一种输电网韧性值评估方法

技术领域

本发明涉及电网技术领域，尤其是涉及一种输电网韧性值评估方法。

背景技术

电力的特殊属性、电力传输系统的复杂性以及停电事故的响应时间要求使得应对电网安全突发事件的决策制定存在一定挑战。以减少灾害对电网的影响为目标来构建稳健型电网，加强电网系统应急能力，构建“韧性电网”以维持并提升电网的安全稳定性。为了打造更加坚强、更加智能的电力系统，以应对自然灾害、连锁故障、网络攻击等极端事件导致的大停电事故，韧性的概念应运而生。面向系统韧性提升的调度优化研究，是对传统的面向相对确定灾害的减灾研究的必要延伸和升华，目的在于帮助电网更好地适应未来的、不可完全预测的、高度不确定性的自然灾害等威胁，因此如何建设“韧性电网”也成为建设下一代电力系统的核心内容之一，建立具备高韧性的电网已成为各国政府着力发展的国家战略。

现有关于电网韧性评估指标缺乏对电网进行全方位的综合评估，评估指标权重计算仅依据主管判断或客观评定，评估精度大大受限。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在缺乏对电网进行全方位的综合评估、评估精度大大受限的缺陷而提供一种输电网韧性值评估方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种输电网韧性值评估方法，包括以下步骤：

获取输电网的运行参数，根据预设的两层指标评估体系，评估输电网的韧性值，所述两层指标评估体系包括宏观指标层和微观指标层，所述宏观指标层包括感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力，宏观指标层中每个元素均对应有微观指标层，每个微观指标层均包括一个或多个二级指标；

所述评估输电网的韧性值具体为：预先对各个微观指标层中的二级指标进行赋权，以及对宏观指标层中各个元素进行赋权，根据输电网的运行参数对各个微观指标层中的二级指标完成评估后，结合微观指标层中各个二级指标的赋权值，计算宏观指标层中各个元素的评估值，进而根据宏观指标层中各个元素的赋权值，计算输电网的韧性值。

进一步地，所述输电网的韧性值的评估过程具体包括以下步骤：

S101：分别建立所述感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的微观指标层的样本矩阵；

S102：分别获取所述感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的微观指标层中各二级指标的权重指数向量，该权重指数向量由各个二级指标的赋权值获得；

S103：将步骤S101获取的样本矩阵与步骤S102中获取的对应的权重指数向量相乘，分别得到感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的评估值；

S104：获取感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的权重系数；

S105：将所述感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的评估值分别乘以对应的权重系数，并累加，得到输电网的韧性值。

进一步地，采用变异系数法进行所述赋权，所述变异系数法具体包括以下步骤：

S201：获取待评价样本，根据待评价样本和评价指标的数量，构建样本数据矩阵，该样本数据矩阵X的表达式为：

式中，n为待评价样本的数量，p为评价指标的数量，x

S202：计算第j项评价指标的均值和标准差，所述第j项评价指标的均值

所述第j项评价指标的标准差S

S203：计算第j项评价指标的变异系数，该第j项评价指标的变异系数v

S204：对各项评价指标的变异系数进行归一化处理，进而得到各指标的权重，各指标的权重w

S205：得到最终的指标权重：W＝{w

进一步地，所述感知力的微观指标层包括：极端天气分布式能源发电能力预测准确率、极端天气负荷预测能力、故障定位实时响应速率、故障类型判定准确度、网络攻击站点定位准确度、频率偏差感知准确度、电压偏差感知准确度、变电站光纤通信误码故障率和变压器负载率中的一个或多个。

进一步地，所述应变力的微观指标层包括：光伏发电容量比例、风力发电容量比例、节点电压偏移率、平均故障修复时间、保护误动失效率、保护拒动失效率、主变“N-1”通过率、中压线路“N-1”通过率、主变“N-2”通过率和中压线路“N-2”通过率中的一个或多个。

进一步地，所述防御力的微观指标层包括：暂态稳定裕度、母线电压越限程度、母线频率偏移安全程度、电压无功综合自动调节装置(VQC)比例、静态无功补偿装置(SVC)比例、动态电压恢复器安装比例、安装故障电流限制器线路比例和变电站避雷装置安装比例中的一个或多个。

进一步地，所述恢复力的微观指标层包括：电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量、重构后系统能保持供电的负荷容量比例、重构后系统经过恢复措施所能达到的运行稳定状态比例、重构后系统恢复到稳定状态的时间中的一个或多个。

进一步地，所述学习力的微观指标层包括：采集数据与实际数据误差的期望、调度运行的速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度下界、灾后系统漏洞修复的速度、灾后系统可修复漏洞的比例中的一个或多个。

进一步地，所述协同力的微观指标层包括：长度超限线路改造比例、节能型变电站比例分布式电源装机容量比例、分布式电源容量并网率、分布式能源电能转化效率中的一个或多个。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明基于多维度、多层级对输电网韧性值进行评估，能够为输电网的优化和运维工作提供有效的评估和监控手段。本发明对输电网的各个维度、各个层级的评估指标进行梳理与归纳，并设置合理的指标权重值计算出输电网的韧性值，能提高对输电网韧性值评判的效率和准确性，对输电网线路以及设备的状态监测与评估、网络结构优化等工作的开展有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种输电网韧性值评估方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种输电网韧性值评估方法，基于多维度、多层级对输电网韧性值进行评估，能够为输电网的优化和运维工作提供有效的评估和监控手段，基于多维度即从感知力、协同力、应变力、学习力、防御力、恢复力六力综合衡量输电网的韧性度，多层级是分别建立感知力、协同力、应变力、学习力、防御力、恢复力六力的二级指标，即建立两层指标评估体系来评估输电网韧性值；

具体地，该方法包括以下步骤：

获取输电网的运行参数，根据预设的两层指标评估体系，评估输电网的韧性值，两层指标评估体系包括宏观指标层和微观指标层，宏观指标层包括感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力，宏观指标层中每个元素均对应有微观指标层，每个微观指标层均包括一个或多个二级指标；

评估输电网的韧性值具体为：预先对各个微观指标层中的二级指标进行赋权，以及对宏观指标层中各个元素进行赋权，根据输电网的运行参数对各个微观指标层中的二级指标完成评估后，结合微观指标层中各个二级指标的赋权值，计算宏观指标层中各个元素的评估值，进而根据宏观指标层中各个元素的赋权值，计算输电网的韧性值。可根据输电网的韧性值的评估结果调整输电网的结构。

如图1所示，具体实施时，上述方法的实施流程包括：

S1、构建宏观指标层，其中包括感知力、协同力、应变力、学习力、防御力、恢复力六力；

S2、构建微观指标层，即对宏观指标中的六力分别建立评估指标；

S3、通过对S1、S2中的宏观指标层和微观指标层赋予权重，并根据输电网实际运行参数进行评估，计算输电网的韧性值。

下面对各部分进行具体描述。

1、韧性电网关键特征及具体内涵

韧性电网具备6个关键特征，即应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力。感知力是指全面、快速、准确感知电网运行状态，预测电网未来运行态势并针对潜在风险做出预警的能力。应变力是指电网在事故前主动预判事件影响，制定预案，并采取预备措施以应对突发扰动的能力。防御力是指在扰动事件动态发展过程中，电网采取主动防御措施以降低事件影响的能力。恢复力是指电网正常功能遭到破坏后，及时启动应急恢复和修复机制，保障重要负荷持续供电，并快速恢复电网功能至正常状态的能力。学习力是指电网从历史事件或其他电网经历的严重停电事故中获取经验，并不断融合新兴技术实现自我提升的能力。协同力是指电网协同内外部资源共同应对扰动的能力，包括输配协同、源网荷储协同、电网与其他关键基础设施协同、能源大脑与城市运营大脑协同等。其中，应变力、防御力和恢复力是韧性电网的核心特征，分别描述电网在扰动事件前、中、后的应对能力；感知力和协同力贯穿扰动事件全过程，为提升电网应变力、防御力和恢复力提供支撑，同时也适用于电网正常运行状态；学习力是电网从事故中学习和提升的能力，是韧性电网在长时间尺度中自我完善和提升的机制。

2、各微观指标层

各微观指标层的指标如表1所示，具体为：

感知力的微观指标层包括：极端天气分布式能源发电能力预测准确率、极端天气负荷预测能力、故障定位实时响应速率、故障类型判定准确度、网络攻击站点定位准确度、频率偏差感知准确度、电压偏差感知准确度、变电站光纤通信误码故障率和变压器负载率中的一个或多个。

应变力的微观指标层包括：光伏发电容量比例、风力发电容量比例、节点电压偏移率、平均故障修复时间、保护误动失效率、保护拒动失效率、主变“N-1”通过率、中压线路“N-1”通过率、主变“N-2”通过率和中压线路“N-2”通过率中的一个或多个。

防御力的微观指标层包括：暂态稳定裕度、母线电压越限程度、母线频率偏移安全程度、电压无功综合自动调节装置(VQC)比例、静态无功补偿装置(SVC)比例、动态电压恢复器安装比例、安装故障电流限制器线路比例和变电站避雷装置安装比例中的一个或多个。

恢复力的微观指标层包括：电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量、重构后系统能保持供电的负荷容量比例、重构后系统经过恢复措施所能达到的运行稳定状态比例、重构后系统恢复到稳定状态的时间中的一个或多个。

学习力的微观指标层包括：采集数据与实际数据误差的期望、调度运行的速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度下界、灾后系统漏洞修复的速度、灾后系统可修复漏洞的比例中的一个或多个。

协同力的微观指标层包括：长度超限线路改造比例、节能型变电站比例分布式电源装机容量比例、分布式电源容量并网率、分布式能源电能转化效率中的一个或多个。

表1输电网场景下韧性电网特性指标

3、采用变异系数法进行赋权

变异系数法是一种客观赋权法，能客观的反映变量值变化波动情况，在数值上等于标准差除以均值。变化差异较大的指标权重较大，变化差异较小的指标权重较小，波动值大的变量对最终结果的变化影响比较大，因此应赋予更大的权重。

变异系数法具体包括以下步骤：

S201：获取待评价样本，根据待评价样本和评价指标的数量，构建样本数据矩阵，该样本数据矩阵X的表达式为：

式中，n为待评价样本的数量，p为评价指标的数量，x

S202：计算第j项评价指标的均值和标准差，第j项评价指标的均值

第j项评价指标的标准差S

S203：计算第j项评价指标的变异系数，该第j项评价指标的变异系数v

S204：对各项评价指标的变异系数进行归一化处理，进而得到各指标的权重，各指标的权重w

S205：得到最终的指标权重：W＝{w

4、输电网的韧性值的具体评估过程

输电网的韧性值的评估过程具体包括以下步骤：

S101：分别建立感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的微观指标层的样本矩阵；

S102：分别获取感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的微观指标层中各二级指标的权重指数向量，该权重指数向量由各个二级指标的赋权值获得；

S103：将步骤S101获取的样本矩阵与步骤S102中获取的对应的权重指数向量相乘，分别得到感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的评估值；

S104：获取感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的权重系数；

S105：将感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力的评估值分别乘以对应的权重系数，并累加，得到输电网的韧性值。

本发明还提供一种输电网韧性值评估系统，包括：

参数获取模块，被配置为用于获取输电网的运行参数；

两层指标评估模块，被配置为预设有两层指标评估体系，该两层指标评估体系包括宏观指标层和微观指标层，宏观指标层包括感知力、协同力、应变力、学习力、防御力和恢复力，宏观指标层中每个元素均对应有微观指标层，每个微观指标层均包括一个或多个二级指标；根据每个微观指标层的二级指标进行输电网评估；

韧性值计算模块，被配置为预先对各个微观指标层中的二级指标进行赋权，以及对宏观指标层中各个元素进行赋权，根据二级指标的评估值，以及微观指标层中各个二级指标的赋权值，计算宏观指标层中各个元素的评估值，进而根据宏观指标层中各个元素的赋权值，计算输电网的韧性值。

通过参数获取模块、两层指标评估模块和韧性值计算模块运行上述输电网韧性值评估方法，能实现对配电网韧性值评估过程的自动处理，提升计算效率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。