基于电力系统的黑启动方案评估方法、装置及电子设备与流程

1.本技术涉及电力系统分析控制技术领域，尤其涉及基于电力系统的黑启动方案评估方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.近年来，国内外发生了多起大停电事故，如2011年的巴西大停电、以及最近2019年英格兰和威尔士的大停电，约100万人受到了直接影响。停电系统的安全快速恢复对于减小停电损失具有重要意义。
3.由于恢复过程时间较长而且比较复杂，通常将整个恢复过程分为三个阶段，即黑启动阶段、网络重构阶段和负荷恢复阶段。其中黑启动阶段又可称为电源启动阶段，是恢复过程的第一阶段，也是后续恢复工作的基础。此阶段的主要工作包括确定启动电源、待启动机组以及恢复路径。由于电网规模越来越大，结构越来越复杂，实际电网的黑启动方案往往有多个，有必要对可行方案进行评估选出最优方案。
4.针对方案评估的不同环节，目前方案评估主要有以下几种方法：
5.(1)数据包络法。数据包络法依据实际的输入、输出指标值对黑启动方案的有效性做出评价，但只能将方案区分为有效和无效两类，无法实现方案的全排序。
6.(2)层次分析法。层次分析法需要对复杂系统所包含的各类因素进行分析，根据问题的性质和要达到的目标，将问题分解为不同的组成因素，并将这些因素按相互关联影响和隶属关系分组分层，形成有序的逐级层次结构。通过比较每层元素的相对重要性建立判断矩阵，求解判断矩阵的特征向量得到每层元素的权重向量。这种方法存在主观性太大的问题，由不同专家确定的指标权重可能差别很大，最终评价结果也会相差很大，而且存在判断矩阵通不过一致性校验而无法评价方案的风险。
7.(3)接近理想点法。其原理是最佳选择的解决方案(替代方案)与正理想解的距离应最短，而与负理想解的相距最远，换而言之，每个准则之间的距离都是根据正理想解和负理想解来计算的，这是对备选方案进行排名的准则；最好的选择是到负理想解的最大距离和到正理想解的最小距离。这种方法使用过程中还存在其他问题，如权重为事先确定的，其值具有主观性，还可能存在逆序现象。
8.由上可知，现有的方案评价模型在指标权重的确定及评估方法方面还存在一定的缺陷。


技术实现要素：

9.本技术提供基于电力系统的黑启动方案评估方法、装置及电子设备，以解决现有技术中黑启动方案评估不准确的问题。
10.为解决上述技术问题，本技术提出一种基于电力系统的黑启动方案评估方法，包括：对电力系统的黑启动方案进行分析，并将黑启动方案评估问题层次化，形成主要由目标层、准则层和指标层组成的梯阶层次结构；确定评价指标集，其中评价指标集包括若干评价
指标；根据评价指标集获得标准化处理后的决策矩阵；采用改进层次分析法，确定指标层的元素相对于目标层的元素的权重，并利用权重对决策矩阵进行加权处理；采用逼近理想点法，通过加权处理后的决策矩阵计算黑启动方案的贴近度，通过贴近度对黑启动方案进行评估，并按照评估结果按优良中排序。
11.为解决上述技术问题，本技术提出一种基于电力系统的黑启动方案评估装置，包括：分析模块，用于对电力系统的黑启动方案进行分析，并将所述黑启动方案评估问题层次化，形成主要由目标层、准则层和指标层组成的梯阶层次结构；其中，所述目标层为所述黑启动方案的排序，所述准则层为所述黑启动方案的评价标准，所述指标层中的元素隶属于所述准则层中的一个或多个元素；评价指标集模块，用于确定评价指标集，其中所述评价指标集包括若干评价指标；决策矩阵模块，用于根据所述评价指标集获得标准化处理后的决策矩阵；改进层次分析法模块，用于采用改进层次分析法，确定所述指标层的元素相对于所述目标层的元素的权重，并利用所述权重对所述决策矩阵进行加权处理；逼近理想点法模块，用于采用逼近理想点法，通过加权处理后的决策矩阵计算所述黑启动方案的贴近度，通过所述贴近度对所述黑启动方案进行评估，并按照评估结果按优良中排序。
12.为解决上述技术问题，本技术提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器连接所述处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述方法。
13.为解决上述技术问题，本技术提出一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述方法。
14.本技术提出基于电力系统的黑启动方案评估方法、装置及电子设备，评估方法包括：对电力系统的黑启动方案进行分析，并将黑启动方案评估问题层次化，形成主要由目标层、准则层和指标层组成的梯阶层次结构；确定评价指标集，其中评价指标集包括若干评价指标；根据评价指标集获得标准化处理后的决策矩阵；采用改进层次分析法，确定指标层的元素相对于目标层的元素的权重，并利用权重对决策矩阵进行加权处理；采用逼近理想点法，通过加权处理后的决策矩阵计算黑启动方案的贴近度，通过贴近度对黑启动方案进行评估，并按照评估结果按优良中排序。本技术可以从已有的黑启动方案中评估出最合理的方案，最大程度减少停电带来的损失。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本技术基于电力系统的黑启动方案评估方法一实施例的流程示意图；
17.图2是本技术黑启动方案一实施例的层次结构图；
18.图3是本技术基于电力系统的黑启动方案评估装置一实施例的结构示意图；
19.图4是本技术电子设备一实施例的结构示意图；
20.图5是本技术计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
21.为使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术所提供基于电力系统的黑启动方案评估方法、装置及电子设备进一步详细描述。
22.本技术提出一种基于电力系统的黑启动方案评估方法，请参阅图1，图1是本技术基于电力系统的黑启动方案评估方法一实施例的流程示意图，在本实施例中，具体可以包括以下步骤：
23.s110：对电力系统的黑启动方案进行分析，并将黑启动方案评估问题层次化，形成主要由目标层、准则层和指标层组成的梯阶层次结构；其中，目标层为黑启动方案的排序，准则层为黑启动方案的评价标准，指标层中的元素隶属于准则层中的一个或多个元素。
24.s120：确定评价指标集，其中评价指标集包括若干评价指标。
25.进一步地，评价指标可以包括被启动机组容量、机组状态、机组爬坡速率、机组启动功率以及路径开关操作次数。
26.其中，被启动机组容量、机组状态和机组爬坡速率为效益型指标；机组启动功率以及路径开关操作次数为成本型指标。
27.s130：根据评价指标集获得标准化处理后的决策矩阵。
28.过程如下：
29.(1)定义评价指标集中有n个评价指标，m个黑启动方案；
30.(2)获得初始决策矩阵a
mn
为：
31.其中，a
ij
表示第i个黑启动方案中第j个评价指标的值，其中，i∈[1,m]，j∈[1,n]。
[0032]
(3)获得标准化处理后的决策矩阵b
mn
为：
[0033]
其中，b
ij
即为a
ij
消除量纲之后值，i表示黑启动方案，j表示指标。
[0034]
当评价指标为效益型指标时，
[0035]
当评价指标为成本型指标时，
[0036]
s140：采用改进层次分析法，确定指标层的元素相对于目标层的元素的权重，并利用权重对决策矩阵进行加权处理。
[0037]
获得各个评价指标相对于各个黑启动方案排序的权重w；其中，
[0038]
w＝[w1，w2，
…
，w
n
]；
[0039]
进行加权处理后的决策矩阵为c：
[0040][0041]
进一步地，通过改进层次分析法确定评价指标权重的过重可以包括：
[0042]
(1)采用三标度法构造比较矩阵t：
[0043][0044]
式中，t
1j
是第一个指标相对于第j个指标的重要度。
[0045][0046]
(2)根据比较矩阵t构造判断矩阵d
ij
为：
[0047][0048]
其中，重要性排序指数r
i
表示判断矩阵t中第i行元素之和，
[0049]
r
max
＝max(r)；r
min
＝min(r)；
[0050]
(3)计算判断矩阵d的最优传递矩阵f
ij
：
[0051][0052]
其中，d
ik
表示判断矩阵d中第i行第k个元素。
[0053]
(4)计算判断矩阵d的拟优一致矩阵h
ij
：
[0054][0055]
(5)通过拟优一致矩阵h
ij
计算指标层的元素相对于目标层的元素的权重，具体地，求拟优一致矩阵h
ij
的最大特征值对应的特征向量进行归一化处理。
[0056]
s150：采用逼近理想点法，通过加权处理后的决策矩阵计算黑启动方案的贴近度，通过贴近度对黑启动方案进行评估，并按照评估结果按优良中排序。
[0057]
步骤如下：
[0058]
(1)确定正理想解和负理想解；其中，正理想解表示为：
[0059][0060]
负理想解表示为：
[0061][0062]
式中，b
ij
为初始决策矩阵b中对应元素，c
ij
为加权标准化决策矩阵c中元素。
[0063]
(2)计算正负加权距离为：
[0064][0065]
式中，b
ij
为初始决策矩阵b中对应元素。
[0066]
(3)计算各黑启动方案与理想解的距离和虚拟负理想解分别为：
[0067][0068][0069]
式中，和分别为各方案与正、负传统距离，c
ij
即为加权决策矩阵中对应值；c
j+
、c
j*
为正理想解和虚拟负理想解中第j个元素。
[0070]
(3)计算正、负合成距离为：
[0071][0072]
其中，α和β为系数，之和为1。
[0073]
(4)计算贴近度
[0074][0075]
最后，根据大小，可以对各黑启动方案进行优劣性排序。
[0076]
与层次分析法相比，本实施例采用了改进层次分析法，利用三标度代替九标度，降低了确定判断矩阵的难度；其次，当采取九标度时，有可能会发生无法通过一致性检验以致
得不到各指标权重的情况，如以下情况：
[0077] abca131b1/313c11/31
[0078]
此时，指标a优于b，指标a和c同样重要，而指标b优于c，出现矛盾，所以此时无法通过一致性检验，计算不出来权重，而改进之后的层次分析法，通过拟优一致矩阵h
ij
直接计算指标权重，很好地避免了一致性检验，提高了评价效率。与传统的逼近理想点法相比，改进之后的逼近理想点法不再计算黑启动方案到正负理想解的距离，而是计算黑启动方案到正理想解和虚拟理想解的距离，有效解决了传统模型评价结果可能区分度不高(可能会发生到正负理想解的欧式距离相同的情况)的情况。
[0079]
为进一步说明本实施例的基于电力系统的黑启动方案评估方法，以广东电网黑启动方案为例进行介绍：
[0080]
步骤一：划分层次结构，如图2所示。
[0081]
步骤二：确定评价指标集。
[0082]
准则层可以包括可靠性、时间性和发电量；指标层可以包括被启动机组容量、机组状态、机组爬坡速率、机组启动功率、路径开关操作次数。
[0083]
其中，机组状态和路径开关操作次数对应准则层中的可靠性；机组爬坡速率对应准则层中的时间性；机组启动功率和被启动机组容量对应准则层中的发电量。
[0084]
步骤三：初始决策矩阵标准化。其中表1为参考广东电网黑启动决策数据；b为标准化处理后的决策矩阵。
[0085]
表1黑启动方案评价指标值
[0086][0087][0088]
步骤四：构造比较矩阵：
[0089][0090]
步骤五：构造判断矩阵：
[0091][0092]
步骤六：构造最优传递矩阵：
[0093][0094]
步骤七：得拟优一致矩阵：
[0095][0096]
步骤八：求矩阵h的最大特征值对应的特征向量归一化后得：
[0097]
w＝[0.0636 0.5101 0.0329 0.1296 0.2634]
[0098]
步骤九：加权决策矩阵即为：
[0099][0100]
步骤十：由此可得，正负理想解即为：
[0101]
正理想解为：
[0102]
负理想解为：
[0103]
步骤十一：计算4个黑启动方案的贴近度
[0104]
e
1+
＝0.6079；e
2+
＝0.8198；e
3+
＝0.3152；e
4+
＝0.4711
[0105]
e
2+
＞e
1+
＞e
4+
＞e
3+
，由此可知，方案2最优，方案1其次，之后是方案4、方案3。
[0106]
在本实施例中，提供了一种基于改进的层次分析法和逼近理想点法的黑启动方案评估方法，改进的层次分析法采用3标度法代替了9标度法，既减少了判断难度，同时在一定程度上减少了人的主观性对评价结果的影响，利用最优传递矩阵构造判断矩阵，可直接求出各元素权重，无需进行判断矩阵的一致性校验，减少了计算量，提高了评价效率；并且，本实施例还结合使用了逼近理想点法，可以提高对黑启动方案的优良中排序要求，一定程度上也避免了逼近理想法中权重事先确定的弊端，从而实现对黑启动方案的准确客观评估。
[0107]
基于上述的基于电力系统的黑启动方案评估方法，本技术还提出一种基于电力系统的黑启动方案评估装置，请参阅图3，图3是本技术基于电力系统的黑启动方案评估装置一实施例的结构示意图。包括：
[0108]
分析模块，用于对电力系统的黑启动方案进行分析，并将黑启动方案评估问题层次化，形成主要由目标层、准则层和指标层组成的梯阶层次结构；其中，目标层为黑启动方案的排序，准则层为黑启动方案的评价标准，指标层中的元素隶属于准则层中的一个或多个元素；
[0109]
评价指标集模块，用于确定评价指标集，其中评价指标集包括若干评价指标；
[0110]
决策矩阵模块，用于根据评价指标集获得标准化处理后的决策矩阵；
[0111]
改进层次分析法模块，用于采用改进层次分析法，确定指标层的元素相对于目标层的元素的权重，并利用权重对决策矩阵进行加权处理；
[0112]
逼近理想点法模块，用于采用逼近理想点法，通过加权处理后的决策矩阵计算黑启动方案的贴近度，通过贴近度对黑启动方案进行评估，并按照评估结果按优良中排序。
[0113]
基于上述的基于电力系统的黑启动方案评估方法，本技术还提出一种电子设备，如图4所示，图4是本技术电子设备一实施例的结构示意图。电子设备400可以包括存储器41和处理器42，存储器41连接处理器42，存储器41中存储有计算机程序，计算机程序被处理器42执行时实现上述任一实施例的方法。其步骤和原理在上述方法已详细介绍，在此不再赘述。
[0114]
在本实施例中，处理器42还可以称为cpu(central processing unit，中央处理单元)。处理器42可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器42还可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0115]
基于上述的基于电力系统的黑启动方案评估方法，本技术还提出一种计算机可读存储介质。请参阅图5，图5是本技术计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。计算机可读存储介质500上存储有计算机程序51，计算机程序51被处理器执行时实现上述任一实施例的方法。其步骤和原理在上述方法已详细介绍，在此不再赘述。
[0116]
进一步的，计算机可读存储介质500还可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存储器(random access memory，ram)、磁带或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0117]
可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限
定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。文中所使用的步骤编号也仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0118]
本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0119]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0120]
以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。