基于混合賦權(quán)的含分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)

戴曉東, 鄒妍茜,王萍,于立濤

(1.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100；2. 國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000)

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基于混合賦權(quán)的含分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)

戴曉東1, 鄒妍茜1,王萍2,于立濤2

(1.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100；2. 國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000)

分布式電源的接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成一系列影響。為此，首先分析分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)安全性的影響，并在此基礎(chǔ)上討論傳統(tǒng)配電網(wǎng)安全性分析的不足之處；其次從設(shè)備安全性、狀態(tài)安全性和負(fù)荷安全性三個(gè)方面考慮，建立了計(jì)及分布式電源影響的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性指標(biāo)體系；然后提出基于熵值理論的投影尋蹤法，利用熵值理論構(gòu)建投影目標(biāo)函數(shù)，保證投影值的分散和投影方向的穩(wěn)定，并且進(jìn)一步根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則利用主觀權(quán)重修正投影向量，完成混合賦權(quán)；最后，結(jié)合青島配電網(wǎng)實(shí)際的饋線數(shù)據(jù)，驗(yàn)證所提安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的合理性。結(jié)果表明，本文所提指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)確、可靠。

分布式電源；配電網(wǎng)；運(yùn)行安全性；混合賦權(quán)法；投影尋蹤法；熵值

隨著地球資源的日益枯竭以及節(jié)能減排要求的不斷提高，采用可再生能源發(fā)電的分布式電源(distributed generation，DG)以其環(huán)保、高效的特點(diǎn)在全球引起了廣泛關(guān)注，因此，在配電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，大力發(fā)展DG，是電力行業(yè)提升能效水平、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的重要措施，也是未來智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而DG的接入改變了配電網(wǎng)的潮流分布，且光伏、風(fēng)力等形式的DG出力具有波動(dòng)性和隨機(jī)性，一旦DG的接入容量、接入位置缺乏合理引導(dǎo)，勢(shì)必會(huì)對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行產(chǎn)生較大影響；因此，建立全面的、合理的、計(jì)及DG影響的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)體系，識(shí)別配電網(wǎng)中的安全薄弱環(huán)節(jié)，有利于科學(xué)引導(dǎo)DG的發(fā)展和普及。

目前國內(nèi)外對(duì)于含DG的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)的研究較少，鮮有建立直觀的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，缺乏從系統(tǒng)層面對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全性的綜合評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[1]結(jié)合“k(N-1+1)”準(zhǔn)則和經(jīng)濟(jì)學(xué)中的效用理論，構(gòu)建配電網(wǎng)安全性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)并利用層次分析法對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)[2]在安全性風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)之上，考慮了DG的影響，建立了相應(yīng)的含DG的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)模型；文獻(xiàn)[3]利用k值的大小建立事故后果嚴(yán)重程度指標(biāo)，可以定量地刻畫事故嚴(yán)重程度，但是評(píng)估結(jié)果單一，不適用于日趨復(fù)雜的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；文獻(xiàn)[4]考慮了DG和儲(chǔ)能裝置接入對(duì)安全性的影響，并建立了相應(yīng)的安全裕度指標(biāo)計(jì)算方法。在指標(biāo)賦權(quán)方面有層次分析法、熵權(quán)法、拉開檔次法[5]等主、客觀方法，其中文獻(xiàn) [6-7] 在指標(biāo)賦權(quán)方法中引入證據(jù)融合理論，增加了主觀賦權(quán)的合理性；文獻(xiàn)[8]利用層次分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)；文獻(xiàn)[9-10]從客觀數(shù)據(jù)出發(fā)，利用熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)；文獻(xiàn)[11-12]利用組合賦權(quán)法平衡主客觀賦權(quán)的優(yōu)缺點(diǎn)；文獻(xiàn)[13]利用投影尋蹤法將高維數(shù)據(jù)投影至一維空間進(jìn)行綜合評(píng)估，降低樣本數(shù)據(jù)維度過高帶來的分析難度。

本文綜合考慮了DG接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全性的各方面影響，從設(shè)備安全性、狀態(tài)安全性、負(fù)荷安全性3個(gè)方面建立含DG接入的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性指標(biāo)體系；除此之外，為了合理地完成對(duì)指標(biāo)體系的綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合熵值法和投影尋蹤法，建立基于投影熵值最小和投影方向熵值最大的目標(biāo)函數(shù)，從而保證投影值的分散和投影方向的穩(wěn)健，并且根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則，令混合權(quán)重與投影方向、主觀權(quán)重的離差和最小，利用主觀權(quán)重修正投影方向，完成混合賦權(quán)。

1 DG接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全性的影響

目前在國家新能源政策的鼓勵(lì)之下，DG接入項(xiàng)目只考慮資源條件和項(xiàng)目本身的經(jīng)濟(jì)性，很少考慮電網(wǎng)的安全條件，容易造成局部地區(qū)項(xiàng)目過于集中、裝機(jī)容量過大等問題，從而對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，大幅增加電網(wǎng)的改造成本。

DG接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全性的影響主要集中在以下幾方面[14-16]：

a)DG的接入使得配電網(wǎng)由單電源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎嘣淳W(wǎng)絡(luò)，潮流分布的改變會(huì)使得支路功率、節(jié)點(diǎn)電壓等一系列狀態(tài)變量都將發(fā)生變化，配電網(wǎng)有可能不滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的約束條件；

b)使用間歇式能源的DG的出力具有明顯的波動(dòng)性和隨機(jī)性，增加了配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的不確定性；

c)DG多采用電力電子裝置并網(wǎng)，給配電網(wǎng)帶來了新的諧波污染，影響電器元件的安全運(yùn)行；

d)DG的接入改變了饋線流動(dòng)功率，當(dāng)相鄰饋線發(fā)生故障時(shí)，有DG接入的饋線可以暫時(shí)承受更多的轉(zhuǎn)移負(fù)荷，增加負(fù)荷的持續(xù)供電能力。

2 計(jì)及DG影響的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)是負(fù)荷的持續(xù)供電能力，主要依賴“N-1+1”原則，通過預(yù)想事故分析法，在斷開某個(gè)分段斷路器的同時(shí)，閉合一個(gè)聯(lián)絡(luò)斷路器，并判斷該運(yùn)行方式下可恢復(fù)負(fù)荷的多少，從而評(píng)價(jià)配電網(wǎng)的安全性高低。但是該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，存在諸多弊端：一方面，隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，饋線聯(lián)絡(luò)程度越來越高，比如青島市轄區(qū)10 kV饋線的聯(lián)絡(luò)率已達(dá)100%，在發(fā)生故障后，通過聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供負(fù)荷，一般都可以滿足負(fù)荷的持續(xù)供電要求，所以采用該方法的評(píng)價(jià)過程會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且不同的方案區(qū)分性不大；另一方面，由于現(xiàn)階段國家電網(wǎng)嚴(yán)格禁止DG的孤島運(yùn)行，所以在采用預(yù)想事故法分析含有DG接入的饋線時(shí)，在切除形成孤島的DG后，很難合理地評(píng)價(jià)DG對(duì)配電網(wǎng)安全性的影響，其得出的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)結(jié)果也不能反映實(shí)際情況。因此，為了克服傳統(tǒng)的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)方法的不足之處，有必要建立計(jì)及DG影響的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系既要體現(xiàn)配電網(wǎng)保證負(fù)荷持續(xù)供電的能力，又要突出DG接入給配電網(wǎng)安全性帶來的影響，全面、合理、直觀地評(píng)價(jià)含DG的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性。

本文結(jié)合青島配電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，篩選相關(guān)指標(biāo)，構(gòu)建的計(jì)及DG影響的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重見表1。

表1 配電網(wǎng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重

一級(jí)指標(biāo)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重二級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重設(shè)備安全性I1λ1線路絕緣化率I11λ11配電變壓器合格率I12λ12DG滲透率I13λ13狀態(tài)安全性I2λ2母線電壓合格率I21λ21線路最大電壓偏差I(lǐng)22λ22線路最大負(fù)載率I23λ23諧波畸變率I24λ24負(fù)荷安全性I3λ3線路聯(lián)絡(luò)率I31λ31聯(lián)絡(luò)線備用容量I32λ32

該指標(biāo)體系的一級(jí)指標(biāo)包括設(shè)備安全性、狀態(tài)安全性和負(fù)荷安全性。

設(shè)備安全性是從配電網(wǎng)設(shè)備的角度衡量配電網(wǎng)安全性，包括線路絕緣化率、配電變壓器合格率以及DG滲透率3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

狀態(tài)安全性是從配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的角度衡量配電網(wǎng)安全性，即各狀態(tài)量是否滿足約束要求，包括母線電壓合格率、線路最大電壓偏差、線路最大負(fù)載率、諧波畸變率4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

負(fù)荷安全性衡量配電網(wǎng)潛在的負(fù)荷持續(xù)供電的能力，包括線路聯(lián)絡(luò)率和聯(lián)絡(luò)線備用容量2個(gè)二級(jí)指標(biāo)。線路聯(lián)絡(luò)化率越高或聯(lián)絡(luò)線備用容量越大，說明故障時(shí)可通過聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移的失電負(fù)荷越多，從而配電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)供電能力越強(qiáng)，安全性越高。

一級(jí)指標(biāo)設(shè)備安全性、狀態(tài)安全性和負(fù)荷安全性的指標(biāo)值和其權(quán)重可由二級(jí)指標(biāo)值和其權(quán)重計(jì)算出來，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中：Ii為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)值；λi為指標(biāo)Ii的權(quán)重；Iij為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)下屬的第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)值；λij為指標(biāo)Iij的權(quán)重；ni為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)所擁有的二級(jí)指標(biāo)的數(shù)量。當(dāng)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理之后，由于標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值的取值范圍為[0，1]，所以由二級(jí)指標(biāo)加權(quán)累加獲得的第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的取值范圍為[0，λi]。顯然，二級(jí)指標(biāo)權(quán)重的不同會(huì)導(dǎo)致不同一級(jí)指標(biāo)的取值范圍不同，不利于一級(jí)指標(biāo)的比較分析。因此，式(1)通過除以λi來完成對(duì)一級(jí)指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理之后的一級(jí)指標(biāo)值取值范圍變?yōu)閇0，1]。

含DG的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)結(jié)果為

(3)

3 綜合評(píng)價(jià)方法——混合賦權(quán)法

本文將投影尋蹤法和熵值法相結(jié)合，根據(jù)數(shù)據(jù)的客觀特征，利用其熵值的大小來衡量投影值的差異性和投影方向的穩(wěn)定性，推導(dǎo)出基于熵值的投影尋蹤優(yōu)化模型；并且針對(duì)客觀賦權(quán)法可能出現(xiàn)的權(quán)重和指標(biāo)實(shí)際重要程度相悖的情況，提出根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則利用主觀權(quán)重對(duì)其進(jìn)行修正。

3.1 數(shù)據(jù)歸一化處理

為了便于對(duì)配電安全性指標(biāo)進(jìn)行分析，首先需要對(duì)不同類型、不同量綱的指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理。

假設(shè)m個(gè)待評(píng)價(jià)方案可用n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)衡量，xij為第i個(gè)方案中的第j個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)值，歸一化后的指標(biāo)值為：

(4)

(5)

式中xi,max和xi,min分別為m個(gè)方案中第j個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值。

3.2 基于熵值的投影尋蹤法

對(duì)于m×n維的樣本數(shù)據(jù)X，假設(shè)其可通過投影向量(權(quán)重)ω=[ω1,ω2,…,ωj,…,ωn]向一維空間投影，即

(6)

(7)

式中：Z為m個(gè)樣本數(shù)據(jù)的投影值向量；zi為第i個(gè)評(píng)價(jià)方案的n個(gè)指標(biāo)在一維空間的投影值，而通過比較不同的樣本在一維空間的投影值z(mì)i的大小，即可評(píng)價(jià)樣本的優(yōu)劣；ωj為第j個(gè)指標(biāo)的投影方向。因此，利用投影尋蹤法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵就是構(gòu)建合理的投影目標(biāo)函數(shù)，從而尋找出最優(yōu)投影方向ω。

由信息熵理論可知，熵值反映的是數(shù)據(jù)的不確定性，熵值越大，說明數(shù)據(jù)越穩(wěn)定；反之，則說明數(shù)據(jù)的差異性越大。因此，在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，為了能反映不同的待評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣，本文將熵值引入投影尋蹤法中，利用熵值的大小來衡量投影值的離散程度和投影方向的穩(wěn)定性，從而獲得多目標(biāo)投影函數(shù)為：

(8)

(9)

式(8)中：pi=zi/∑zi，為第i個(gè)待評(píng)價(jià)方案的投影值占總投影值的比重；f(Z)為m個(gè)待評(píng)價(jià)方案的投影值的熵值，其值越小，說明m個(gè)方案的投影值之間的差異越明顯，有利于區(qū)分不同待評(píng)價(jià)方案之間的優(yōu)劣。式(9)中：f(ω)為n個(gè)指標(biāo)的投影方向的熵值，其值越大，說明指標(biāo)的投影方向越穩(wěn)定，受數(shù)據(jù)干擾的可能性越小。

表2 饋線原始數(shù)據(jù)和基于混合賦權(quán)法的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值混合權(quán)重λ主觀權(quán)重v投影權(quán)重ω指標(biāo)值饋線1饋線2饋線3I110.10090.10.122829.85%99.59%94.53%I120.10000.10.1006100%100%100%I130.19590.20.09710033%I210.10000.10.100599.996%99.999%99.995%I220.05240.050.11040.03120.01490.0109I230.10060.10.114387.53%70.94%58.74%I240.05230.050.10711.73%1.01%2.18%I310.10100.10.125822.75%100%100%I320.19690.20.12143785kVA10825kVA11605kVA

由于多目標(biāo)優(yōu)化問題在求解時(shí)很難保證多個(gè)目標(biāo)函數(shù)同時(shí)取得全局最優(yōu)值，比如當(dāng)待評(píng)價(jià)方案之間存在差異較大的某個(gè)指標(biāo)時(shí)，式(8)的取值最優(yōu)會(huì)導(dǎo)致該指標(biāo)的投影方向(權(quán)重)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它指標(biāo)的投影方向，而投影方向之間的差異較大，又會(huì)造成式(9)的取值較小，從而使得式(9)無法取得最優(yōu)。因此，為了求解出多目標(biāo)優(yōu)化問題的相對(duì)最優(yōu)值，我們需要將構(gòu)建的多目標(biāo)投影函數(shù)轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)投影函數(shù)，采用的方法為較為常用的累加法，即

(10)

式中，通過對(duì)投影方向熵值f(ω)取倒數(shù)，將最大化f(ω)轉(zhuǎn)換為最小化1/f(ω)。利用該式優(yōu)化出的投影方向?yàn)閮蓚€(gè)目標(biāo)函數(shù)的相對(duì)最優(yōu)值，即相對(duì)較小的投影值熵值和較大的投影方向熵值。

投影方向ω作為指標(biāo)的權(quán)重，應(yīng)該滿足權(quán)重大于0和n個(gè)權(quán)重的和等于1兩個(gè)約束條件，從而獲得基于熵值理論的投影尋蹤模型為：

(11)

該模型屬于以ω為優(yōu)化變量的非線性規(guī)劃問題，在確保投影向量滿足約束條件的前提下，通過優(yōu)化投影向量的取值使得投影目標(biāo)函數(shù)值最小，即可獲得樣本的最佳投影方向。對(duì)此本文采用MATLAB遺傳算法工具箱進(jìn)行求解，由于遺傳算法的相關(guān)文獻(xiàn)較多，而且求解算法也不是本文的研究重點(diǎn)，因此對(duì)于遺傳算法的工作原理本文不作贅述。

3.3 基于最小二乘法的權(quán)重修正

由于基于熵值的投影尋蹤法本質(zhì)上仍然是一種客觀賦權(quán)法，有可能會(huì)出現(xiàn)指標(biāo)權(quán)重與指標(biāo)實(shí)際重要程度相悖的情況，因此需要采用主觀權(quán)重對(duì)投影方向進(jìn)行修正。

假設(shè)共有M個(gè)權(quán)重方案，其中第i個(gè)權(quán)重向量為Wi，令混合權(quán)重W為M個(gè)權(quán)重向量的線性組合。

(12)

最優(yōu)的權(quán)重向量應(yīng)該為M種權(quán)重向量之間的協(xié)調(diào)值，所以根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則，混合權(quán)重W應(yīng)該與各個(gè)Wi的離差和最小，即

(13)

式(13)取得最小值的條件是：

(14)

式中Wj為第j個(gè)權(quán)重向量。該式共有M個(gè)變量和M個(gè)方程組，求解式(14)，即可獲得各權(quán)重向量的系數(shù)aj。

由于本文僅采用主觀權(quán)重v修正投影尋蹤法所確定的權(quán)重向量ω。因此M=2，混合權(quán)重λ=a1ω+a2v，其中系數(shù)可由下述方程組求出。

(15)

3.4 基于混合賦權(quán)的含DG的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)流程

綜上所述，基于混合賦權(quán)的含DG的配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)過程如圖1所示。

圖1 基于混合賦權(quán)法的含DG配電網(wǎng)運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)流程

評(píng)價(jià)流程如下：

a)準(zhǔn)備各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)指標(biāo)的正、逆性分別利用式(4)和式(5)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

b)建立基于熵值的投影尋蹤模型，采用遺傳算法求解投影尋蹤模型，按照約束條件隨機(jī)生成初始種群(投影方向)；

c)對(duì)于任意一個(gè)個(gè)體(投影方向)，利用式(6)至(10)計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度(目標(biāo)函數(shù)值)；

d)根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度大小，按賭博輪原則隨機(jī)選擇個(gè)體，按一定概率進(jìn)行交叉或變異操作生成新個(gè)體，并計(jì)算新生成的個(gè)體適應(yīng)度；

e)重復(fù)步驟d)，直至達(dá)到收斂要求，輸出最優(yōu)的投影向量；

f)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)指標(biāo)進(jìn)行主觀賦權(quán)，并利用式(15)計(jì)算混合權(quán)重；

g)根據(jù)混合權(quán)重和待評(píng)價(jià)方案的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值，利用式(1)至(3)完成對(duì)方案的運(yùn)行安全性的綜合評(píng)價(jià)。

4 實(shí)例分析

為驗(yàn)證上述安全性評(píng)價(jià)體系和基于熵值理論的投影尋蹤法的合理性，本文選擇對(duì)青島電網(wǎng)中實(shí)際運(yùn)行的3條10 kV饋線系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行安全性評(píng)價(jià)分析。饋線原始數(shù)據(jù)見表2，其中饋線1屬于縣轄供電區(qū)，饋線2和饋線3屬于市轄供電區(qū)，且饋線2無DG接入，饋線3有光伏電池接入，裝機(jī)容量為2.1 MW。

首先對(duì)饋線數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，然后利用MATLAB的遺傳算法工具箱求解上文所述的基于熵值理論的投影尋蹤模型，在輸入目標(biāo)函數(shù)和約束條件后，設(shè)定種群尺度為200，雜交概率為0.8，變異概率為0.1，個(gè)體選擇方式為賭博輪隨機(jī)選擇，求出的種群平均適應(yīng)度以及最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)度進(jìn)化過程如圖2所示。

圖2 遺傳算法求解結(jié)果

由于該工具箱的優(yōu)化函數(shù)總是使適應(yīng)度函數(shù)最小化，因此從圖2可以看出，經(jīng)過優(yōu)勝劣汰、自由選擇后，種群平均適應(yīng)度迅速降低，不斷向最優(yōu)結(jié)果進(jìn)化，并且在種群繁衍70代左右就趨于穩(wěn)定，既獲得種群的最優(yōu)適應(yīng)度值1.985 04，最佳投影方向ω=[0.122 8，0.100 6，0.097 1，0.100 5，0.110 4，0.114 3，0.107 1，0.125 8，0.121 4]，投影值Z=[0.539 3，0.859 7，0.785 5]。

從基于熵值的投影尋蹤的結(jié)果可知，求出的投影向量在保證投影值分散的同時(shí)，又可以使得投影方向盡可能穩(wěn)健，可以很好地反映高維樣本數(shù)據(jù)特征，但是指標(biāo)權(quán)重過于平均，并不能明顯地區(qū)分指標(biāo)的重要程度。而在實(shí)際應(yīng)用中，由于供電部門具體要求的不同，對(duì)安全性指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)也會(huì)不一樣，因此需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行主觀賦權(quán)，從而據(jù)此修正投影向量。在該實(shí)例中，由于青島供電部門側(cè)重于DG滲透率和聯(lián)絡(luò)線備用容量對(duì)安全性的影響，因此我們確定主觀權(quán)重v=[0.1，0.1，0.2，0.1，0.05，0.1，0.05，0.1，0.20]，然后根據(jù)式(12)計(jì)算出基于最小二乘法的混合賦權(quán)系數(shù)a1=0.04和 a2=0.96，利用該系數(shù)和主觀權(quán)重完成對(duì)投影方向的修正，最終求出基于混合賦權(quán)法的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果S=[0.584 5，0.890 6，0.767 5]。 基于混合賦權(quán)法的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重見表2，一級(jí)指標(biāo)值及其權(quán)重見表3。

表3 一級(jí)指標(biāo)值及其權(quán)重

一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值指標(biāo)值饋線1饋線2饋線3I10.39680.82150.99900.6552I20.30530.56240.68650.6862I30.29790.29270.95571

如果按照傳統(tǒng)的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)方法，采用“N-1+1”原則進(jìn)行安全性校驗(yàn)，以故障時(shí)的負(fù)荷持續(xù)供電能力作為評(píng)判指標(biāo)，則因?yàn)轲伨€3的線路聯(lián)絡(luò)化率和聯(lián)絡(luò)線備用容量較高，其安全性也會(huì)最優(yōu)，而且饋線2的安全性會(huì)略低于饋線3，饋線1的安全性會(huì)遠(yuǎn)低于饋線2和饋線3。而從表2和表3的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，按照本文所建立的評(píng)價(jià)體系，綜合考慮設(shè)備安全性、狀態(tài)安全性和負(fù)荷安全性3個(gè)方面的因素，雖然饋線3中DG的接入會(huì)降低線路最大負(fù)載率、減小電壓偏差以及提升聯(lián)絡(luò)線備用容量，從而一定程度上提升其運(yùn)行安全性，但是DG的接入也會(huì)導(dǎo)致饋線3的電壓合格率的下降和諧波畸變率的上升，直接影響運(yùn)行安全性，并且因?yàn)轲伨€3中的DG滲透率較高，一旦其反孤島裝置不可靠，更會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)和故障定位的準(zhǔn)確性造成極大的影響。因此，相較于同為市轄區(qū)且沒有DG接入的饋線2，饋線3的設(shè)備安全性為0.655 2，遠(yuǎn)低于饋線2的0.999 0；負(fù)荷安全性為1，略高于與饋線2的0.955 7；狀態(tài)安全性為0.686 2，略低于饋線2的0.686 5；最終，饋線3的綜合安全性為0.767 5，低于饋線2的0.890 6，與實(shí)際情況相符，證明了本文所提指標(biāo)體系的全面性和客觀性。除此之外，饋線1因?yàn)閷儆诳h轄供電區(qū)，線路絕緣化率、線路聯(lián)絡(luò)化率、電壓合格率、聯(lián)絡(luò)線備用容量等都較低，因此其實(shí)際的綜合安全性應(yīng)該明顯低于市轄供電區(qū)的饋線2和饋線3，而根據(jù)表2和表3的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果也可以看出饋線1的投影值僅為0.584 5，遠(yuǎn)小于饋線2和饋線3，這也說明了本文所提評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法的正確性。

5 結(jié)束語

a)本文在DG接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全性影響的分析基礎(chǔ)之上，討論基于“N-1+1”準(zhǔn)則的傳統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)方法的不足之處，并據(jù)此建立了計(jì)及DG影響的配電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)體系。

b)提出了基于熵值的投影尋蹤法，利用熵值的大小來衡量投影值的離散程度和投影方向的穩(wěn)定性，并且根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則，利用主觀權(quán)重修正投影向量，完成結(jié)合熵權(quán)法、投影尋蹤法以及主觀賦權(quán)法優(yōu)點(diǎn)的混合賦權(quán)法，使得評(píng)價(jià)模型對(duì)于不同評(píng)價(jià)方案的辨識(shí)度和可靠性較高。

c)結(jié)合青島電網(wǎng)實(shí)際饋線參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過對(duì)不同轄區(qū)饋線的綜合評(píng)價(jià)，得出評(píng)價(jià)結(jié)果直觀可靠，與實(shí)際情況相符，證明了本文所提安全性評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法的可靠性較高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1] 劉若溪，張建華，吳迪．基于風(fēng)險(xiǎn)理論的配電網(wǎng)靜態(tài)安全性評(píng)估指標(biāo)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39(15)：89-95.

LIU Ruoxi，ZHANG Jianhua，WU Di．Research on Static Security Index of Distribution Network Based on Risk Theory[J].Power System Protection and Control，2011，39(15)：89-95.

[2] ZHANG Liu，XU Aoran，LIU Li，et al．Study on the Safety Index of Distribution System Containing Distributed Generation and Example Analysis[C]//2012 China International Conference on Electricity Distribution (CICED 2012)，Shanghai，China：CIRED，2012：1-7.

[3] 劉偉，郭志忠．配電網(wǎng)安全性指標(biāo)的研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(8)：85-90.

LIU Wei，GUO Zhizhong．Research on Security Index of Distribution Networks[J].Proceedings of the CSEE，2003，23(8)：85-90.

[4] 蔣申晨．大容量?jī)?chǔ)能與分布電源接入后地區(qū)電網(wǎng)安全裕度計(jì)算[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

[5] YU Zhaoji，CHANG Chunguang，WANG Wenjuan，et al．Energy Consumption Assessment by AIA Based Time Series Scatter Degree Method[C]//Proceedings of IEEE 2010 International Conference on Logistics Systems and Intelligent Management.Haerbin：IEEE，2010：520-525.

[6] 盧志剛，馬麗葉．配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(3)：108-112.

LU Zhigang，MA Liye.Establishment of Evaluation Index System for Economic Performance of Distribution Network[J].Power System Technology，2011，35(3)：108-112.

[7] 湯亞芳，王建民，程浩忠，等．配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性綜合評(píng)估體系[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(S2)：127-130.

TANG Yafang，WANG Jianmin，CHENG Haozhong，et al．An Integrated Economic Evaluation System of Distribution Power Systems[J].Power System Technology，2007，31(S2)：127-130.

[8] 陳靖，路志英，劉洪，等．基于改進(jìn) ANP 的配電網(wǎng)綜合評(píng)估方法及應(yīng)用[J].電力科學(xué)與工程，2015，31(5)：21-28.

CHEN Jing，LU Zhiying，LIU Hong，et al．Research and Application of a Comprehensive Distribution Network Assessment Method Based on Improved ANP[J].Electric Power Science and Engineering，2015，31(5)：21-28.

[9] 張喆．含分布式電源的配電系統(tǒng)電能質(zhì)量概率評(píng)估[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.

[10] 歐陽森，石怡理．改進(jìn)熵權(quán)法及其在電能質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37(21)：156-159.

OUYANG Sen，SHI Yili．A New Improved Entropy Method and Its Application in Power Quality Evaluation[J].Automation of Electric Power Systems，2013，37(21)：156-159.

[11] 李娜娜，何正友．主客觀權(quán)重相結(jié)合的電能質(zhì)量綜合評(píng)估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(6)：55-61.

LI Nana，HE Zhengyou．Power Quality Comprehensive Evaluation Combining Subjective Weight with Objective Weight[J].Power System Technology，2009，33(6)：55-61.

[12] 盧志剛，韓彥玲，常磊．基于組合權(quán)重的配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36(18)：1-5.

LU Zhigang，HAN Yanling，CHANG Lei．The Economic Evaluation of the Distribution System Operation Based on the Combination Weighing[J].Power System Protection and Control，2008，36(18)：1-5.

[13] 付忠廣，王建星，靳濤．基于投影尋蹤原理的火電廠狀態(tài)評(píng)估[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(17)：1-6. FU Zhongguang，WANG Jianxing，JIN Tao．Condition Assessment of Fossil-fired Power Plant Based on Projection Pursuit Method[J].Proceedings of the CSEE，2012，32(17)：1-6.[14] VAN THONG V，VANDENBRANDE E，SOENS J，et al．Influences of Large Penetration of Distributed Generation onN-1 Safety Operation[C]//2004 IEEE Power Engineering Society General Meeting.Denver，United States：IEEE，2004：2177-2181.

[15] MAO Yiming，MIU K N．Switch Placement to Improve System Reliability for Radial Distribution Systems with Distributed Generation[J].IEEE Transactions on Power Systems，2003，18(4)：1346-1352.

[16] SLOOTWEG J G，KLING W L．Impacts of Distributed Generation on Power System Transient Stability[C]//2002 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting.Chicago，United States：IEEE，2002：862-867.

(編輯 霍鵬)

Evaluation on Operation Security of Distribution Network with Distributed Generation Based on Hybrid Weighting

DAI Xiaodong1, ZOU Yanqian1, WANG Ping2, YU Litao2

(1.College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 211100, China; 2. Qingdao Power Supply Bureau of State Grid Shandong Electric Power Company, Qingdao, Shandong 266000, China)

Accessing of distributed generation (DG) will have a series of effects on safe operation of the distribution network. Therefore, this paper firstly analyzes influence of DG on security of the distribution network and then discusses shortages in traditional security analysis method for the distribution network. In aspects of equipment security, state security and load security, it establishes security index system for distribution network operation considering influence of DG. A projection pursuit method based on entropy is presented for constructing projection objective function and ensuring dispersion of projection values and stability of projection direction. According to the least square criteria, subjective weight is used for rectifying projection vector and finishing hybrid weighting. Combining with actual feeder line data of Qingdao distribution network, reasonability of the security evaluation index system and method is verified and results indicate this system and method are both correct and reliable.

distributed generation (DG); distribution network; operation security; hybrid weighting; projection pursuit; entropy

2016-05-30

2016-07-25

國網(wǎng)山東省電力公司科技項(xiàng)目(5206021400NP)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.10.011

TM732

A

1007-290X(2016)10-0062-07

戴曉東(1991)，男，江蘇鹽城人。在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制。

鄒妍茜(1992)，女，湖北宜昌人。在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制。

王萍(1973)，女，山東青島人。高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事電網(wǎng)無功電壓和新能源管理等方面的工作。