一种基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法，属于电力系统运行与控制技术领域。本发明对所有多馈入直流落点方案评估指标的重要性做出两两比较，建立评价矩阵，通过主观权重模型求解评估指标的主观权重，然后通过电力系统仿真软件BPA计算交流系统在各多馈入直流落点方案下的各项指标并通过客观权重模型求解评估指标的客观权重，在求得的主观权重及客观权重的基础上，通过综合权重模型求得各指标的综合权重，在此基础上得到多馈入直流落点方案的评估指标。本发明能够广泛应用于交流大电网直流落点方案评价中，特别适用于500kV及以上的交流大电网直流落点方案评价。
【专利说明】
一种基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估 方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统运行与控制技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于主观 与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法。
【背景技术】
[0002] 直流输电技术发展已经较为成熟和可靠，随着我国沿海发达城市的负荷需求日益 增长，将有更多的直流输电工程投入到电网中。根据规划，预计至2020年将有数十回直流输 电工程建成投运，其中在中东部负荷中心有多回直流密集落点，给电网规划和运行带来诸 多新挑战。这些挑战中，直流落点选择是电网规划中需要解决的重要问题之一。
[0003] 直流落点选择是指从交直流系统优化运行的角度对交流系统中可以作为换流母 线的节点进行选择，在满足各种安全指标的约束下，实现交直流系统稳定经济运行优化。随 着国内直流输电工程越来越多地投入建设，直流落点的选择对于保证交流系统的稳定运 行、降低网损具有越来越重要的意义，合理的落点方案将极大地改善电网安全稳定运行水 平。
[0004] 直流落点选择是一个非常复杂的系统决策问题，其中需要牵扯到决策目的、系统 安全、经济性、工程实施等多方面。在目前大电网规划中，通常基于电网送受电关系，由规划 设计人员直接制定有限数量的直流落点方案，在此基础上进行安全稳定性、经济性等方面 的计算分析与评估，通过结果比较确定最终直流落点规划方案。这种评估方法能够同时考 虑多种因素影响，但由于每个直流落点方案安全稳定性和经济性等评估工作量大，很难对 所有可能方案进行评估比较，初始方案的制定在很大程度上需要依靠规划设计人员的工作 经验，缺少对所有可能方案进行大面积初步筛选的工作环节和技术手段。
[0005] 除此之外，也有研究人员提出了利用权系数来考虑多种因素的直流落点选择方 法，考虑的因素包括系统送电能力、电压稳定性等。这类方法需要求解相关目标函数的权系 数，即获得影响直流落点方案的因素的权重系数。目前求取权系数的方法主要有主观权值 求取法和客观权值求取法。客观权值求取法求得的权重可以反应多馈入直流落点方案的客 观优劣，但是该方法过分依赖客观数据，有时会与人们对多馈入直流落点方案的认识相差 较大。而主观权重求取方法充分利用经验知识，但该方法主要以经验为基础，因此存在较大 的主观性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是:为了解决如何利用主观经验和客观数据合理的评估多馈入直流 落点方案的问题，提出一种基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法。
[0007] 具体地说，本发明采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：
[0008] 1)对所有多馈入直流落点方案评估指标的重要性做出两两比较，建立评价矩阵D =[dW]nXn，通过主观权重模型求解评估指标的主观权重；
[0009]所述评价矩阵D是对评估指标的重要性做两两比较得出，其中把第k个指标对第j 个指标的相对重要性记为dkj，为指标Xk的权重rk和指标Xj的权重rj之比，(11^ = ^</：1^;11为指 标的个数；
[0010] 2)通过电力系统仿真软件BPA计算交流系统在各多馈入直流落点方案下的各项指 标，设多馈入直流落点方案共有m个；
[0011] 3)根据仿真软件BPA的计算结果得到一个m X η维的评价矩阵A，aij为A中元素，表示 第i个多馈入直流落点方案的第j个评价指标值，其中i = l，2，M_.，m;j = l，2，~，n;
[0012]对矩阵A中的元素进行规范化处理，得到新的评估矩阵B，b^为B中元素，表示第i个 多馈入直流落点方案的第j个评价指标的规范化值，其中1 = 1，2，-_.，111;」=1，2，-_，11;其 中，对于评价指标中的效益型指标，有：
[0016] 得到评价矩阵B后，通过客观权重模型求解评估指标的客观权重；
[0017] 4)在求得的主观权重及客观权重的基础上，通过综合权重模型求得各指标的综合 权重；
[0018] 5)利用简单加权方法计算方案排序向量，计算方法如下：
[0020]其中，e(Si)代表第i个多馈入直流落点方案Si的评估指标，c(Si)越大，表示方案Si 越优;r/3)为第j个指标的综合权重值。
[0021 ]上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)中按下式通过主观权重模型求解评 估指标的主观权重：
[0023]式中，01为主观权重模型的目标函数，ΓΠ) =(^Π),^η ，r⑴为指标主观权重 向量，6 = (1，1，'"，1)1^=[;^]^〇1，矩阵？中的元素为：
[0025] fij = -(dij+dji),i, j = l, · · · ,n,i^j
[0026] 求解此模型可得:r(1)=F-k/VF-k。
[0027] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中按下式通过客观权重模型求解评 估指标的客观权重：
[0029]式中，02为客观权重模型的目标函数，r(2) =(/f，r(2)为指标客观权重 向量，6 = (1，1，一，1)1'，1(为1^11对角矩阵，其对角元素为
[0031] 求解模型可得到:r(2)=K-k/VK-k。
[0032] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中按下式通过综合权重模型求得各 指标的综合权重：
[0034] 式中，03为综合权重模型的目标函数，r(3> =(r/3Vff,r(3)为指标综合权重 向量;β是权重折衷系数，Η=??Μ?-β)Κ，其元素为：
[0035] hii = Pfii+(l-0)kii，i = l，2, · · ·，η
[0036] hij = Pfij+(l-0)kij，i，j = l，2, · · ·，n;i#j
[0037] 通过求解综合权重模型，得到综合权重为:
[0038] 通过采用上述技术方案，本发明取得了下述技术效果:本发明通过综合权重模型 求得各指标的综合权重，是为了兼顾主观经验和客观数据，以更合理的评估直流落地方案。 因为客观权值求取法求得的多馈入直流落点方案评估指标的权重可以表征各评估指标反 应多馈入直流落点方案的客观优劣，但是该方法过分依赖客观数据，有时会与人们对多馈 入直流落点方案的认识相差较大。而基于主观权重的最小平方法则充分利用了经验知识， 但是由于该方法主要以经验为基础，因此存在较大的主观性。鉴于两种方法具有客观性和 主观性的互补性，将这两种确定权重的方法加以综合，得到一种兼具客观性和主观性的权 重确定方法，得到的综合权重能够同时反映客观程度和主观程度，能更合理地评价多馈入 直流落点方案。本发明广泛应用于交流大电网直流落点方案评价中，特别适用于500kV及以 上的交流大电网直流落点方案评价。
【附图说明】
[0039]图1是本发明的流程图。
[0040]图2为改进的IEEE 39节点系统接线图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0042]本发明包括以下步骤，具体为：
[0043] 步骤1是对所有多馈入直流落点方案评估指标的重要性做出两两比较，建立评价 矩阵D=[dkj]nXn，通过主观权重模型求解评估指标的主观权重。所述评价矩阵D是对评估指 标的重要性做两两比较得出，其中把第k个指标对第j个指标的相对重要性记为d kj，为指标 Xk的权重rk和指标Xj的权重r j之比，dkj = rk/r j; η为指标的个数。
[0044] 按下式通过主观权重模型求解评估指标的主观权重：
[0046]式中，01为主观权重模型的目标函数，rU) =(ff ,/f f，r(1)为指标主观权重 向量，6 = (1，1，'"，1)1^=[;^]^〇1，矩阵？中的元素为：
[0048] fij = -(dij+dji),i, j = l, · · · ,n,i^j
[0049] 求解此模型可得:r(1)=F-k/VF-k。
[0050] 步骤2是设多馈入直流落点方案共有m个，通过电力系统仿真软件BPA计算交流系 统在各多馈入直流落点方案下的各项(η个)指标。
[0051] 具体而言，这η个指标可为ESCR、VSI、受端电网有功功率损耗、静态安全性、断面传 输极限以及交流故障极限切除时间：
[0052] (1)有效短路比指标(ESCR)
[0053]交流和直流系统相互作用的性质和相关问题在很大程度上取决于交流系统相对 于直流输电容量的强弱程度。在规划前期，通常引入短路比来衡量交直流系统中交流系统 的强弱。从高压直流(HVDC)系统性能的角度看，考虑ESCR更有意义。ESCR计及了 HVDC端点处 无功设备对短路容量的影响，它包括了交流侧设备和直流系统的滤波器、并联电容器、同步 调相机等的共同影响，定义为交流系统短路容量S a。减去无功补偿容量Qw之后的差值与直 流换流器额定容量PdN的比值，用Iescr表示：
[0055] (2)静态电压稳定性指标(VSI)
[0056] VSI定义为：当负荷在某一功率水平下，负荷母线无功功率发生小扰动时，注入母 线无功功率的变化量与母线电压变化量的比值。在某一直流功率水平匕。下，换流母线的电 压稳定指标Ivsi表不为：
[0058]式中，Qa。为交流系统注入母线无功功率，Qd为直流系统注入母线无功功率，Q。为无 功补偿装置提供的无功功率。
[0059] 当IVSI>0时，换流母线电压静态稳定;反之则静态电压不稳定。
[0060] (3)交流系统有功功率损耗指标
[0061] 直流落点于交流系统的不同节点，受端交流系统的潮流分布会相应地改变，因此 网络损耗也会有较大差异。直流落点的选择应当考虑系统运行的经济性。交流系统有功功 率损耗指标Ipioss为：
[0063]式中：i，j为节点号，Nk为系统支路数;Gk( i，j)为支路电导;Vi，Vj，，Θ」为各节点电 压的幅值与相角。
[0064] (4)静态安全性指标
[0065]静态安全性是指系统中线路、变压器等设备因故退出运行时电网设备的过载程 度。静态安全性指标从潮流的角度反映了电网的安全供电能力。特高压直流不同接入方式 下，网络内的潮流分布会发生变化，潮流过重会存在静态安全风险。当系统发生"Ν-Γ故障 时，可能导致部分线路功率超过其热稳极限。为了考核不同接入方案下的静态安全性，定义 静态"Ν-Γ安全性指标如下：
[0068]其中，Ipfci(lr)为静态"Ν-Γ故障下第r条线路静态安全值;Pr为第r条考核线路在静 态"Ν-Γ下的功率;Prmax为第r条考核线路的热稳极限;npf为考核线路总数；I pf。为特高压直 流不同馈入下的静态安全系数值。静态安全系数值越大，说明静态"Ν-Γ下线路过载程度越 大，静态安全裕度越小，静态安全性越差。
[0069] (5)断面传输极限指标
[0070] 断面传输功率极限指标反映了不同接入方式下特高压直流断面的可利用程度。断 面输送功率极限越大，说明特高压直流断面的可利用程度越高，输送功率能力越强，断面抗 干扰能力也越强，同时满足未来经济发展需要的传输裕度也越大。定义断面传输功率极限 指标为：
[0071] IpTSL = Plim~P〇
[0072] 其中，Plim为考虑系统静态和稳定性约束的特高压直流传输功率的极限值，可以用 连续潮流算法计算得出;P〇为特高压直流规划初始传输功率。
[0073] (6)交流故障极限切除时间暂态稳定性指标
[0074] 交流故障极限切除时间可以作为衡量多馈入直流系统暂态稳定性的重要指标。特 高压直流接入区域附近重要母线出现三相短路故障时，会导致直流线路逆变侧换流母线电 压下降，当其低于某一个值时，直流系统会出现换相失败，故障持续时间较长还会导致换流 器因连续的换相失败而闭锁。直流线路闭锁会导致交直流系统损失较多有功，进而威胁系 统安全稳定运行。交流故障极限切除时间值越大，多馈入直流系统抵御严重暂态故障的能 力越强，暂态稳定性越好。特高压直流不同接入方式下交流故障极限切除时间指标ItMDC为：
[0076] 其中，Nf为考察的特高压落点附近的故障母线总数;tMDC>1为节点i三相短路故障时 能保持系统稳定的极限切除时间。
[0077] 步骤3是根据仿真软件BPA的计算结果得到一个mX η维的评价矩阵A，aij为A中元 素，表示第i个多馈入直流落点方案的第j个评价指标值，其中i = 1，2，….，m; j = 1，2，…，η。
[0078] 由于评估多馈入直流落点方案的多个指标的量纲不一致，无法对这些指标进行直 接比较。因此在进行多馈入直流落点方案估之前，需要对相关数据进行标准化处理。各指标 数据经过标准化处理后，得到新的mXn维评估矩阵中元素，表示第i个多馈入直流 落点方案的第j个评价指标的规范化值，其中i = l，2，-_.，m;j = l，2，~，n。
[0079] 在标准化处理时，通常把这些指标分为效益型和成本型2类。一般来讲，效益型指 标值越大越好，成本型指标值越小越好。经过处理后的效益型指标为：
[0081 ]对于评价指标中的成本型指标，有：
[0083] 得到评价矩阵B后，通过客观权重模型求解评估指标的客观权重。下式通过客观权 重模型求解评估指标的客观权重：
[0085]式中，02为客观权重模型的目标函数，r(2> =(r/2),;fY，r(2)为指标客观权重 向量，6 = (1，1，一，1)1'，1(为1^11对角矩阵，其对角元素为
[0087] 求解模型可得到:r(2)=K-k/VK-k。
[0088] 步骤4是在求得的主观权重及客观权重的基础上，通过综合权重模型求得各指标 的综合权重，即把主观权重和客观权重通过折衷系数β(β>〇)集成，得到综合权重模型：
[0090]式中，〇3为综合权重模型的目标函数，r(3) Υ，r(3)为指标综合权重 向量;β是权重折衷系数，Η=??Μ?-β)Κ，其元素为：
[0091 ] hii = Pfii+(l-^)kii, i = l ,2, . . . ,n
[0092] hij = Pfij+(l-P)kij,i, j = l,2,. . . ,n；i^j
[0093] 通过求解综合权重模型，得到综合权重为:rUzHde/eTHde。
[0094] β是权重折衷系数，β越大，表示主观权重对综合权重的影响越大;反之，则相反。可 以利用β对方案排序变化进行敏感性分析，从而可以为决策者提供更形象的判断。
[0095]步骤5是利用简单加权方法计算方案排序向量，计算方法如下：
[0097]其中，G(Si)代表第i个多馈入直流落点方案Si的评估指标，G(Si)越大，表示方案Si 越优;r/3)为第j个指标的综合权重值。
[0098] 实施例1
[0099]本实施例的改进的IEEE 39节点系统接线图如图2所示。为了突出直流落点选择的 问题，本算例将该交流系统划分为2个区域，其中负荷主要集中在区域2,将这2个区域之间 的联络交流线断开，以节点23作为送端搭建一条由区域1向区域2送电的直流线路，在区域2 中选择一个最优的直流落点作为受端。具体实施过程如图1所示。
[0100] 步骤1，对所有多馈入直流落点方案评估指标的重要性做出两两比较，建立评价矩 阵，通过主观权重模型求解评估指标的主观权重。
[0101] 其中，基于经验给出多馈入直流落点评价指标权重的两两比较矩阵D:
[0103] 通过主观权重模型求得主观权重：
[0104] r(1) = (0.2222,0.2222,0.1112,0.2222,0.2222)
[0105] 步骤2，通过电力系统仿真软件BPA对交流系统的ESCR、VSI、受端电网有功功率损 耗、静态安全性、断面传输极限以及交流故障极限切除时间暂态稳定性进行计算。
[0106] 步骤3,根据仿真软件BPA的计算结果，给出评估矩阵A，并对矩阵A中的元素进行规 范化处理得到新的评估矩阵B，然后通过客观权重模型求出客观权重。
[0107] 其中范化处理得到新的评估矩阵B为
[0109] 通过客观权重模型求得客观权重：
[0110] r(2) = (0.2514,0.1837,0.8963,0.2247,0.2365)
[0111] 步骤4，通过综合权重模型求得各指标的综合权重，其中综合权重为：
[0112] r(3) = (0.2426,0.1952,0.1060,0.2240,0.2322)
[0113] 步骤5，利用简单加权方法计算方案排序向量ζ (Si):
[0115] 其中，G(Si)代表第i个多馈入直流落点方案Si的评估指标，G(Si)越大，表示方案Si 越优;r/3)为第j个指标的综合权重值。
[0116] 根据ζ (Si)的大小，节点4的ζ (Si)最大，说明选择节点4为多馈入直流落点方案最 优。
[0117] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不 脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因 此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法，其特征在于，包括 如下步骤： 1) 对所有多馈入直流落点方案评估指标的重要性做出两两比较，建立评价矩阵D = [dkj ] ηΧη，通过主观权重模型求解评估指标的主观权重； 所述评价矩阵D是对评估指标的重要性做两两比较得出，其中把第k个指标对第j个指 标的相对重要性记为dkj，为指标Xk的权重η和指标Xj的权重rj之比，dkj = rk/rj;n为指标的 个数； 2) 通过电力系统仿真软件BPA计算交流系统在各多馈入直流落点方案下的各项指标， 设多馈入直流落点方案共有m个； 3) 根据仿真软件BPA的计算结果得到一个mXn维的评价矩阵A，au为A中元素，表示第i 个多馈入直流落点方案的第j个评价指标值，其中i = l，2，-'.，m;j = l，2r''，n; 对矩阵A中的元素进行规范化处理，得到新的评估矩阵B，bu为B中元素，表示第i个多馈 入直流落点方案的第j个评价指标的规范化值，其中i = l，2，···.，m;j = l，2，···，η;其中，对 于评价指标中的效益型指标，有：得到评价矩阵Β后，通过客观权重模型求解评估指标的客观权重； 4) 在求得的主观权重及客观权重的基础上，通过综合权重模型求得各指标的综合权 重； 5) 利用简单加权方法计算方案排序向量，计算方法如下：其中，C(Si)代表第i个多馈入直流落点方案Si的评估指标，C(Si)越大，表示方案Si越优； rjW为第j个指标的综合权重值。2. 根据权利要求1所述的基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法， 其特征在于，所述步骤1)中按下式通过主观权重模型求解评估指标的主观权重：式中，〇1为主观权重模型的目标函数，r'。二Of，'…为指标主观权重向量， e=(l，l，···，l)T，F=[fij]nxn，矩阵F中的元素为：fij = -(dij+dji)，i，j = l，. . .，n，i^ j 求解此模型可得:r W = F-le/e中-le。3. 根据权利要求2所述的基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法， 其特征在于，所述步骤3)中按下式通过客观权重模型求解评估指标的客观权重：式中，〇2为客观权重模型的目标函数，户。二〇f，;f，r(2)为指标客观权重向 量，6 = (1，1，。'，1)了，1(为]1乂]1对角矩阵，其对角元素为求解模型可得到:r W = Κ-le/eTK-le。4. 根据权利要求3所述的基于主观与客观权重集成的多馈入直流落点方案评估方法， 其特征在于，所述步骤4)中按下式通过综合权重模型求得各指标的综合权重：式中，〇3为综合权重模型的目标函数，卢，/f，...，/沪>户，'(3)为指标综合权重向 量;β是权重折衷系数，H=邸+(1-β化，其元素为： hii = 0fii+(l-0)kii,i = l ,2,. . . ,η hij = 0fij+(l-0)kij，i, j = l，2,. . .，n;i声 j 通过求解综合权重模型，得到综合权重为:r W = ηΛ/θΤηΛ。
【文档编号】G06Q50/06GK106096806SQ201610319965
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月15日
【发明人】汪成根, 李满礼, 刘福锁, 倪明, 李兆伟, 周前, 解兵, 徐珂
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集团公司, 国家电网公司, 国网江苏省电力公司电力科学研究院