專利名稱：限制短路電流措施的綜合評價方法
技術領域：
本發明屬于電力系統安全防御技術領域，具體涉及系統安全性、穩定性、短路電流 限制效果及其運行經濟性，對限制短路電流措施配置方案作出綜合和優化的評價方法。
背景技術：
與短路限流技術的探索和短路限流器等限流措施的開發研究相比，有關短路電流 綜合限流措施在電力系統中的優化配置及其對電力系統可能帶來的安全、經濟運行的影響 問題目前還較少為人們所討論。而這些是研究限流措施及其能否在電力系統中得到應用的 重要問題，不分析這些問題就可能使限流措施無法得到恰當的應用并發揮最佳效益，甚至 給電力系統的正常運行帶來新的問題。傳統的限制短路電流辦法通常是對各種限流措施逐一進行計算比較，因此存在計 算方法繁瑣、計算效率低等問題，且無法同時考慮安全、經濟問題。綜合措施的求解也往往 是在單一限流措施無法滿足要求的情況下，憑經驗綜合有限的幾種限流措施來實現，不能 有效實現限制短路電流措施的綜合評價方法，因此不易形成優化的限流措施配置方案。對 于各種限流措施優化配置的問題的研究，尚處于起步階段。模糊綜合評價模型是在模糊集論的層次分析法上發展而來的，目前在電廠選址、 多目標電源規劃等多方面都得到很好的應用。它以模糊數學為基礎，運用模糊線性變換原 理，綜合考慮與被評價事物相關的各種因素，對被評價事物作出全面綜合的評價。根據被評 價事物的復雜程度，可分為單層和多層模糊綜合評價。限制短路電流措施的綜合評價方法需要考慮采取運籌學中多目標決策方法，建立 數學模型，得出多約束條件下的短路電流的最優解；從理論上研究短路電流與系統可靠性 之間的關系曲線，尋找平衡點或系統最佳運行點；建立綜合限流措施費用函數，研究經濟 性、安全性、可靠性多目標優化的限制短路電流配置方案。
發明內容
本發明的目的在于，針對上述短路電流限制措施優化配置方法存在的不足，提出 一種基于多層次模糊綜合評價模型的限制短路電流措施的綜合評價方法。本發明的目的是通過下列技術手段實現的建立多層模糊綜合評價模型確定因素集U= (U1, U2, ...，Um)其中，因素集U為評價事物的指標體系。因素集U可分為m類，每一類為一個因素 子集Ur(r=l，2，…，!^，每個因素子集又有！！個因素，艮口扎=^^。，-,CJ0確定權重集權重集是由因素集U或因素子集^中各個因素相對重要性的權重組成的集合，確 定權重集的方法有專家評議法、專家調查法和判斷矩陣分析法。優選地，采用判斷矩陣分析法，通過經驗豐富的專家對因素集各因素之間的相對重要性作兩兩比較后構造判斷矩陣， 判斷矩陣的最大特征值對應的特征向量經歸一化后即為該因素集對應的權重集。以因素子集扎=(Crl, Cr2,…，Crn)為例，可按如下方式構造判斷矩陣在因素子集扎中每次取兩個因素Ch和(；」(i，j = 1,2,…，η)，Cij表示Ch與 對目標的影響程度之比，其中，優選地，Cij的取值根據Saaty的1 9值法決定，如表1所示。表ISaaty的1 9值法表 全部比較結果可用成對η階比較判斷矩陣義=(Cij)nxn表示，則構成了該準則層下 所有因素的優先關系判斷矩陣瓦。
式中為因素i相對因素j的重要性。其元素滿足 (I)Cil. > 0(i，j = 1，2，…，η)
(2) Cii = l(i = 1,2, -,η)；(3) Cij = 1/Cji(i, j = 1,2, ...，n)。否,矩陣在數學上稱之為正互反型矩陣。對于由眾多因素相互重要關系構成的判斷 矩陣還應該進行一致性校驗，以保證所構成的判斷矩陣合理有效。根據矩陣理論，正互反型矩陣滿足一致性時，它的最大特征根等于矩陣的階數，于 是用CI來表示評價判斷矩陣的一致性指標 上式中λ max為矩陣及的最大特征值。
當CI值為0時，判斷矩陣具有完全一致性，CI值越大，說明判斷矩陣的一致性越 差，檢驗一致性還需要引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI值，對于1-10階的RI值見 表2 表21 10階判斷矩陣的RI值
階數12345678910RI0. 000. 000. 580. 901. 121. 241. 361. 411. 451. 49 對于1、2階判斷矩陣，RI只是形式上的，因為1、2階判斷矩陣總具有完全一致性。 當階數> 2時，判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI的比值稱為隨機 一致性比率CR CR =
Ci
當CR彡0. 1時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要調整構成判斷矩陣的 元素的各種因素之間的標度。驗證完判斷矩陣滿足一致性校驗后，根據計算出來的最大特征值，求出其相對應 的最大特征向量Q=[如％，…，qn]，則有Q=^axQ
將特征向量Q進行歸一化，得到Q= [W1, W2, ——q」——
Qi +<h +..· +禮
則Wi (i = 1. . . η)為對應元素的權重系數。將特征向量Q進行歸一化，得到Q = [W1, W2,…，wn]，其中確定評語集評價集為對被評價事物作出的各級評語組成的集合。設評語共有ρ個，則評價集 V可以表示為V = (V1, V2,…，乂。)。式中Vk(k= 1,2,…，ρ)代表由高到低的各級評語，即評價等級。對評價集中的每個評語Vk可以給出相應的分數，則可以得到評語集對應的分數集 為 E =Ce1, e2,
ep)。一般5級評語即認為可對評價對象作出較為準確的描述，即ρ =
5c進行一級模糊綜合評價—級模糊綜合評價是對因素子集Ur中的各個因素進行模糊綜合評價。B^的一級 模糊綜合評價的單因素評價矩陣，即B^到V的模糊關系矩陣艮為 Rr = {μφ)ηχρ =
/"ml
^rlp
μ、
rnp式中= 1，2，…，m;j = l，2，…，n;k=l，2，…，ρ)為 Ur 的第 j 個因素
Crj隸屬于評語集中第k個評語的隸屬度。 通過模糊矩陣的合成運算，可得Ur的模糊綜合評價集§
&描述的是Ur中的所有因素隸屬于評語集中各評語的加權和。取加權平均(·，θ )型算子，則 進行二級模糊綜合評價二級模糊綜合評價即對因素集U中各因素進行模糊綜合評價。由一次模糊綜合評
價的結果，可得二級模糊綜合評價矩陣為 則二級模糊綜合評價集為 Sk(k = 1,2,…，ρ)是指綜合考慮所有因素的影響時，被評價事物對評語集中第k 個評語的隸屬度。計算模糊綜合評價的優先度以二級模糊綜合評價集S的元素Sk為權重，對分數集E中第k個元素進行加權平 均，作為模糊綜合評價的優先度N。
引入模糊行為指標對于多層次模糊綜合評價模型的改進主要是引入模糊行為指標，即將因素子集中 的各個因素進行量化，尋找具體的數學表達式，用實際的數值對各因素子集中各因素所表 達的物理意義進行表征。確認隸屬度函數隸屬度函數描述各行為指標隸屬于評語集中各評語的程度，結合多層次模糊綜合 評價模型進行優化，從而使評價過程更具客觀性。本方法綜合考慮各種限制短路電流措施的適用范圍、限流效果、經濟成本以及對 電網的影響等因素，結合多層次模糊綜合評價模型進行短路電流限制措施綜合評價，使多 層次模糊綜合評價過程更具客觀性。
下面結合附圖對本發明作詳細說明圖1為模糊評判模型遞階層次結構關系圖；圖2為行為指標的隸屬度函數。
具體實施例方式下面以華北電網500kV網架短路電流限制措施優化配置方案作為本發明的一個 實施例，對本發明的發明內容做進一步說明。將靜態安全性、暫態安全性、短路電流限制效果以及運行經濟性等四個約束作為 因素集U，在因素子集靜態安全性中考慮線路或變壓器過負荷和母線電壓越限兩個子因素， 在因素子集暫態安全性中考慮最大發電機功角差一個子因素，在因素子集短路電流限制效 果中考慮220kV三相、單相短路電流和500kV三相、單相短路電流四個子因素，在因素子集 運行經濟性中考慮開關設備投資和系統網損兩個子因素。將上述因素集和因素子集分成三層，分別定義為方案層、準則層和指標層。具體模 糊評判模型遞階層次結構關系如圖1所示綜合對各個限流措施的特性分析，提出華北電網短路電流限流措施配置方案，針 對所述限制電流措施方案，500kV及以上電壓等級電網變電站采取限流措施情況表示如下 表表3實施方案變電站采取限流措施情況 確定限流效果，使上述方案能將超標站點短路電流限制在開關額定容量的95%以 下，下面綜合考慮靜態安全性、暫態安全性、短路電流限流效果、運行經濟性四個方面進行 綜合評價，得出方案綜合評價優先度。步驟一計算因素集和各子因素集的權重系數集根據準則層下所有因素的優先關系判斷矩陣或公式
以及式中Cij元素滿足條件公式 Cij > 0 (i, j = 1,2,…，η)； Cii = 1 (i = 1, 2,…，η)；
=I/cn (i, j = 1,2,…，η)。
'ij
可計算因素集和各子因素集的權重系數集W。
7
首先根據準則層因素集確定矩陣對角線右側元素(1)四個準則層因素靜態安全性(B1)、暫態安全性(B2)、短路電流限流效果(B3)、 運行經濟性(B4)構成的判斷矩陣元素為b12 = 1/3、b13 = 1/5，b14 = 3，b23 = 1/2、b24 = 1、 b34 = 2 ;(2)單一準則層靜態安全性(B1)兩個子因素線路或變壓器過負荷(C11)和母線電 壓越限(C12)構成的判斷矩陣元素為C12 = 5 ；(3)單一準則層暫態安全性(B2)只有一個子因素發電機最大功角差，其構成的判 斷矩陣元素為C12 = 1 ；(4)單一準則層短路電流限流效果(B3)有四個子因素集500kV三相短路電流 (C31)、500kV單相短路電流(C32)、220kV三相短路電流(C33)、220kV單相短路電流(C34)構成 的判斷矩陣元素為 C12 = 1、C13 = 3、C14 = 3、C23 = 3、C24 = 3、C34 = 1 ；(5)單一準則層運行經濟性(B4)兩個子因素開關設備投資(C41)和系統網損(C42) 構成的判斷矩陣元素為C12 = 1/2 ；列出準則層下所有因素的優先關系判斷矩陣或公式，計算矩陣或的最大特征值 λ _，代入評價判斷矩陣的一致性指標CI計算公式CI = ^max 一”
n-l計算出CI值后，引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI值，對于1-10階的RI值 參考表2 當階數> 2時，計算判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI的 比值稱為隨機一致性比率CR
CICR =——
RI計算結果CR彡0. 1時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則調整構成判斷矩陣 的元素的各種因素之間的標度。驗證完判斷矩陣滿足一致性校驗后，根據計算出來的最大特征值，代入以下公 式BrQ=KM計算出其相對應的最大特征向量Q = [Ql, Q2, ... , qn]。將特征向量Q進行歸一化，得到Q = [wi; W2, ... , wn]，其中
(Jiwi =-
Qi +·.· +禮Wi (i = 1. . . η)為對應元素的權重系數。計算出因素集權重系數w以及子因素集權重系數分別W1、W2、W3、W4。步驟二 確定評價集評價等級標準分為“最好”，“較好”，“好”，“一般”，“差”，五個等級，即評價集為V =Iv1,v2，v3，v4，％}，各等級對應的分數值分別為{9，7，5，3，1}。步驟三確認模糊行為指標本發明的實施例中引入下列模糊行為指標
1.線路或變壓器過負荷指標λ ^ 式中α為輸電線路或變壓器支路集合^為支路1的功率
為其上限。2.線電壓越限指標Xu 式中β為母線集合；Ui為母線i的電壓幅值， /,"和i/f分別為其上限和下限。3.最大發電機功角差δ
δω3χ = MAXl δi-δi|式中δ” δ ^為故障切除后暫態過程中任意兩臺發電機之間的功角。4.短路電流限流效果指標λ sc 式中Y為母線斷路器集合；Δ Ise為采取措施后降低的短路電流值，Ici為斷路器額 定關斷電流。5.開關設備投資指標Xe 式中，Mi是指開關設備的造價，單位千萬元。開關設備投資總價根據各項限流措 施單價計算所得，根據表3實施方案變電站采取限流措施πι” Cli情況，可計算出Mi值，Mi = Hii · (Ii ο6.系統網損指標Xloss= APloss式中APltjss是某種方案下系統增加的有功網損衡量。其中，開關設備投資總價根據各項限流措施單價計算所得。步驟四確認各行為指標隸屬度函數的參數，以線路或變壓器過負荷指標分析，如 表4所示表4行為指標隸屬度函數參數 本發明的實施例中行為指標隸屬于評價語集中各評語的程度用半梯形和三角形 隸屬度函數予以描述，如圖2所示，上圖中μ (vk, λ p) (k = 1,2,…，5)即表示該行為指標 對評語Vk的隸屬度，其中X1 λ 5為常量參數，表征對應指標的經驗判斷值，是各行為指 標隸屬度函數的參數。
根據線路或變壓器過負荷指標λ M確定指標值λ, e (Xuri, AJ代入公式 可計算出評語集對應的線路或變壓器過負荷指標分數集ek，依次計算出評語集E 對應的指標分數集。步驟五限制短路電流措施的綜合評價結果計算模糊綜合評價的優先度以二級模糊綜合評價集S的元素Sk為權重，對分數集E中第k個元素進行加權平 均，代入模糊綜合評價的優先度N的計算公式 計算出該限制短路電流措施的綜合評價優先度。
權利要求
一種限制短路電流措施的綜合評價方法，其特征在于，所述方法基于多層次模糊綜合評價模型，包括以下步驟 確定與被評價對象相關的因素集； 確定由各個因素相對重要性的權重組成的權重集； 確定對被評價對象的評語集； 通過所述各個因素的隸屬函數進行一級模糊綜合評價和二級模糊綜合評價，得出模糊綜合評價的優先度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述因素集包含靜態安全性、暫態穩定性、 短路電流限制效果以及運行經濟性四個子因素集。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述靜態安全性子因素集進一步包含線路 或變壓器過負荷以及母線電壓越限兩個子因素。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述暫態穩定性子因素集進一步包含最大 發電機功角差子因素。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述短路電流限制效果子因素集進一步包 含220kV三相、220kV單相短路電流以及500kV三相、500kV單相短路電流四個子因素。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述運行經濟性子因素集進一步包含開關 設備投資以及系統網損兩個子因素。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述權重集通過判斷矩陣分析法確定。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述一級模糊綜合評價對所述各因素子集 中的各因素進行模糊綜合評價。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述二級模糊綜合評價結合所述一級模糊 綜合評價的結果對所述因素集中各因素進行模糊綜合評價。
全文摘要
本發明提供了一種基于多層次模糊綜合評價模型的限制短路電流措施綜合評價方法，該方法綜合考慮各種限制短路電流措施的適用范圍、限流效果、經濟成本以及對電網的影響等因素，結合多層次模糊綜合評價模型進行短路電流限制措施的綜合評價，使多層次模糊綜合評價過程更具客觀性。
文檔編號G06F17/50GK101930491SQ201010256220
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月18日 優先權日2010年8月18日
發明者于會泉, 但揚清, 劉延樂, 劉文穎, 劉輝, 徐華, 徐鵬, 晁進, 曹俊龍, 李付強, 李志勇, 李笑蓉, 李群炬, 杜珣, 楊楠, 梁峰, 梁才, 梁紀峰, 沈衛東, 王佳明, 王瑩瑩, 王非, 王鵬翔, 葛潤東, 謝昶, 金娜, 門德月 申請人:華北電力大學;華北電力科學研究院有限責任公司;華北電網有限公司