案k的范圍為[2,kmax]，根據(jù)普遍使用的經(jīng)驗規(guī)則取kmax＝Int(n)；步驟202、由計算所得的狀態(tài)脆弱性指標數(shù)據(jù)集從kmin循環(huán)至kmax調(diào)用PAM聚類算法，以HS有效性指標為評價標準對每個聚類結果進行評估；步驟203、比較各個HS指標值，取對應HS指標值最大的聚類數(shù)作為最佳分類數(shù)K。步驟204、輸出最佳分類數(shù)K和聚類結果。本步驟中，PAM聚類算法在脆弱節(jié)點等級劃分方面的應用以確定的電網(wǎng)的脆弱節(jié)點等級劃分數(shù)k為前提對脆弱性指標進行分塊劃分的。在實際應用中，k是難以界定的。選擇以類內(nèi)類間劃分Homogeneity-Separation(HS)評價指標來確定脆弱節(jié)點等級劃分的最佳分類數(shù)。評價的過程實為一優(yōu)化過程，HS指標值越大，表明聚類質(zhì)量越高。通過不斷地進行計算直至HS指標最大值的出現(xiàn)，其對應的聚類數(shù)作為脆弱性指標的最佳分類數(shù)K。步驟3，在步驟2的基礎上，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：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的權重，ωG表示電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標的權重。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某電網(wǎng)所有節(jié)點的集合為S，共有N個節(jié)點，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，集合S2有n2個節(jié)點，依次類推，集合SK有nK個節(jié)點。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)點的脆弱性總和占電網(wǎng)所有節(jié)點的脆弱性總和的比例分配權重AS1～ASK，計算公式如下：ASj=Σi∈SjλiΣi∈Sλi---(1)]]>式中，λi表示節(jié)點i的綜合脆弱性，S表示電網(wǎng)中所有節(jié)點構成的集合，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)點綜合脆弱性的基尼系數(shù)，各節(jié)點為單獨個體，即一個節(jié)點為一組。將集合S1～SK的節(jié)點先按照綜合脆弱性從小到大進行排序，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)從低到高進行排序；(2)分組計算時，一般應使組距相等。為了使結果具有可比性，應盡量使數(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)確定兩種指標的權重ωλ和ωG，建立最終的電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標計算公式為：V=ωλλ‾+ωGG---(5)]]>其中，ωλ表示電網(wǎng)整體平均脆弱性指標的權重，ωG表示電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標的權重。電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標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)越強壯。附圖說明圖1是本發(fā)明的一種工作流程圖。具體實施方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。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)點的脆弱性指標數(shù)據(jù)，分別為：節(jié)點名稱和相應的脆弱性指標。步驟2，利用PAM聚類算法和HS有效性指標對指標數(shù)據(jù)進行聚類，即基于步驟1中的節(jié)點脆弱性指標，采用PAM聚類算法，以Homogeneity-Separation指標為有效性指標，將電網(wǎng)中負荷節(jié)點的狀態(tài)脆弱性指標結果進行聚類分析，得到節(jié)點脆弱性等級的最佳分類數(shù)k，最后，將節(jié)點脆弱性指標劃分為k類，具體包括：步驟201、實驗中脆弱節(jié)點等級劃分方案k的范圍為[2,kmax]，根據(jù)普遍使用的經(jīng)驗規(guī)則取kmax＝Int(n)；步驟202、由計算所得的狀態(tài)脆弱性指標數(shù)據(jù)集從kmin循環(huán)至kmax調(diào)用PAM聚類算法，以HS有效性指標為評價標準對每個聚類結果進行評估；步驟203、比較各個HS指標值，取對應HS指標值最大的聚類數(shù)作為最佳分類數(shù)K。步驟204、輸出最佳分類數(shù)K和聚類結果。本步驟中，PAM聚類算法在脆弱節(jié)點等級劃分方面的應用以確定的電網(wǎng)的脆弱節(jié)點等級劃分數(shù)k為前提對脆弱性指標進行分塊劃分的。在實際應用中，k是難以界定的。選擇以類內(nèi)類間劃分Homogeneity-Separation(HS)評價指標來確定脆弱節(jié)點等級劃分的最佳分類數(shù)。評價的過程實為一優(yōu)化過程，HS指標值越大，表明聚類質(zhì)量越高。通過不斷地進行計算直至HS指標最大值的出現(xiàn)，其對應的聚類數(shù)作為脆弱性指標的最佳分類數(shù)K。步驟3，在步驟2的基礎上，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某電網(wǎng)所有節(jié)點的集合為S，共有N個節(jié)點，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，集合S2有n2個節(jié)點，依次類推，集合SK有nK個節(jié)點。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)點的脆弱性總和占電網(wǎng)所有節(jié)點的脆弱性總和的比例分配權重AS1～ASK，計算公式如下：ASj=Σi∈SjλiΣi∈Sλi---(1)]]>式中，λi表示節(jié)點i的綜合脆弱性，S表示電網(wǎng)中所有節(jié)點構成的集合，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)點綜合脆弱性的基尼系數(shù)，各節(jié)點為單獨個體，即一個節(jié)點為一組。將集合S1～SK的節(jié)點先按照綜合脆弱性從小到大進行排序，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)從低到高進行排序；(2)分組計算時，一般應使組距相等。為了使結果具有可比性，應盡量使數(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，本步驟基于層次分析法(AHP法)確定兩種指標的權重ωλ和ωG，建立最終的電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標計算公式為：V=ωλλ‾+ωGG---(5)]]>其中，ωλ表示電網(wǎng)整體平均脆弱性指標的權重，ωG表示電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標的權重。實施例1：假設有四個電網(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)點的脆弱性指標如下表所示。節(jié)點1節(jié)點2節(jié)點3節(jié)點4節(jié)點5節(jié)點6節(jié)點7節(jié)點8節(jié)點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，將脆弱性指標結果進行聚類分析，可以得到脆弱節(jié)點等級最優(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。確定兩者的權重，基于本文2.3節(jié)的方法，得到兩者權重ωλ＝0.6792，ωG＝0.3208。四種指標對四個電網(wǎng)的計算結果如下表所示：1)指標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從排序的結果來看，四種指標的結果均不相同。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)點脆弱性指標的分布范圍是0.99～10.01，均值是5.3；電網(wǎng)B點脆弱性指標的分布范圍是1～10，均值也是5.3；電網(wǎng)C點脆弱性指標的分布范圍是4.5～6.7，均值是5.6；電網(wǎng)D點脆弱性指標的分布范圍是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)點的脆弱性指標也達到了8，所以電網(wǎng)C才是我們優(yōu)化的目標。從上面四個指標的結果來判斷，根據(jù)指標一、二、三排序的結果與我們主觀判斷不相符，而指標四的結果完全符合我們主觀的期望，驗證了該指標的正確性。指標三與指標四的不同在于指標四是基于聚類后的結果進行的判斷。相比指標三，指標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作為電網(wǎng)整體脆弱性綜合評價指標。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可以有效反映系統(tǒng)的脆弱水平，準確性更高，更合理。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術領域：
的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補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利要求書所定義的范圍。當前第1頁1 2 3