一種基于網絡拓撲關聯搜索的配電網低電壓評估方法與流程
本發(fā)明屬于電力系統配電網技術領域，具體涉及一種基于網絡拓撲關聯搜索與改進權重分析法的配電網220kv、110(35)kv、10kv全電壓等級低電壓評估方法。
背景技術：
隨著城市經濟的迅猛發(fā)展，用電負荷增長很快，同時也使城市配電網低電壓問題越來越突出，配電網低電壓現象已經嚴重影響人們生活質量和工廠生產供電，低電壓問題已成為當前配電網改造中亟待解決的重要問題。
為消除“低電壓”的不良現象，科學地開展配電網的規(guī)劃改造治理，需要針對配電網全面評估低電壓問題，從規(guī)劃、治理等多種渠道解決低電壓問題。目前所采取的配電網低電壓評估方法，通常針對低電壓問題臺區(qū)開展專項治理，或者只針對特定電壓等級基于特定技術指標開展分析評估，缺乏將配電網220kv、110(35)kv、10kv各層級電壓等級進行綜合關聯性考慮，統籌分析低電壓問題的評估方法，對于低電壓成因的問題源頭沒有深入梳理，導致低電壓問題評估的結論不夠全面、深入。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的是為了克服上述現有技術的不足之處，提出一種基于網絡拓撲關聯搜索的配電網低電壓評估方法，克服了配電網低電壓評估方法僅限于配電網問題臺區(qū)或者低電壓問題的特定電壓等級，提供220kv、110(35)kv、10kv電壓等級低電壓問題全面橫向掃描，并基于配電網網絡拓撲在不同電壓等級之間縱向搜索，以實現低電壓問題的全面評估。
本發(fā)明的目的是通過以下技術措施實現的。
本專利發(fā)明了一種基于網絡拓撲關聯搜索的配電網低電壓評估方法，是基于改進權重分析法的配電網220kv、110(35)kv、10kv電壓等級的全面低電壓問題評估方法，并結合電網拓撲結構縱向搜索不同電壓層級之間低電壓問題的關聯，在上一層級問題解決的前提下，修改上一層級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標，并調整關聯的下層網絡的相關指標；從而理清問題的源頭，避免治理項目的重復投資。本發(fā)明方法具體包括以下步驟：
(1)根據220kv、110(35)kv、10kv各電壓等級實際收集數據構建指標體系；
(2)根據配電網的網絡結構，形成配電網節(jié)點支路關聯矩陣；
(3)針對給定配電網，采用改進權重評估方法對220kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出該電壓等級的低電壓問題節(jié)點；結合步驟(2)縱向搜索與這些低電壓問題節(jié)點存在拓撲關聯的110(35)kv電壓等級節(jié)點，修改220kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標將改善其評分，并調整關聯110(35)kv電壓等級節(jié)點的相關指標；其中，220kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標指的是引起該220kv電壓等級節(jié)點存在低電壓問題的指標，關聯110(35)kv電壓等級的節(jié)點的相關指標指的是與前述220kv電壓等級的節(jié)點所調整指標存在相關性的指標；
(4)針對給定配電網110(35)kv電壓等級，采用改進權重評估方法對110(35)kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出110(35)kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點；結合步驟(2)縱向搜索與這些低電壓問題節(jié)點存在拓撲關聯的10kv電壓等級節(jié)點，修改110(35)kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標將改善其評分，并調整關聯10kv電壓等級節(jié)點的相關指標；
(5)采用改進權重評估方法對10kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出10kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點并開展對應的治理工作。
在上述技術方案中，步驟(1)中所述的指標體系，具體見表1。
表1
上述表1中的指標，若指標數值越高，對相應層級的電壓狀態(tài)越不利，則定義該指標為極大型指標；若指標數值越低，對相應層級的電壓狀態(tài)越不利，則定義該指標為極小型指標；若指標數值存在合理區(qū)間，且實際數值偏離該區(qū)間程度越大，對相應層級的電壓狀態(tài)越不利，則定義該指標為區(qū)間型指標。
利用極值法對220kv、110(35)kv、10kv電壓等級的各指標的實際數據進行無量綱與歸一化處理，并統一轉化為極大型指標。其處理方式如下：
對于極小型指標，令x*＝m-x得到該極小型指標對應的極大型指標；式中，m為指標x(實測值)的一個允許上界。例如，本發(fā)明中，m可以表示為10kv電壓等級全部臺區(qū)中低壓饋線最小截面積指標中的最大值(對應表1中指標i13)。
對于區(qū)間型指標，采用以下公式得到該區(qū)間型指標對應的極大型指標。
式中[q1,q2]為指標[q1,q2]的最佳穩(wěn)定區(qū)間。例如，本發(fā)明中，[q1,q2]可以表示變電站容載比合理區(qū)間(對應表1中指標i36，i27，i16)：220kv變電站容載比一般取為[1.6,1.9]，35～110kv變電所的容載比一般取為[1.8,2.1]，10kv及以下配電變壓器容載比根據實際地區(qū)情況進行選??；同理，[q1,q2]還可以表示10kv電壓等級中臺區(qū)三相負荷不平衡率(對應表1中指標i18)：一般取值區(qū)間為[0,0.15]。
對于極大型指標，令
在上述技術方案中，所述改進權重評估方法的處理方式如下：
步驟一，對于配電網低電壓評估存在n個指標，對這n個指標兩兩進行比較，確定比較結果aij并用三標度法建立比較矩陣a，其取值分別為：aij＝0，表示量指標同等重要；aij＝1，表示前者比后者重要；aij＝-1，表示前者不如后者重要，且aii＝0。其比較矩陣如下式：
步驟二，求出比較矩陣a的最優(yōu)傳遞矩陣b，其傳遞矩陣如下式：
其中，
步驟三，將最優(yōu)傳遞矩陣b轉化為一致性判斷矩陣d，其一致性判斷矩陣d如下式：
其中，dij＝exp{bij}；
步驟四，求一致性判斷矩陣d的特征向量
此處使用方根法求解，方根法求解過程如下：
將一致性判斷矩陣d中元素按行相乘，得到乘積向量e，乘積向量e中的元素ei為：
計算乘積向量e中每個元素ei的i次方根，并組成新向量f，新向量中的元素fi為：
將所得向量f歸一化即為權重向量w，求得的權重向量矩陣w如下：
w＝[w1,w2,...,wi]t
所求得的各wi值即為各指標權重。
步驟五，計算各指標評分。在步驟(1)中計算得到的x*為一取值范圍為[0,1]的小數，根據以下公式即可得到該指標的百分制評分q：
q＝100x*
步驟六，根據得到的各指標權重與各指標評分，計算二者的乘積和，即得到各層級總評分。計算公式如下：
式中，wi為各層級的指標權重，qi為各層級的指標評分，s為對應層級的總評分。其中，當對220kv電壓等級進行評估時，n＝6；當對110(35)kv電壓等級進行評估時，n＝7；當對10kv電壓等級進行評估時，n＝8。
步驟七，計算各指標處于正常狀態(tài)允許臨界值時的評分，以此計算各層級正常狀態(tài)下的允許臨界總評分se，并與對應層級總評分s進行比較。當s≤se時，可判定該層級正常，無需進行治理；當s＞se時，判定該層級存在問題，需要進行治理。
在上述技術方案中，步驟(2)所述的根據配電網的網絡結構，形成配電網節(jié)點支路關聯矩陣的具體方式如下：首先確定數據錄入的形式，此處采用以下的結構體形式：
節(jié)點結構體{節(jié)點號}
支路結構體{支路號，支路首端節(jié)點號，支路末端節(jié)點號}
然后根據配電網的實際網絡拓撲結構確定各層級節(jié)點之間的拓撲關聯性，并按上述的節(jié)點和支路結構體形式錄入數據，經過計算機處理形成配電網的節(jié)點-支路關聯矩陣。以圖2的配電網網絡拓撲結構為例，其節(jié)點-支路關聯矩陣如下式所示：
其中，節(jié)點-支路關聯矩陣的行表示節(jié)點號1-6，列表示支路號1-5。矩陣中1表示節(jié)點與支路相連，0表示節(jié)點與支路不相連。
在上述技術方案中，低電壓問題的關聯性分析包括以下步驟：
首先，采用改進權重評估方法對220kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出220kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點；將220kv電壓等級的問題節(jié)點選取出來并標記，同時改變矩陣中對應部分，此時節(jié)點-支路關聯矩陣搜索方式如下式所示：
其中，矩陣中1表示正常節(jié)點與支路相連，2表示問題節(jié)點與支路相連，0表示節(jié)點與支路不相連。節(jié)點1(220kv電壓等級節(jié)點)為問題節(jié)點，從問題源頭(220kv電壓層級)著手對問題節(jié)點進行搜索，計算機內部具體搜索示意如下：
按照上式矩陣中箭頭方向搜索，從節(jié)點1，即矩陣中的第1行出發(fā)，找到第1列和第3列為非零元素，即說明節(jié)點1與支路1和支路3相連，此時矩陣中第1列上另一個非零元素對應的節(jié)點4，第3列上另一個非零元素對應的節(jié)點2，故最后得到的關聯隊列為{1,2,4}。通過搜索建立了220kv電壓層級與110(35)kv電壓層級的關聯性，對由于關聯性的原因造成的問題節(jié)點進行梳理，便于后期治理。在改善節(jié)點1的指標(治理節(jié)點1存在的問題)后相關聯的110(35)kv電壓等級節(jié)點指標可能改善，如220kv變電站出口電壓合格率(i31)會影響下級110(35)kv變電站出口電壓合格率(i21)。
然后，采用改進權重評估方法對指標改善后的全新的110(35)kv電壓等級進行低電壓問題評估，根據得到全新的110(35)kv電壓等級評分情況，將110(35)kv電壓等級的問題節(jié)點選取出來并標記，此處假設問題節(jié)點為節(jié)點2，同時改變節(jié)點—支路關聯矩陣中對應部分，由于此時220kv電壓等級的問題節(jié)點全部找出故都置0，此時節(jié)點-支路關聯矩陣如下式所示：
現從110(35)kv電壓等級的問題節(jié)點(此刻最高層級)開始進行搜索，按照上式中箭頭方向進行搜索，從節(jié)點2出發(fā)，找到第2、4列為非零元素，即說明節(jié)點2與支路2和支路4相連，此時矩陣中第2列上另一個非零元素對應的節(jié)點3，第4列上另一個非零元素對應的節(jié)點6，因此搜索得到的關聯隊列b為{2,3,6}。通過搜索建立了110(35)kv電壓層級與10kv電壓層級的關聯性，對由于關聯性的原因造成的問題節(jié)點進行梳理，便于后期治理。在改善中壓節(jié)點2的指標后關聯低壓層節(jié)點指標可能改善，如110(35)kv變電站出口電壓合格率(i21)影響10kv變電站出口電壓合格率(i11)。
完成上述步驟后，同上采用改進權重評估方法對指標改善后的全新的10kv電壓等級進行低電壓問題評估，根據得到全新的10kv電壓等級評分情況，將10kv電壓等級的問題節(jié)點選取出來并標記，同時改變節(jié)點-支路關聯矩陣中對應部分，由于此時220kv與110(35)kv電壓等級的問題節(jié)點全部找出故都置0，此時節(jié)點-支路關聯矩陣如下式所示：
最后，計算調整后的10kv電壓等級的評分，并對剩余孤立的10kv電壓等級的問題節(jié)點進行搜索，將這些問題節(jié)點找出來，進行單獨治理，以全面解決目標配電網存在的低電壓問題。
通過上述的搜索過程，實現了220kv、110(35)kv、10kv三個電壓層級的縱向關聯，實現了低電壓問題的全方面評估工作。
與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明提出了一種改進權重分析法的配電網低電壓評估方法，結合配電網拓撲結構搜索開展220kv、110(35)kv、10kv電壓等級的全方位低電壓評估，開展220kv、110(35)kv、10kv電壓等級低電壓問題全面橫向掃描，并基于配電網網絡拓撲在不同電壓等級之間縱向搜索,實現低電壓問題的全面評估改善工作。
附圖說明
圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
圖2是本發(fā)明提供的實施例的配電網網絡拓撲示意圖。
圖3是本發(fā)明提供的實施例中的實際實施方法的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種基于網絡拓撲關聯搜索的配電網低電壓評估方法，包括以下步驟：
(1)根據220kv、110(35)kv、10kv各電壓等級實際收集數據構建指標體系；
(2)根據配電網的網絡結構，形成配電網節(jié)點支路關聯矩陣；
(3)針對給定配電網，采用改進權重評估方法對220kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出該電壓等級的低電壓問題節(jié)點；結合步驟(2)縱向搜索與這些低電壓問題節(jié)點存在拓撲關聯的110(35)kv電壓等級節(jié)點，修改220kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標將改善其評分，并調整關聯110(35)kv電壓等級節(jié)點的相關指標；其中，220kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標指的是引起該220kv電壓等級節(jié)點存在低電壓問題的指標，關聯110(35)kv電壓等級的節(jié)點的相關指標指的是與前述220kv電壓等級的節(jié)點所調整指標存在相關性的指標；
(4)針對給定配電網110(35)kv電壓等級，采用改進權重評估方法對110(35)kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出110(35)kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點；結合步驟(2)縱向搜索與這些低電壓問題節(jié)點存在拓撲關聯的10kv電壓等級節(jié)點，修改110(35)kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點中的相關指標將改善其評分，并調整關聯10kv電壓等級節(jié)點的相關指標；
(5)采用改進權重評估方法對10kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出10kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點并開展對應的治理工作。
在上述技術方案中，步驟(1)中所述的指標體系，具體見表1。
表1
上述表1中的指標，若指標數值越高，對相應層級的電壓狀態(tài)越不利，則定義該指標為極大型指標；若指標數值越低，對相應層級的電壓狀態(tài)越不利，則定義該指標為極小型指標；若指標數值存在合理區(qū)間，且實際數值偏離該區(qū)間程度越大，對相應層級的電壓狀態(tài)越不利，則定義該指標為區(qū)間型指標。
利用極值法對220kv、110(35)kv、10kv電壓等級的各指標的實際數據進行無量綱與歸一化處理，并統一轉化為極大型指標。其處理方式如下：
對于極小型指標，令x*＝m-x得到該極小型指標對應的極大型指標；式中，m為指標x(實測值)的一個允許上界。例如，本發(fā)明中，m可以表示為10kv電壓等級全部臺區(qū)中低壓饋線最小截面積指標中的最大值(對應表1中指標i13)。
對于區(qū)間型指標，采用以下公式得到該區(qū)間型指標對應的極大型指標。
式中[q1,q2]為指標[q1,q2]的最佳穩(wěn)定區(qū)間。例如，本發(fā)明中，[q1,q2]可以表示變電站容載比合理區(qū)間(對應表1中指標i36，i27，i16)：220kv變電站容載比一般取為[1.6,1.9](可調整)，35～110kv變電所的容載比一般取為[1.8,2.1](可調整)，10kv及以下配電變壓器容載比根據實際地區(qū)情況進行選?。煌?，[q1,q2]還可以表示10kv電壓等級中臺區(qū)三相負荷不平衡率(對應表1中指標i18)：一般取值區(qū)間為[0,0.15]。
對于極大型指標，令
在上述技術方案中，所述改進權重評估方法的處理方式如下：
步驟一，對于配電網低電壓評估存在n個指標，對這n個指標兩兩進行比較，確定比較結果aij并用三標度法建立比較矩陣a，其取值分別為：aij＝0，表示量指標同等重要；aij＝1，表示前者比后者重要；aij＝-1，表示前者不如后者重要，且aii＝0。其比較矩陣如下式：
步驟二，求出比較矩陣a的最優(yōu)傳遞矩陣b，其傳遞矩陣如下式：
其中，
步驟三，將最優(yōu)傳遞矩陣b轉化為一致性判斷矩陣d，其一致性判斷矩陣d
如下式：
其中，dij＝exp{bij}；
步驟四，求一致性判斷矩陣d的特征向量
此處使用方根法求解，方根法求解過程如下：
將一致性判斷矩陣d中元素按行相乘，得到乘積向量e，乘積向量e中的元素ei為：
計算乘積向量e中每個元素ei的i次方根，并組成新向量f，新向量中的元素fi為：
將所得向量f歸一化即為權重向量w，求得的權重向量矩陣w如下：
w＝[w1,w2,...,wi]t
所求得的各wi值即為各指標權重。
步驟五，計算各指標評分。在步驟(1)中計算得到的x*為一取值范圍為[0,1]的小數，根據以下公式即可得到該指標的百分之評分q：
q＝100x*
步驟六，根據得到的各指標權重與各指標評分，計算二者的乘積和，即得到各層級總評分。計算公式如下：
式中，wi為各層級的指標權重，qi為各層級的指標評分，s為對應層級的總評分。其中，當對220kv電壓等級進行評估時，n＝6；當對110(35)kv電壓等級進行評估時，n＝7；當對10kv電壓等級進行評估時，n＝8。
步驟七，計算各指標處于正常狀態(tài)允許臨界值時的評分，以此計算各層級正常狀態(tài)下的允許臨界總評分se，并與對應層級總評分s進行比較。當s≤se時，可判定該層級正常，無需進行治理；當s＞se時，判定該層級存在問題，需要進行治理。
在上述技術方案中，步驟(2)所述的根據配電網的網絡結構，形成配電網節(jié)點支路關聯矩陣的具體方式如下：首先確定數據錄入的形式，此處采用以下的結構體形式：
節(jié)點結構體{節(jié)點號}
支路結構體{支路號，支路首端節(jié)點號，支路末端節(jié)點號}
然后根據配電網的實際網絡拓撲結構確定各層級節(jié)點之間的拓撲關聯性，并按上述的節(jié)點和支路結構體形式錄入數據，經過計算機處理形成配電網的節(jié)點-支路關聯矩陣。以圖2的配電網網絡拓撲結構為例，其節(jié)點-支路關聯矩陣如下式所示：
其中，節(jié)點-支路關聯矩陣的行表示節(jié)點號1-6，列表示支路號1-5。矩陣中1表示節(jié)點與支路相連，0表示節(jié)點與支路不相連。
在上述技術方案中，低電壓問題的關聯性分析包括以下步驟：
首先，采用改進權重評估方法對220kv電壓等級進行低電壓問題評估，找出220kv電壓等級的低電壓問題節(jié)點；將220kv電壓等級的問題節(jié)點選取出來并標記，同時改變矩陣中對應部分，此時節(jié)點-支路關聯矩陣搜索方式如下式所示：
其中，矩陣中1表示正常節(jié)點與支路相連，2表示問題節(jié)點與支路相連，0表示節(jié)點與支路不相連。節(jié)點1(220kv電壓等級節(jié)點)為問題節(jié)點，從問題源頭(220kv電壓層級)著手對問題節(jié)點進行搜索，計算機內部具體搜索示意如下：
按照上式矩陣中箭頭方向搜索，從節(jié)點1，即矩陣中的第1行出發(fā)，找到第1列和第3列為非零元素，即說明節(jié)點1與支路1和支路3相連，此時矩陣中第1列上另一個非零元素對應的節(jié)點4，第3列上另一個非零元素對應的節(jié)點2，故最后得到的關聯隊列為{1,2,4}。通過搜索建立了220kv電壓層級與110(35)kv電壓層級的關聯性，對由于關聯性的原因造成的問題節(jié)點進行梳理，便于后期治理。在改善節(jié)點1的指標(治理節(jié)點1存在的問題)后相關聯的110(35)kv電壓等級節(jié)點指標可能改善，如220kv變電站出口電壓合格率(i31)會影響下級110(35)kv變電站出口電壓合格率(i21)。
然后，采用改進權重評估方法對指標改善后的全新的110(35)kv電壓等級進行低電壓問題評估，根據得到全新的110(35)kv電壓等級評分情況，將110(35)kv電壓等級的問題節(jié)點選取出來并標記，此處假設問題節(jié)點為節(jié)點2，同時改變節(jié)點—支路關聯矩陣中對應部分，由于此時220kv電壓等級的問題節(jié)點全部找出故都置0，此時節(jié)點-支路關聯矩陣如下式所示：
現從110(35)kv電壓等級的問題節(jié)點(此刻最高層級)開始進行搜索，按照上式中箭頭方向進行搜索，從節(jié)點2出發(fā)，找到第2、4列為非零元素，即說明節(jié)點2與支路2和支路4相連，此時矩陣中第2列上另一個非零元素對應的節(jié)點3，第4列上另一個非零元素對應的節(jié)點6，因此搜索得到的關聯隊列b為{2,3,6}。通過搜索建立了110(35)kv電壓層級與10kv電壓層級的關聯性，對由于關聯性的原因造成的問題節(jié)點進行梳理，便于后期治理。在改善中壓節(jié)點2的指標后關聯低壓層節(jié)點指標可能改善，如110(35)kv變電站出口電壓合格率(i21)影響10kv變電站出口電壓合格率(i11)。
完成上述步驟后，同上采用改進權重評估方法對指標改善后的全新的10kv電壓等級進行低電壓問題評估，根據得到全新的10kv電壓等級評分情況，將10kv電壓等級的問題節(jié)點選取出來并標記，同時改變節(jié)點—支路關聯矩陣中對應部分，由于此時220kv與110(35)kv電壓等級的問題節(jié)點全部找出故都置0，此時節(jié)點-支路關聯矩陣如下式所示：
最后，計算調整后的10kv電壓等級的評分，并對剩余孤立的10kv電壓等級的問題節(jié)點進行搜索，將這些問題節(jié)點找出來，進行單獨治理，以全面解決目標配電網存在的低電壓問題。
通過上述的搜索過程，實現了220kv、110(35)kv、10kv三個電壓層級的縱向關聯，實現了低電壓問題的全方面評估工作。
如圖3所示，為本實施例中步驟(3)、(4)、(5)的實際實施方法的示意圖，其中菱形點代表問題節(jié)點，圓形點代表正常節(jié)點，a1-a8代表1、2、3號節(jié)點是否存在問題的所有情況，按照“高-中-低”的改善思路，其改善過程如箭頭所示。
以情況a1為例，首先改變220kv電壓等級的1號節(jié)點的某些指標，從而降低其評分，完成該節(jié)點“治理工作”，此時可能出現三種情況：110(35)kv電壓等級的2號節(jié)點與10kv電壓等級的3號節(jié)點由于關聯性得分有所降低并成為“正常節(jié)點”，得到情況a2；110(35)kv電壓等級的2號節(jié)點由于關聯性其得分也有所降低，但10kv電壓等級的節(jié)點由于自身問題評分偏高，得到情況a3，接著只用對10kv電壓等級的節(jié)點3進行單獨改善即可；110(35)kv電壓等級的2號節(jié)點由于自身低電壓問題仍然存在問題，得到情況a4，需要從110(35)kv電壓等級開展后續(xù)工作。
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