一种多维度多层级的韧性电网评估方法及系统

技术领域

本发明涉及电网评估领域，尤其是涉及一种多维度多层级的韧性电网评估方法及系统。

背景技术

目前电网呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子装备接入、负荷多元化以及信息与物理系统高度融合等特点。与此同时，电网比以往面临更复杂的自然灾害、网络攻击、连锁故障、蓄意破坏、人为失误等威胁，内外部风险源日益增多，电网安全形势更加严峻。在电网日益复杂、安全威胁不断增多、电网安全与城市安全加速一体化的新形势下，建设攻不破、打不烂、摧不垮、毁不掉的韧性电网势在必行。韧性电网是指能够全面、快速、准确感知电网运行态势，协同电网内外部资源，对各类扰动做出主动预判与积极预备，主动防御，快速恢复重要电力负荷，并能自我学习和持续提升的电网。对韧性电网进行全面评估是指导韧性电网建设的重要理论基础，是实现“配网不停电，主网打不垮”的基石。

现有关于电网韧性评估指标的形式较为单一，没有针对电网不同场景建立精细化的评估指标体系；没有依据电网在不同运行阶段的具体特征提出细化指标需求，缺乏对电网进行全阶段全方位的综合评估；此外，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关于电网韧性评估指标的形式较为单一的缺陷而提供一种多维度多层级的韧性电网评估方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多维度多层级的韧性电网评估方法，包括以下步骤：

针对设备、配电网和输电网场景，分别获取韧性电网的设备参数、配电网参数和输电网参数，并通过预设的三层评估指标体系，进行电网指标评估，从而获取韧性电网的综合评估结果；

所述三层评估指标体系包括依次分层设置的综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层，所述综合评估指标层包括设备级、配电网级和输电网级，所述综合评估指标层中的每个指标均对应有一个所述六维评估指标层，所述六维评估指标层包括应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力，所述六维评估指标层的每个指标均对应有一个所述细化评估指标层，所述细化评估指标层包含多个微观指标；

所述韧性电网的综合评估结果的获取具体为：分别设定所述综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层中各个指标的权重，根据微观指标的评估结果，与对应的指标权重相乘，从而计算所述韧性电网的综合评估结果；

对于设备级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括设备失效率、设备可靠性和设备综合效率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括设备老化率、机组调速系统的速度变动率、机组调速系统的迟缓率；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括故障发生率、平均故障恢复时间、维修费用率；其感知力指标对应的细化评估指标层包括设备状态检测准确率、设备全寿命周期利用率、电压和频率偏差感知准确度；其协同力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度；其学习力指标对应的细化评估指标层包括采集数据误差、灾后系统漏洞修复速率；

对于配电网级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括供电可靠率、柔性负荷容量比例、电动汽车充电站用电波动率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括布式发电和储能等自备电源用户比例、区域电网无功能力、支路过负荷程度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括重构后系统能保持供电的负荷容量比例、系统功能曲线的缺失面积、关键负荷恢复速度；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气负荷预测能力、配网支路故障诊断与定位准确率、配电自动化覆盖率；其协同力指标对应的细化评估指标层包括可参与需求响应的电动汽车充放电容量、多类型市场交换电量比例、多部门管理体系应急响应速率；其学习力指标对应的细化评估指标层包括灾后系统可修复漏洞比例、灾害风险评估准确率；

对于输电网级场景，其应变力指标对应的细化评估指标层包括线路潮流分布不均衡度、保护误动失效率、节点电压偏移率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括母线电压和频率偏移安全程度、暂态稳定裕度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括网络重构能力、电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气分布式能源发电能力预测、薄弱环节预警能力、变电站综合自动化率；其协同力指标包布式能源电能转化效率、多种能源发电容量比例；其学习力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度。

进一步地，采用综合赋权法分别设定所述综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层中各个指标的权重。

进一步地，所述综合赋权法采用基于DEMATEL-ANP网络分析法计算主观权重。

进一步地，所述综合赋权法采用基于反熵权法计算客观权重。

本发明还提供一种多维度多层级的韧性电网评估系统，包括：

韧性电网模块，被配置为针对设备、配电网和输电网场景，分别获取韧性电网的设备参数、配电网参数和输电网参数；

特性分析模块，被配置为通过预设的三层评估指标体系，进行电网指标评估；

所述三层评估指标体系包括依次分层设置的综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层，所述综合评估指标层包括设备级、配电网级和输电网级，所述综合评估指标层中的每个指标均对应有一个所述六维评估指标层，所述六维评估指标层包括应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力，所述六维评估指标层的每个指标均对应有一个所述细化评估指标层，所述细化评估指标层包含多个微观指标；

对于设备级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括设备失效率、设备可靠性和设备综合效率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括设备老化率、机组调速系统的速度变动率、机组调速系统的迟缓率；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括故障发生率、平均故障恢复时间、维修费用率；其感知力指标对应的细化评估指标层包括设备状态检测准确率、设备全寿命周期利用率、电压和频率偏差感知准确度；其协同力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度；其学习力指标对应的细化评估指标层包括采集数据误差、灾后系统漏洞修复速率；

对于配电网级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括供电可靠率、柔性负荷容量比例、电动汽车充电站用电波动率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括布式发电和储能等自备电源用户比例、区域电网无功能力、支路过负荷程度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括重构后系统能保持供电的负荷容量比例、系统功能曲线的缺失面积、关键负荷恢复速度；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气负荷预测能力、配网支路故障诊断与定位准确率、配电自动化覆盖率；其协同力指标对应的细化评估指标层包括可参与需求响应的电动汽车充放电容量、多类型市场交换电量比例、多部门管理体系应急响应速率；其学习力指标对应的细化评估指标层包括灾后系统可修复漏洞比例、灾害风险评估准确率；

对于输电网级场景，其应变力指标对应的细化评估指标层包括线路潮流分布不均衡度、保护误动失效率、节点电压偏移率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括母线电压和频率偏移安全程度、暂态稳定裕度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括网络重构能力、电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气分布式能源发电能力预测、薄弱环节预警能力、变电站综合自动化率；其协同力指标包布式能源电能转化效率、多种能源发电容量比例；其学习力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度；

指标评估模块，被配置为分别设定所述综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层中各个指标的权重，根据微观指标的评估结果，与对应的指标权重相乘，从而计算所述韧性电网的综合评估结果。

进一步地，所述韧性电网评估系统还包括：展示界面模块，被配置为展示所述韧性电网模块、特性分析模块和指标评估模块的数据。

进一步地，所述韧性电网评估系统还包括：数据存储模块，被配置为接收所述韧性电网模块、特性分析模块和指标评估模块的数据，并传输至所述展示界面模块。

进一步地，采用综合赋权法分别设定所述综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层中各个指标的权重。

进一步地，所述综合赋权法采用基于DEMATEL-ANP网络分析法计算主观权重。

进一步地，所述综合赋权法采用基于反熵权法计算客观权重。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明为实现电网的综合评估，为克服现有电网单一评估形式的缺陷，首先在第一层中，分为设备级、配电网级、输电网级等多种场景；然后在第二层中分为应变力分析、防御力分析、恢复力分析、感知力分析、协同力分析、学习力分析，根据各个特性进行多维度的指标评估，对于不同场景和不同维度，具体定义了多场景、多维度的具体的微观指标，考虑了极端灾害和政企联动的影响，有助于建立更为精细化的评估指标体系，实现了全阶段全方位的综合评估，为建设“配网不停电、主网打不垮”的韧性电网提供有效指导。

(2)本发明采用综合赋权法计算指标项的权重系数，可结合主客观赋权法的优点，减少信息缺失，提高权重计算的精确度。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种多维度多层级的韧性电网评估方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种三层评估指标体系的示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种多维度多层级的韧性电网评估系统的结构示意图。

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

本实施例提供一种多维度多层级的韧性电网评估方法，该方法将韧性电网划分为设备级、配电网级、输电网级等多种场景，进行应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力的典型特性分析，针对不同场景建立多层级、多维度的评估指标体系，量化评估指标项并基于综合赋权法计算权重系数，具体地该方法包括以下步骤：

针对设备、配电网和输电网场景，分别获取韧性电网的设备参数、配电网参数和输电网参数，并通过预设的三层评估指标体系，进行电网指标评估，从而获取韧性电网的综合评估结果；可根据韧性电网的综合评估结果调整韧性电网的结构。

三层评估指标体系包括依次分层设置的综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层，综合评估指标层包括设备级、配电网级和输电网级，综合评估指标层中的每个指标均对应有一个六维评估指标层，六维评估指标层包括应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力，六维评估指标层的每个指标均对应有一个细化评估指标层，细化评估指标层包含多个微观指标；

韧性电网的综合评估结果的获取具体为：分别设定综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层中各个指标的权重，根据微观指标的评估结果，与对应的指标权重相乘，从而计算韧性电网的综合评估结果；

对于设备级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括设备失效率、设备可靠性和设备综合效率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括设备老化率、机组调速系统的速度变动率、机组调速系统的迟缓率；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括故障发生率、平均故障恢复时间、维修费用率；其感知力指标对应的细化评估指标层包括设备状态检测准确率、设备全寿命周期利用率、电压和频率偏差感知准确度；其协同力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度；其学习力指标对应的细化评估指标层包括采集数据误差、灾后系统漏洞修复速率；

对于配电网级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括供电可靠率、柔性负荷容量比例、电动汽车充电站用电波动率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括布式发电和储能等自备电源用户比例、区域电网无功能力、支路过负荷程度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括重构后系统能保持供电的负荷容量比例、系统功能曲线的缺失面积、关键负荷恢复速度；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气负荷预测能力、配网支路故障诊断与定位准确率、配电自动化覆盖率；其协同力指标对应的细化评估指标层包括可参与需求响应的电动汽车充放电容量、多类型市场交换电量比例、多部门管理体系应急响应速率；其学习力指标对应的细化评估指标层包括灾后系统可修复漏洞比例、灾害风险评估准确率；

对于输电网级场景，其应变力指标对应的细化评估指标层包括线路潮流分布不均衡度、保护误动失效率、节点电压偏移率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括母线电压和频率偏移安全程度、暂态稳定裕度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括网络重构能力、电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气分布式能源发电能力预测、薄弱环节预警能力、变电站综合自动化率；其协同力指标包布式能源电能转化效率、多种能源发电容量比例；其学习力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度。

如图1所示，具体实施时，上述方法包括：

步骤401：输入韧性电网多场景参数，诸如设备参数、配电网参数、输电网参数等；

步骤402：针对设备、配电网、输电网等多种场景，分析其应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力的典型特性，并分析六力之间的关联及影响关系；

步骤403：针对设备、配电网、输电网等多种场景，建立多层级、多维度的韧性电网评估指标体系，第一层级为韧性电网综合评估指标，第二层级为适用应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力的六维度评估指标体系，第三层级为针对设备、配电网、输电网等多场景的细化评估指标，然后执行步骤404；

步骤404：量化计算细化评估指标项，并采用综合赋权法计算细化评估指标的权重系数，综合赋权采用基于DEMATEL-ANP网络分析法的主观权重计算和基于反熵权法的客观权重计算想组合的方式，然后执行步骤405；

步骤405：基于步骤404的结果计算六维评估指标项，并采用综合赋权法计算六维评估指标的权重系数，综合赋权采用基于DEMATEL-ANP网络分析法的主观权重计算和基于反熵权法的客观权重计算，然后执行步骤406；

步骤406：基于步骤405的结果计算韧性电网综合评估指标，然后执行步骤407；

步骤407：可视化展示评估指标计算结果。

如图2所示，本实施例建立了多层级、多维度的评估指标体系，包括第一层级综合评估指标1，第二层级六维评估指标2，第三层级细化评估指标3。综合评估指标1将韧性电网划分为设备级、配电网级、输电网级等多种场景，以便建立更为精确的评估指标体系。六维评估指标2包含应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力六维度评估指标。细化评估指标3包含针对多场景、多维度的具体的微观指标。

针对设备级场景，其应变力指标包含设备失效率、设备可靠性、设备综合效率等，其防御力指标包含设备老化率、机组调速系统的速度变动率、机组调速系统的迟缓率等，其恢复力指标包含故障发生率、平均故障恢复时间、维修费用率等，其感知力指标包含设备状态检测准确率、设备全寿命周期利用率、电压/频率偏差感知准确度等，其协同力指标包含调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度等，其学习力指标包含采集数据误差、灾后系统漏洞修复速率等。针对配电网级场景，其应变力指标包含供电可靠率、柔性负荷容量比例、电动汽车充电站用电波动率等，其防御力指标包含布式发电/储能等自备电源用户比例、区域电网无功能力、支路过负荷程度等，其恢复力指标包含重构后系统能保持供电的负荷容量比例、系统功能曲线的缺失面积、关键负荷恢复速度等，其感知力指标包含极端天气负荷预测能力、配网支路故障诊断与定位准确率、配电自动化覆盖率等，其协同力指标包含可参与需求响应的电动汽车充放电容量、多类型市场交换电量比例、多部门管理体系应急响应速率等，其学习力指标包含灾后系统可修复漏洞比例、灾害风险评估准确率等。针对输电网级场景，其应变力指标包含线路潮流分布不均衡度、保护误动失效率、节点电压偏移率等，其防御力指标包含母线电压/频率偏移安全程度、暂态稳定裕度等，其恢复力指标包含网络重构能力、电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量等，其感知力指标包含极端天气分布式能源发电能力预测、薄弱环节预警能力、变电站综合自动化率等，其协同力指标包布式能源电能转化效率、多种能源发电容量比例等，其学习力指标包含调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度等。

本实施例还提供一种多维度多层级的韧性电网评估系统，包括：

韧性电网模块，被配置为针对设备、配电网和输电网场景，分别获取韧性电网的设备参数、配电网参数和输电网参数；

特性分析模块，被配置为通过预设的三层评估指标体系，进行电网指标评估；

三层评估指标体系包括依次分层设置的综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层，综合评估指标层包括设备级、配电网级和输电网级，综合评估指标层中的每个指标均对应有一个六维评估指标层，六维评估指标层包括应变力、防御力、恢复力、感知力、协同力和学习力，六维评估指标层的每个指标均对应有一个细化评估指标层，细化评估指标层包含多个微观指标；

对于设备级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括设备失效率、设备可靠性和设备综合效率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括设备老化率、机组调速系统的速度变动率、机组调速系统的迟缓率；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括故障发生率、平均故障恢复时间、维修费用率；其感知力指标对应的细化评估指标层包括设备状态检测准确率、设备全寿命周期利用率、电压和频率偏差感知准确度；其协同力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度；其学习力指标对应的细化评估指标层包括采集数据误差、灾后系统漏洞修复速率；

对于配电网级指标，其应变力指标对应的细化评估指标层包括供电可靠率、柔性负荷容量比例、电动汽车充电站用电波动率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括布式发电和储能等自备电源用户比例、区域电网无功能力、支路过负荷程度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括重构后系统能保持供电的负荷容量比例、系统功能曲线的缺失面积、关键负荷恢复速度；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气负荷预测能力、配网支路故障诊断与定位准确率、配电自动化覆盖率；其协同力指标对应的细化评估指标层包括可参与需求响应的电动汽车充放电容量、多类型市场交换电量比例、多部门管理体系应急响应速率；其学习力指标对应的细化评估指标层包括灾后系统可修复漏洞比例、灾害风险评估准确率；

对于输电网级场景，其应变力指标对应的细化评估指标层包括线路潮流分布不均衡度、保护误动失效率、节点电压偏移率；其防御力指标对应的细化评估指标层包括母线电压和频率偏移安全程度、暂态稳定裕度；其恢复力指标对应的细化评估指标层包括网络重构能力、电源黑启动速度、启动完成后的运行频率偏移量；其感知力指标对应的细化评估指标层包括极端天气分布式能源发电能力预测、薄弱环节预警能力、变电站综合自动化率；其协同力指标包布式能源电能转化效率、多种能源发电容量比例；其学习力指标对应的细化评估指标层包括调度运行速度、调度运行的结果与全局最优解的接近程度；

指标评估模块，被配置为分别设定综合评估指标层、六维评估指标层和细化评估指标层中各个指标的权重，根据微观指标的评估结果，与对应的指标权重相乘，从而计算韧性电网的综合评估结果。

如图3所示，具体实施时，该系统包括：韧性电网模块1、特性分析模块2、指标评估模块3、数据存储模块4、展示界面模块5。韧性电网模块1的输入为灾害模型和政企联动策略，韧性电网划分设备级、配电网级、输电网级等多种场景，将典型场景参数数据输出至特性分析模块2和数据存储模块4。特性分析模块2包含应变力分析2-1、防御力分析2-2、恢复力分析2-3、感知力分析2-4、协同力分析2-5、学习力分析2-6，分析结果输出至指标评估模块3和数据存储模块4。指标评估模块3包含六维评估指标体系3-1、细化评估指标计算3-2、六维评估指标计算3-3、综合评估指标计算3-4，评估指标计算结果输出至展示界面模块5。数据存储模块4接收来自韧性电网模块1、特性分析模块2、指标评估模块3的数据，同时也可以输出数据至指标评估模块3和展示界面模块5。

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。