一种直流配网规划方案评价结果的获取方法与流程

本发明涉及直流配电网规划领域，尤其是涉及一种直流配网规划方案评价结果的获取方法。

背景技术：

近年来，随着多样性直流负荷和分布式电源(Distributed Generation，DG)大量接入配网中，中压直流配电技术成为当前的研究热点。科学合理地评估直流配电网规划方案具有重要的现实意义。直流配网规划方案的优选是一个包含建立综合评估指标体系、使用合适的评估方法对待选方案进行评价和排序，最终选取最优规划方案的过程。

当前阶段，对复杂的直流配电系统进行综合评价面临着许多的困难。1)对于实际直流配电规划方案，既要从整体上得到技术评价，又要在关键点上得到细致的量化指标。因此，如何科学合理地选取完整、系统、宏观与微观兼顾的量化评估指标具有重要意义。2)传统交流配电网规划方案的综合评估方法主要有层次分析法、模糊综合评价法以及数据包络法等，但这些方法在实际应用中均发现有较为明显的缺陷，诸如：评估指标体系的不完善；权重确定的不合理；专家判断的模糊性描述不足；对不确定信息挖掘不足等。

目前，对直流配电网规划方案综合评估的研究甚少，其难点主要在于：如何建立有效评估直流主动配网综合性能的指标体系；如何综合考虑分布式能源带来的随机性及不确定性，并考虑专家判断的模糊性和风险倾向；如何简化直流主配网规划方案的综合评估这一复杂问题的计算。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种直流配网规划方案评价结果的获取方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种直流配网规划方案评价结果的获取方法，包括如下步骤：

(一)构建直流配电网规划方案综合评价指标体系，并建立各指标的计算数学模型。

直流配电网规划方案综合评价指标体系包括用以反映规划电网为用户保持持续供电的能力的可靠性指标，用以反映直流配电系统供电能力的供电能力指标，用以体现直流配电网规划成本及效益的经济性指标，用以衡量直流配网规划与交流配网的网架协调性指标，用以衡量直流配电系统中分布式电源配置的优劣性的DG配置合理性指标，用以体现直流配网规划方案对环境造成的破化程度的环保性指标和用以体现直流配网规划方案对外部各类因素的适应能力的适应性指标。

经济性指标包括投资估算指标和运行管理维护费用成本指标，所述的运行管理维护成本指标包括年运行维护费用和年传输损耗费用，其表达式为：

式中：Cop为年运行维护费用；rop为年运行维护费率，取1.8％；Cic为总工程造价，Ctr为年传输损耗费用；k为网损率；Pav为年平均负荷；S为售电电价；h为1年中的小时数。

DG配置合理性指标包括电压支撑指数、电压波动指数和DG利用率，其表达式为：

式中：IVS为电压支撑指数，Nl为所选的故障个数，WFl为不同故障权重系数，Nk为在所选故障Fl后的采样总数，Wk为采样瞬间tk的权重系数，n为网络中的母线数目，Wbi为母线i的权重系数，Vi(tk)为采样瞬间tk的电压，ITSI为灵敏度系数，Nk为总采样数，Wk为采样瞬间tk的权重系数，n为网络中的母线数目，Wbi为母线i的权重系数，ΔP为DG出力的变化，Vi(tk,P0+ΔP)为母线i在DG出力变化下采样瞬间的电压，IVF为DG接入直流配电网的电压波动指数，ΔP⁺表示DG出力增加，ΔP^-表示DG出力减少，KDG为DG利用率；Ndg为直流配网规划方案中DG的个数；Pi^dg为第i个DG的实际输出功率；Pi^dgN为第i个DG的额定输出功率。

(二)根据综合评价指标体系和规划方案的指标计算值，构建综合区间直觉模糊判断矩阵，并对综合区间直觉判断矩阵的一致性进行检验。

综合区间直觉模糊判断矩阵Y的表达式为：

式中，E为决策者数量，Ae为第e个决策者的区间直觉模糊判断矩阵，其表达式为：

其中，为第e个决策者认为第j个指标下第i个方案的评分区间，其表达式为：

式中，为第e个决策者判断在第j个指标下方案i为最优方案的肯定程度区间，为第e个决策者判断在第j个指标下方案i为最优方案的否定程度区间。

对综合区间直觉判断矩阵的一致性进行检验的具体内容为：

通过构建相容性指标SI来判断综合区间直觉判断矩阵Y的一致性，其表达式为：

式中，分别为矩阵A的隶属度上下限，分别为矩阵Y的隶属度上下限，上标L、H为上、下限；

若矩阵Y和所有Ae满足下述条件，则认为区间直觉模糊矩阵Y的一致性是可接受的：

SI(Ae,Y)≤τ

式中：τ为相容性指标的阈值；

若SI(Ae,Y)＞τ，则认为区间直觉模糊矩阵的一致性不可接受，对综合区间直觉判断阵进行修正。

(三)基于前景理论和MYCIN不确定因子对步骤(二)构建的区间直觉模糊判断矩阵进行处理，获取综合评估值，并依据综合评估值最大化原则将各方案进行排序，获取规划方案的评价结果。具体包括下列步骤：

1)基于前景理论，利用区间直觉模糊数将区间直觉判断矩阵Y转化为记分函数矩阵，获取前景决策矩阵。前景决策矩阵W的表达式为：

W＝(wij)m×n

式中，wij为各个方案在不同指标下的前景值，其表达式为：

wij＝C(sij)

其中，C(sij)为前景理论计算，其表达式为：

2)结合前景理论以及记分函数与不确定因子的关系，利用前景决策矩阵替代MYCIN不确定因子矩阵，得到最优方案的信任度，进而获取实质不确定因子决策矩阵。

利用前景决策矩阵W＝(wij)m×n替代MYCIN不确定因子矩阵：

CF(hi/ej)＝wij

其中，CF(hi/ej)为在指标Ij下方案Xi为最优方案的信任度，CF(hi/ej)∈[-1,1]；

指标Ij的信度为：

CF(ej)＝1-DOI(Ij)

式中：

其中：DOI(Ij)为指标Ij的q阶不确信度，rij为灰色均值关联度；

由上两式获取方案Xi在各指标Ij下的实质不确定因子CFT(hi/ej)：

CFT(hi/ej)＝CF(hi/ej)*CF(ej)

进而得到实质不确定因子决策矩阵为：

CFT＝(CFT(hi/ej))m×n

3)对实质不确定因子决策矩阵的证据信息进行融合，获取各个规划方案最终的实质不确定因子，作为综合评估值，针对各个规划方案最终的实质不确定因子判断方案的优劣性。最终的实质不确定因子的计算式为：

当CFT(h/e1,e2,…,em)＝0时，表示该方案的反对意见和支持意见相同，方案的优劣不能判断；当CFT(h/e1,e2,…,em)＝1时，表示对该方案的支持意见占据绝对主导地位，该方案相对较优；当CFT(h/e1,e2,…,em)＝-1时，表示对该方案的反对意见占据了绝对主导地位，该方案相对较差；根据实质不确定因子最大化原则，选取最优的直流配电网规划方案。

4)获取整体不确定性的信度函数值，判断决策者主观认识的不确定性。整体不确定性的信度函数值的表达式为：

式中：X1,X2,…,Xm为各待选的规划方案，整体不确定性的信度函数值越小，则表示结论中决策者主观认识的不确定性越小，结论越可信。

5)依据综合评估值最大化原则将各方案进行排序，获取规划方案的评价结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明方法所建立的综合评价指标体系综合考虑了直流配电网规划的特点以及DG带来的不确定影响，补充了网架协调性、DG配置合理性等评价指标，构建的指标体系简明、易于计算，能够从不同的角度综合反映直流配网的整体性能；

二、本发明采用区间直觉模糊数来描述决策者判断意见，较全面地刻画出决策者偏好信息的同时，又能体现其主观判断的不确定性；引入前景理论和MYCIN不确定因子来处理区间直觉模糊矩阵，解决了不确定信息挖掘不足的问题，降低了决策中主观认识的不确定性，提高了评价结果的辨识度，使得决策结果更符合实际，更具可信度。

附图说明

图1为本发明方法中建立的综合评价指标体系示意图；

图2为本发明实施例中各评价指标的信度求取结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

(1)区间直觉模糊理论

区间直觉模糊理论是对传统模糊理论的一种扩展。区间直觉模糊集由隶属度、非隶属度及犹豫度三方面的信息构成的。与直觉模糊集理论相比较，区间直觉模糊集中三种信息均由区间数形式表出，使得其能够将决策者的肯定程度、否定程度和犹豫程度全面体现出来。因此区间直觉模糊理论在处理模糊性和不确定性问题时尤为灵活实用。

定义：设X是一个非空集合，则X上的一个区间直觉模糊集a为：

其中，和分别为X中元素x属于a的隶属度区间和非隶属度区间，上标H、L分别表示区间的上、下限，且满足条件：

并称：

为X中元素x属于a的犹豫度区间。

将区间直觉模糊理论应用在直流配电网规划方案综合决策上，能够清晰表达出决策者判断时的模糊性和不确定性，使得最优规划方案的确定更具客观性和合理性。

(2)前景理论

前景理论由Kahneman等人提出，是随机决策理论的一个重要进展。前景理论是采用前景值来取代期望效用理论中的期望价值，能够考虑到决策者的主观偏好和风险态度，使得决策结果更加符合实际情况。前景理论认为现实决策中决策者理性有限，且随外界因素的变化，决策者偏好也会变化。当出现收益时，决策者往往会规避风险，这时决策者价值函数为凹函数；而当出现损失时，决策者常常会表现为风险偏好，这时价值函数为凸函数。其中，收益和损失是相对于决策者设定的标准相对值。

前景价值函数为：

式中：z为方案属性相对参考点的差值。δ和β分别为风险偏好和风险厌恶系数，σ为损失规避系数，σ＞1表示决策者对于损失更加敏感。通常认为决策者群体是风险中立的。

基于上述理论，本发明涉及一种直流配网规划方案评价结果的获取方法，该方法包括以下几个步骤：

步骤一、构建直流配电网规划方案综合评价指标体系，并建立各指标的计算数学模型。具体内容为：

合理的评价指标体系是直流配电网规划方案综合决策的前提。现已有的交流配电网规划方案评价指标主要集中在经济性、充裕性方面，缺乏全面性，且对不确定性因素考虑不足，不宜直接应用到直流配电网规划方案评估中。本发明根据直流配电网规划中的特殊影响因素和不确定因素，建立了一套包含可靠性、供电能力、经济性、网架协调性、DG配置合理性、环保性以及适应性等指标的三级评价体系。如图1所示。

指标的选择应尽可能满足全面性、客观性和易取得易计算的原则。图1所示的综合评价指标体系中包含了传统交流配网中的考虑指标，同时补充了两大指标：(a)针对直流配网的网架的特征，新增了衡量直流配网规划与交流配网网架协调性指标；(b)针对DG带来的不确定性，新增了衡量DG大规模接入直流配电系统带来不确定性影响的电压支撑指数、电压波动指数等指标。

1)可靠性指标

可靠性指标反映的是规划电网为用户保持持续供电的能力。直流配电系统可靠性指标除了需要考虑传统配网中关注的负荷点可靠性指标外，由于直流设备大部分是电子和电磁元件，故障率较高，借鉴直流输电工程可靠性评估指标，又提出了强迫停运率指标。

式中：λS-P为直流配电系统的强迫停运率，为子系统的故障停运率，γS-P为直流配电系统的故障停运时间，表示串联子系统的故障停运时间，n为配电网节点数，表示故障停运时间，下标i表示第i个串联子系统。

2)供电能力指标

直流配电系统供电能力可以通过计算维持系统电压及功率约束在一定界限的条件下，系统最大负载能力、最大供电距离和网损率指标来描述。

式中：SMLC为直流配网所能承受的最大负荷；n为配电网节点数；S0i为节点i的负荷基础值；λ为节点负荷增长的倍数；SNi为节点负荷增长基准值。Lmax表示最大的供电距离；UN为线路的额定电压；ΔU为线路允许最大电压降；r为线路单位长度电阻；P为负荷功率；Gu1和Gu2为损失系数。k为网损率；ΔVij为节点i和节点j之间的压降；Rij为节点i和节点j之间的支路电阻值；S0为负荷基础值。

3)经济性指标

经济性指标体现的是在直流配电网规划中追求经济成本最低、效益最高的特征。本发明主要通过投资估算和运行管理维护费用两个成本型指标来描述。其中运行管理维护成本主要包括年运行维护费用和年传输损耗费用。

式中：Cop为年运行维护费用；rop为年运行维护费率，取1.8％；Cic为总工程造价。Ctr为年传输损耗费用：k为网损率；Pav为年平均负荷；S为售电电价；h为1年中的小时数。

4)网架协调性指标

网架协调性指标描述了交直流系统相互影响程度。直流配网以不同的连接方式接入交流配网中，其相互影响的程度不同，可以采用某系统故障时的另一系统母线过电压和过电流倍数来描述。

5)DG配置合理性指标

DG配置合理性指标主要反映的是直流配电系统中分布式电源配置的优劣性。考虑到DG接入直流配电系统带来的不确定性影响，引入了电压支撑指数、电压波动指数和DG利用率三个指标来衡量。

式中：IVS为电压支撑指数，Nl为所选的故障个数，WFl为不同故障权重系数，Nk是在所选故障Fl后的采样总数，Wk表示采样瞬间tk的权重系数，n为网络中的母线数目，Wbi为母线i的权重系数，Vi(tk)为采样瞬间tk的电压。ITSI为灵敏度系数，即母线的电压幅值随注入DG功率的微小变化而变化的速率；Nk为总采样数，Wk表示采样瞬间tk的权重系数，n为网络中的母线数目，Wbi为母线i的权重系数，ΔP表示DG出力的变化，Vi(tk,P0+ΔP)表示母线i在DG出力变化下采样瞬间的电压。IVF为DG接入直流配电网的电压波动指数；ΔP⁺表示DG出力增加，ΔP^－表示DG出力减少。KDG为DG利用率；Ndg为直流配网规划方案中DG的个数；Pi^dg表示第i个DG的实际输出功率；Pi^dgN表示第i个DG的额定输出功率。

6)环保性指标

环保性指标体现的是直流配网规划方案对环境造成的破化程度，例如占地、线路走廊、分布式电源污染等问题。由于环境指标难以量化，只能由专家来评判，是一个定性指标。

7)适应性指标

适应性指标描述的是直流配网规划方案对外部各类因素的适应能力，例如负荷发展适应性、负荷类型适应性以及可拓展等因素。适应性指标难以量化，亦是定性指标。

步骤二、根据综合评价指标体系和规划方案的指标计算值，构建区间直觉模糊判断矩阵。

具体内容包括：

(2.1)构建区间直觉模糊判断矩阵是比较方案优劣性的基础。但当前阶段，还未有定性评价或评价标度与区间直觉模糊数对应的标准表。由直觉模糊数转换得到的区间直觉模糊数为：

式中，和分别为X中元素x属于a的隶属度区间和非隶属度区间，上标H、L分别表示区间的上、下限。

依据定性评价与直觉模糊数的对应表，将其按照上两式转换为区间直觉模糊数，得到表1所示的对应表。

表1定性评价与区间直觉模糊数对应表

假设共有E位决策者，每个决策者依据表1，分别针对给出的归一化方案属性矩阵G进行打分，形成区间直觉模糊判断矩阵。设第e个决策者形成的区间直觉模糊判断矩阵为：

其中：

上式表示第e个决策者认为第j个指标下第i个方案的评分区间，表示该专家认为在第j个指标下方案i为最优方案的肯定程度区间，表示该专家认为在第j个指标下方案i为最优方案的否定程度区间。

假设综合区间直觉模糊判断矩阵为Y，对E个专家给出的参考意见进行加权计算：

为了得到合理的决策结果，需要对综合区间直觉判断矩阵Y的一致性进行检验。提出一种通过构建相容性指标SI来判断。

如果矩阵Y和所有Ae满足下述条件，则认为区间直觉模糊矩阵Y的一致性是可以接受的：

SI(Ae,Y)≤τ

式中：τ为相容性指标的阈值，一般取τ＝0.003。

反之，当SI(Ae,Y)＞τ时，认为区间直觉模糊矩阵的一致性不可接受，此时应对区间直觉判断阵进行适当的修正，以保证一致性能够接受。

步骤三、引入前景理论和MYCIN不确定因子处理区间直觉模糊判断矩阵，得出综合评估值，并依据综合评估值最大化原则将各方案排序。

为了降低决策中主观认识的不确定性和对不确定信息挖掘不足问题，提高决策水平，本发明采用前景理论和MYCIN不确定因子结合来处理区间直觉模糊判断矩阵。

(3.1)前景决策矩阵的构建：

针对区间直觉模糊矩阵，定义了一种带犹豫度放缩的精确记分函数。

设为任意的区间直觉模糊数，称：

为区间直觉模糊数α的记分函数。

根据上式将区间直觉判断矩阵Y转化为记分函数矩阵S＝(sij)m×n。

根据区间直觉模糊判断矩阵和记分函数的含义，本发明前景理论的参考点取0。因此，得到各个方案在不同指标下的前景值为：

wij＝C(sij)

其中，C(sij)为前景理论计算，其表达式为：

从而得到前景决策矩阵为：

W＝(wij)m×n

(3.2)获取实质不确定因子决策矩阵：

结合记分函数和不确定因子的关系，以及前景理论的特点，用前景决策矩阵W＝(wij)m×n替代MYCIN不确定因子矩阵,即：

CF(hi/ej)＝wij

其中，CF(hi/ej)表示在指标Ij下方案Xi为最优方案的信任度，CF(hi/ej)∈[-1,1]。

指标Ij的信度为：

CF(ej)＝1-DOI(Ij)

式中：

其中：DOI(Ij)为指标Ij的q阶不确信度；rij为灰色均值关联度。为了提高分辨度，本发明采用欧式距离，故q＝2，ζ＝0.5。

由上两式可以得到方案Xi在各指标Ij下的实质不确定因子CFT(hi/ej)：

CFT(hi/ej)＝CF(hi/ej)*CF(ej)

进而得到实质不确定因子决策矩阵CFT＝(CFT(hi/ej))m×n。

(3.3)证据信息融合：

若e1,e1,…,em是关于h和是条件独立的，则有：

根据上式对实质不确定因子决策矩阵的证据信息进行融合，得到各个规划方案最终的实质不确定因子，其表达式为：

将其作为综合评估值，针对各个规划方案最终的实质不确定因子判断方案的优劣性。

当CFT(h/e1,e2,…,em)＝0时，说明对该方案的反对意见和支持意见相同，方案的优劣不能判断；当CFT(h/e1,e2,…,em)＝1时，说明对该方案的支持意见占据了绝对主导地位，该方案相对较优；当CFT(h/e1,e2,…,em)＝-1时，说明对该方案的反对意见占据了绝对主导地位，该方案相对较差。依据实质不确定因子最大化原则就能够选取出最优的直流配电网规划方案。

(3.4)整体不确定性的信度函数值：

为凸显本发明方法在处理决策者主观认识不确定性问题的优势，引入mass函数。mass函数表示对证据的精确信任程度，是信度函数的基本概率分配。

式中：mj(i)表示指标Ij下方案Xi的mass函数。

由于决策者认识的局限性和客观事物的复杂性，可以得出∑mj(i)<1，即存在整体的不确定情况。进而，可以得出指标Ij下整体不确定性的mass函数：

由证据信息融合法则，可以得出整体不确定性信度函数值为：

式中：X1,X2,…,Xm表示各待选的规划方案。

而最初的整体不确定性信度函数值可以通过各指标不确信度DOI(Ij)的均值来体现，即：

整体不确定性的信度函数值越小，则表明结论中决策者主观认识的不确定性越小，结论越可信。

本实施例选取某地区的工业园区直流配电网规划方案作为研究对象。该规划区域在电力供应和新能源应用等方面存在诸多优势：敏感负荷用户集中；分布式发电资源丰富；有储能电站；用户有直流负荷需求等。在该工业园区附近有两个110KV交流变电站可以作为主电源，还有一个储能电站。其负荷类型及相应容量配置如表2所示。

表2算例基本负荷配置

据该工程的实际设计方案以及结合类似工程实例，综合考虑网络结构、电压等级、直流系统接地方式以及分布式电源的配置，拟定了三个待选方案，其中方案2为实际工程施工方案。各待选方案均采用单极接线模式，其他具体情况如下表3所示。

表3待选直流配电网规划方案

根据图1中综合评估指标体系和各个方案构建方案属性表，如表4所示。表中能量化部分的数据可以通过规划数据库和仿真计算出得出，部分定性评价可以根据专家意见得出。

表4方案属性表

依据本发明提出的区间直觉模糊理论，决策者对各方案的指标相对优劣性给出区间直觉模糊判断矩阵，经过一致性检验及修正后，通过前景理论和MYCIN不确定因子处理综合区间直觉模糊判断矩阵。由于篇幅限制，下面仅给出各指标信度的求取结果，如图2所示。

由图2可知，经济性指标对方案优劣的影响最为明显，这一点符合传统电网规划方案评价中经济性指标的重要程度。在分布式电源接入的环境下，系统DG配置的合理性指标重要性仅次于经济性指标。交、直流配网网架协调性指标在传统电网规划方案优选中较少考虑，但在直流配电网规划中，这类指标对方案优劣亦有着显著影响。

通过证据信息融合运算后，得到了3种规划方案的综合评价值，如表5所示。

表5各方案的综合评价结果

由表5可以发现，方案1经证据融合后的实质不确定因子-1，说明对该方案的反对度占绝对优势，所以方案1为最差的方案，在方案优选时，需要首先排除；方案2和方案3证据融合后的实质不确定因子分别为0.9975和0.6694，表明了对这两种方案的支持度均占据了优势，其中方案2的支持度占据了绝对的优势，故相较方案3，方案2为最优的方案。由此可见，各规划方案的优劣程度排序为：方案2＞方案3＞方案1(符号＞表示优于)。因此，本算例的最优规划方案为方案2，这与实际工程采用的方案一致。

此外，计算得出原始整体不确性的信度函数平均值为43.204％。通过本发明的方法计算处理后，计算得出整体不确定性的信度函数值为3.984％。这说明采用本发明提出的评估方法能够显著降低决策者主观认识的不确定性，提高决策水平。

不同的决策者群体由于不同的性格和偏好情况,对相同的规划方案可能作出不同的判断结果。将决策者按风险偏好情况大体分为三类，即：风险偏好型，风险中立型，风险保守型。其在前景理论中表现为不同的风险偏好和风险厌恶系数。本发明分别计算了上述三类偏好情况下的综合评估结果，如表6所示。

表6不同参数情况下的综合评估值

对比分析可以发现，无论风险偏好如何，决策者对各方案优劣的排序是一致的，均为方案2＞方案3＞方案1。但决策者的不同偏好对中间方案(方案3)的优劣判断有一定的区别：相较风险中立者，风险偏好者对方案3的支持度占优更大，而风险保守者对方案3的反对度占优。其主要原因在于：风险偏好和风险保守情况下的评估结果只能单一的凸显收益或者风险，难以准确地刻画出方案的优劣差距。相比而言，风险中立者的判断结果更能细致刻画出不同方案间的优劣，符合实际决策。

为进一步验证本发明所提方法的灵活性和实用性，分别采用层次分析法、模糊综合决策法以及本发明方法对上述3种规划方案进行评估，所得综合评估结果如表7所示。

表7不同评估方法的综合评估值

可见，虽然使用的评估方法不同，但最终评价结果是相同的，只是各方法的辨识度有所不同。相较于传统的评价方法，本发明所提方法将评价结果从[0，1]扩大到[-1，1]，使得各方案评价结果的辨识度明显提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。