一种220kV城市环网分区方案评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种城市环网分区方案评估方法，具体涉及一种基于信息熵和主成分 分析的220kV城市环网分区方案评估方法。
【背景技术】
[0002] 在实际工程中，电网分区方案评估是指对分区方案进行正常条件下潮流计算、短 路电流水平校验、静态安全分析等手段验证方案对规划电网的适应性，适应性最强的即为 最优分区方案。
[0003] 目前，220kV城市环网分区方案评估主要采用多层次模糊评价模型和主成分分析 法，前者在确定权重集时采用具有不确定性的专家评议法和专家调查法，受人为因素影响 较大，会出现评价结果偏于主观或客观；后者是通过方差贡献率的方式，获取反映所有指标 能表征信息的较小数目的综合变量，确定二级指标的主次地位，但当二级指标具有较多并 列下属指标（二级指标内部包含多个同类属性的三级指标即为并列下属指标）时，下属指 标本身也会有主次地位，直接采用主成分分析法会出现部分下属指标被忽略。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种基于信息熵和主成分分析的220kV城市环网分区方案评估方法。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种220kV城市环网分区方案评估方法，包括以下步 骤：
[0006] 获取220kV城市环网分区方案；
[0007] 提取与500kV变电站有直接联系的220kV母线处的三相短路电流指标、单相短路 电流指标及500kV变电站主变"N-1"潮流指标、重要线路"N-1"的潮流指标；
[0008] 提取上述四类指标的内部下属指标，并进行标准化处理，形成二级指标决策矩阵 Rk= (r ij)nXm;
[0009] 采用信息熵的方法对&内部指标信息进行信息熵处理，形成二级指标矩阵Z nik;
[0010] 根据二级指标矩阵Znik通过主成分分析方法，计算一级综合评价指标值F ;
[0011] 根据一级综合评价指标值F的大小评估分区方案。
[0012] 作为优选，所述二级指标矩阵Znik的构建步骤如下：
[0013] 将k个二级指标根据每个二级指标的方案样本数η和属性指标数m构成三级指标 矩阵Ak;
[0014] 将负类属性指标进行规范化处理，后与其余指标共同对Ak进行Z-Score标准化处 理，得到第k个二级指标的决策矩阵R k= (r Jnxni;
[0015] 计算关于属性指标j的熵Ej;
[0016] 根据熵Ej计算信息偏差度d j，Clj= I-E j;
[0017] 根据熵Ej和信息偏差度d j计算关于指标j的权重w
[0018] 根据各指标的权重计算二级指标决策矩阵Rk，得到所有具有三级指标属性的二级 指标矩阵zn，k。
[0019] 作为优选，所述一级综合评价指标值F的计算方法如下：
[0020] 根据矩阵Znik的特征根和特征向量，获取协方差系数矩阵R ;
[0021] 根据方差贡献率确定主成分个数、主成分矩阵；
[0022] 根据主成分矩阵和方差贡献率得到一级综合评价指标值F。
[0023] 作为优选，所述负类属性指标规范化处理方法为：
[0024]
[0025] 式中：为负类属性指标。
[0026] 作为优选，所述一级综合评价指标值F的计算方法为：
[0027]
[0028] 式中：Fg每一个主成分线性加权值
为每个主成分 的方差贡献率。
[0029] 作为优选，所述主成分个数根据方差贡献率
由大到小的排序的前85% 确定。
[0030] 作为优洗，所沭Ak进行标准化变换的方法为：
[0031]
[0032] 式中：
i和j分别对应 三级指标矩阵Ak的第i和j列。
[0033] 本发明的有益效果是：
[0034] (1)本发明合理、客观，可避免目前分区方案评估方法中采用多层次模糊评价方法 时按专家评议法和专家调查法确定权重集，受人为影响因素较大的问题；也可避免直接采 用主成分分析法很难完全体现全部评价指标的问题；
[0035] (2)本发明提出负类属性指标。考虑分区方案进行短路电流校验时，220kV等级断 路器遮断容量为50kA，校验时的三相短路电流和单相短路电流越低于50kA，反映方案的短 路电流水平安全裕度越高，等价表征出方案越优；因此该类指标可被视作负类属性指标处 理；
[0036] (3)本发明采用信息熵方式提取具有多个并列下属指标的信息，聚类形成相应二 级指标，此方式可以全部考虑等级相同的二级指标的下属指标的信息；其次与主成分分析 法相结合，构建评价方法，可避免直接采用主成分分析法评估方案时，而导致部分下属指标 反映信息在方案评估过程中被忽略的问题。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明流程图。
[0038] 图2为本发明实施例各成分分量占全分量的比率和累积率。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0040] 一种220kV城市环网分区方案评估方法，包括以下步骤：
[0041] 获取220kV城市环网分区方案；
[0042] 提取与500kV变电站有直接联系的220kV母线处的三相短路电流指标、单相短 路电流指标及500kV变电站主变"N-1"潮流指标、重要线路"N-1"的潮流指标；重要线路 "N-1"指研究电网中某区域因负荷过大，导致部分负载比较重的线路。
[0043] 提取上述四类指标的内部下属指标，并进行标准化处理，形成二级指标决策矩阵 Rk= (r ij)nXm;
[0044] 采用信息熵的方法对&内部指标信息进行信息熵处理，形成二级指标矩阵Z nik;
[0045] 根据二级指标矩阵Znik通过主成分分析方法，计算一级综合评价指标值F ;
[0046] 根据一级综合评价指标值F的大小评估分区方案。
[0047] 所述二级指标矩阵Zn,k的构建步骤如下：
[0048] 将k个二级指标根据每个二级指标的方案样本数η和属性指标数m构成三级指标 矩阵Ak;
[0049]
[0050] 将负类属性指标进行规范化处理，后与其余指标共同进行Z-Score标准化处理， 得到第k个二级指标的决策矩阵R k= (r d nXm;Z-Score法为标准分数法，具体是指分数与 平均数的差再除以标准差的过程；定义负类属性指标的原因在于，220kV母线处断路器遮 断容量为50kA，实际三相短路电流越接近50kA，说明短路电流水平安全裕度越低，即短路 电流属于其值越低，体现方案越优的负类属性指标；负类属性指标的规范形式如下：
[0051]
[0052] 采用Z-score法对三级指标矩阵\进行标准化变换：
[0053]
[0054] i和j分别对应 三级指标矩阵Ak的第i和j列；
[0055] 计算关于属性指标j的熵Ej，信息熵表示信息的无序度，信息熵Ej越大，属性指标 j所包含对二级指标k的贡献量越小；
[0056]
[0057] 式中彳= 1/1轉:为与样本数有关的常数，目的是使得E]e [0，1] ;r U满足 CN 105139283 A 兄明书 4/10 页
i 且当 I^j=O 时，规定!Tij InCrij) = 0;
[0058] 根据熵Ej计算信息偏差度d j，Clj= I-E j;
[0059] 根据熵Ej和信息偏差度d j计算关于指标j的权重w j，某指标j的权重是指该指标 j在整体评价中的相对重要程度；
[0060]
[0061] 式中：Zlik的下标k为具有三级指标的二级指标个数；0彡Zlik彡1，二级指标Z lik 越大，说明方案该指标性能越佳；
[0062] 根据各指标的权重计算二级指标评价值Zlik，得到所有具有三级指标属性的二级 指标矩阵Z n，k。
[0063]
[0064] 所述一级综合评价指标值F的计算方法如下：
[0065] 根据矩阵Zn.k的特征根和特征向量，获取协方差系数矩阵R ;
[0066]
[0067] 式中：且j和k分别对应二级指标标准化矩阵Znik的 第j行和k列；
[0068] 根据方差贡献率确定主成分个数、主成分矩阵；由特征方程式I Aip-Rl = 〇,可以 求得P个特征根，将其按大小顺序排列为X1) λ 2>…> λ p多〇,它是主成分的方差，它 的大小描述了各个主成分在描述被评价对象上所起作用的大小；由特征方程式，每一个特 征根对应一个特征向量L g (Lg= I gl, Ig2,…，Igp)，主成分矩阵根据下式确定：
[0069]
[0070] 式中：m的下标对应二级指标矩阵列元素；
[0071] 根据方差贡献率
确定主成分个数；
[0072] 根据主成分加权值和方差贡献率得到一级综合评价指标值F ;先求得每一个主成 分线性加权值Fg= I lgpmp，在对k个主成分进行加权求和，即得最终评价值，权 值为每个主成分得方差贡献率：
，一级综合评价指标值F，
[0073]
[0074] 计算每个分区方案的一级综合评价指标值，按照从大到小顺序排列，得到分区方 案的综合排名。
[0075] 所述主成分个数根据方差贡献率
由大到小的排序的前85%确定；一般 主成分个数等于原始指标个数，如果原始指标个数较多，进行综合评价时就比较麻烦；如果 主成分分析法就是选取尽量少的k个主成分（k < p)来进行综合评价，同时还要使损失的 信息量尽可能少。
[0076] 电磁环网分区方案评估指标主要考虑短路电流水平的安全裕度指标和电网静态 安全分析裕度指标两大类；其中，短路电流水平主要考虑与500kV变电站有直接联系的 220kV母线处的三相短路电流、单相短路电流；静态安全分析主要考虑500kV变电站主变 "N-1"、研究电网重要线路这四类指标均为多维数组；其中，三相短路电流、单相短路 电流和主变"N-1"指标数目为研究电网500kV变电站数目；重要线路"N-1"潮流指标数目 为受进行线路"N-1"时的线路数目。
[0077] 主成分分析的基本原理：主成分分析是一种数学变换的方法。它把指定的一组相 关变量通过线性变换转成另一组不相关的变量，这些新的变量按照方差依次递减的顺序排 列。在数学变换中保持变量的总方差不变，使第一变量具有最大的方差，称为第一主成分， 第二变量的方差次大，并且与第一变量不相关，称为第二主成分；通过主成分分析方法，可 以根据专业知识和指标所反映的独特含义对提取的主成分因子给予新的命名，从而得到合 理的解释性变量；各主因子的线性转换模型为：
[0078]
[0079] 式中：X = (X1, X2,…，xn)即给定的一组相关变量；1^是协方差阵的第i大特征值 A1对应的标准化特征向量；在进行综合评价时，首先以累计方差贡献率超过85%为界限， 据此定出主因子个数，在根据主成分矩阵和方差贡献率确定能反映评价对象的优劣。
[0080] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0081] 采用某实际城市电网作为算例，该电网在2016年，相比2015年的5个500kV变电 站，新投运了 2个500kV变电站；2015年该电网负荷需求为985万千瓦，按照7%的负荷增 长率，2016年枯水