基于逼近理想点法电网运行安全性评价

张义国

（山东博兴县供电公司，山东 博兴 256508）

电网作为国民经济的基础设施和电力市场的载体，承担着能源资源配置、保障国家能源安全和满足国民经济发展的重要作用。电力行业的功用性和电力系统的同时性并存的特点，决定了电网事故影响大、速度快、后果严重[1]。电网运行中任何一个环节发生故障，都可能引发一系列连锁反应，造成电网瓦解和大停电事故，从而带来巨大的政治、经济、社会影响。20世纪60年代以来，全球范围内重大电网停电事故时有发生，仅2003年，北美、欧洲、亚洲就发生了几起不同程度的具有事故范围广，破坏性较大，损失严重的大停电事故[2-7]，电网的这种运行特点，决定了电力行业是个高风险的行业。因此，对电网进行安全性评估，对于保证电网的运行安全，充分发挥电网对社会经济的能源基础作用具有重大意义。

传统的电网安全评价工作主要包括电压稳定、功角稳定、拓扑结构脆弱性、风险评价等单项评估。由于电力系统的复杂性，其安全水平不可能由单一的指标来表征，需从多个侧面建立指标体系，因此建立科学的电网安全水平评价指标体系显得至关重要[8-9]。

本文提出一套较完整的电网安全评价指标体系，指标体系包括结构安全、充裕度、运行安全和可靠性4个一级指标[10]，每个一级指标下包括若干个二级指标，基于建立的电网安全评价指标体系，采用逼近理想点逼近法对电网安全进行定量分析。最后通过实际的算例对本文的方法进行了验证。

1 电网安全性评价指标体系

评价指标体系的构建是综合评价电网运行安全性的核心环节。在遵循科学合理的评价原则的基础上, 采用从整体到局部的分层递阶方法, 结合最新的理论研究成果提出了一套新的安全评价指标。该评价指标体系包括安全供电能力、静态电压安全性、拓扑结构脆弱性、暂态安全性、风险指标5个方面，每一方面又分别包含各自的分指标, 以便从不同的角度加以量化，从不同的角度全面有效地评价电网的安全水平，该体系结构如表1所示。

表1 改进电网运行安全性评价指标体系

2 基于逼近理想点法的电网安全性评价评价模型

逼近理想点法[11]是基于归一化的原始数据矩阵，借助于多目标决策问题的“理想解”和“负理想解”对待选项目（或方案，下同）进行排序，将既最靠近理想解又最远离负理想解的项目确定为最优项目的一种排序方法。

2.1 逼近理想法的基本流程

1）构造原始数据矩阵。

2）计算标准化决策矩阵。

3）计算正理想解与负理想解。

4）计算各评价对象与正理想解与负理想解之间的距离。

5）计算各评价对象与正理想解之间的贴近度。

6）对评价对象进行排序。

2.2 基本步骤及具体算法

设有n个备选方案，即有备选方案集A={A1, A2,…,An}，备选方案优劣评估的指标有m个，记为指标集G={G1,G2…,Gm}。

1）构造原始数据矩阵

通过对规模等级相同的n个地区进行评价指标的定性和定量进行计算，获得地区电网对于评价指标集的初始决策矩阵为

其中yij(i=1,2,…,n; j=1,2,…,m)表示备选方案的评价指标属性值。

2）对决策矩阵进行标准化处理

通常在评价体系中, 存在着两种不同形式的指标∶ 正指标和逆指标。在对不同类型的指标进行标准化处理时, 应采用不同的方法, 目的是处理后的指标都具有正指标的性质。具体处理方法如下：

对于正指标, 一般可令

各评价指标的原始值经过标准化处理后取值范围均在0～1之间。由此得到标准化矩阵X=(xij)。

3）确定正理想解与负理想解

所谓正理想解是指每一准则项目中选出的最大评估值，成为正理想解的结合，负理想解则相反。

4）计算各评价对象与正理想解D+与负理想解D−之间的距离

5）计算各评价对象与正理想解之间的贴近度计算诸评价对象与最优方案的接近程度C。，其计算公式如下：

其中 Ci越接近 l，表示该评价对象越接近正理想解，即最具竞争力。

6）评价对象进行排序

将第5）项所计算出的结果按照Ci排序，Ci越大表示离理想方案越近。亦即第i个备选方案优于其他方案。据此，可排出优劣次序。

3 算例分析

根据本文提出的评价指标和方法，对地区电网的运行安全性进行定量评价，本文采用文献[10]中的5个规模等级相同的地区电网机型安全性评估，各个地区对应的评价指标值，如表2所示。

在二级评价指标体系中，N-1校验合格率、变压器容载比、频率稳定、电压稳定率、旋转备用率是正指标，其他指标为逆指标，由式（2）和式（3）分别对相应的指标进行标准化处理，最终把所有指标无量纲化，且取值均在0～1之间。归一化的评价指标如表3所示。

表2 各电网安全性指标值

表3 各电网安全性指标标准化值

文献[10]利用变异系数针对5个地区计算各指标的权重，得到各指标的权重如表4所示。

表4 指标权重

3.1 计算各地区安全运行的加权规范矩阵

由表2可知，决策矩阵经标准化处理后的标准矩阵为

由表4可知评价指标的权重向量为

由此得到加权规范矩阵

3.2 确定各评价指标的正理想解与负理想解

根据公式（4）和（5）求得正理想解和负理想解分别为

3.3 确定各地区电网安全性评价结果

1）计算各评价对象与正理想解D+与负理想解D−之间的距离。

根据式（6）和式（7）分别求出各地区安全运行评价指标的评价值与正理想解和负理想解的距离为

2）根据式（7）计算各地区电网运行安全评价指标值与理想解的相对距离度为

C=（0.4171, 0.2993, 0.6393, 0.6444, 0.6498）

3）电网运行安全性评价结果排序

Ci越大表示离理想方案越近。亦即第 i个备选方案优于其他方案，由此可知，5个地区的电网安全性性评价结果如表5所示。

表5 评估结果排序

同时由表5可知，本文得到的评估结果与文献[10]中的综合线性综合评分的结果一致，说明本文提出的逼近理想点评估模型的正确性。

4 结论

1）提出了一套较完整的电网安全运行评价指标体系,包括了结构安全、运行安全、稳定性、充裕性等四个方面, 该指标体系能够科学、全面地反映电网的安全水平，为电网安全应急技术措施的制定提供量化依据

2）建立了基于逼近理想点法的电网安全运行评估模型, 各方法简单易行, 实用性强。同时选取5个相类似地区进行实证分析, 评价结果与各地区的实际情况相符合,说明了该方法的合理性和实用性

3）本文提出的评价指标体系和评价模型,不仅适用于地区电网的安全性评估, 还适用于国家整体电网的安全性评估。

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