一种基于分布式电源的配电网黑启动能力评估方法

1.本发明涉及黑启动辅助服务技术领域，尤其是涉及一种基于分布式电源的配电网黑启动能力评估方法。


背景技术：

2.当今电网的不断发展对其安全运行提出了更高的要求，尤其在电力系统遭受停电事故时，要尽可能的减小停电时间，减少停电损失，因此，合理有效的黑启动方案很有必要，但大电网的黑启动存在以下问题：
3.(1)大型机组距离负荷中心较远，用户的供电可靠性得不到有效保障；
4.(2)大型黑启动机组启动时间较长，用户等待恢复时间较长；
5.(3)具备黑启动能力大型机组较为单一，网架重构后形成的孤立电网有二次停电的风险。
6.随着分布式电源(distributed generation，dg)在配电网内的大量接入，配电网也具备了黑启动能力。另外，配电网作为电力系统的末端环节，与用户联系紧密，配电网黑启动可以加速供电恢复进程，降低停电损失。因此。利用dg实现配电网黑启动，成为了保障关键用户恢复供电的有效方法。配电网内含有种类繁多的dg，如何保障黑启动初期尽可能快和尽可能多的为用户恢复供电，需要对配电网内各dg的黑启动能力进行评估，确定各dg的黑启动能力。
7.目前，分布式电源的黑启动能力评估已取得一定的研究成果。现有技术研究了大停电后分布式电源启动顺序的确定原则，并采用模糊层次分析法对分布式电源的黑启动能力进行研究。现有技术分析了分布式电源与大电网中传统机组的不同特性，并建立了基于变异系数法的dg黑启动能力评估模型。也有现有技术采用灰色多属性决策法对不同类型的dg进行了黑启动能力评估。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的配电网内含有种类繁多的分布式电源导致黑启动能力评估结果不准确的缺陷而提供一种基于分布式电源的配电网黑启动能力评估方法。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.一种基于分布式电源的配电网黑启动能力评估方法，基于熵权模糊综合评价模型，具体包括以下步骤：
11.s1、获取黑启动能力的评估指标，并通过三角模糊数将评估指标的评价等级转换为评估值；
12.s2、获取黑启动能力评价指标集及评语集，标准化黑启动能力的评价矩阵；
13.s3、根据评价矩阵计算得到每个评估指标的熵值和熵权值作为客观权重；
14.s4、获取专家主观权重，与评估指标的客观权重结合得到综合权重；
15.s5、通过三角形隶属函数计算每个评估指标相对于评语集中评语的隶属度，根据隶属度构建黑启动能力的模糊评价矩阵；
16.s6、根据模糊评价矩阵计算得到黑启动能力的综合权重模糊子集，以此计算出评语集中每个评语的评估分值，通过综合得分排序法得到分布式电源的黑启动能力评估值。
17.所述黑启动能力的评估指标包括dg容量、dg调压调频能力、dg功率变化速度和dg启动时间。
18.进一步地，配电网黑启动的目标是在尽可能短的时间内恢复尽可能多的负荷，因此dg的容量越大，越能提供足够多的恢复功率；
19.dg启动以后需要有一定的调压调频能力才能带负荷孤岛运行，为了保证孤岛内电压和频率的稳定，每个孤岛内应选择至少一个具备黑启动能力的电源；
20.dg功率变化速度包括升负荷速度和降负荷速度，升负荷速度的能力越强，越能尽快恢复供电，提高黑启动效率；dg的降负荷速度表现在当不可控的dg投入运行时，可控的dg需减小出力保证孤岛的稳定运行；
21.dg的启动时间影响到配电网黑启动的速度，启动时间越短越能提高系统恢复效率。
22.进一步地，所述步骤s1中将dg调压调频能力用三角模糊数表示，通过模糊数的清晰化得到近似定量值并添加到评价模型中，具体公式如下所示：
[0023][0024]
其中，p
′
为三角模糊数的清晰值，三角模糊数p＝(as,ad,af)，其中as、ad、af分别为三角模糊数的下限值、最可能值和上限值，0≤as≤ad≤af，c为过程常数，dg调压调频能力具体包括5个评价等级，采用三角模糊数和1-9标度法对该评估指标进行描述。
[0025]
所述黑启动能力评价指标集及评语集的公式如下所示：
[0026]ri
＝{r
i1
,r
i2
,
…
,r
i4
}
[0027]
v＝{v1,v2,v3,v4,v5}＝{优秀、良好、中等、较差、很差}
[0028]
其中，ri为第i个dg的黑启动能力评价指标集，r
ij
(j＝1,2,
…
,4)表示第i个dg的第j个评价指标值，v为dg的黑启动能力的评语集，评语集内元素vk表示第k个评语(k＝1,2,
…
,5)。
[0029]
所述黑启动能力的评估指标的类型包括效益型指标和成本型指标，所述dg容量、dg调压调频能力和dg功率变化速度为效益型指标，标准化公式如下所示：
[0030][0031]
所述dg启动时间为成本型指标，标准化公式如下所示：
[0032][0033]
dg黑启动能力评价矩阵经标准化后变为标准化评价矩阵e：
[0034][0035]
其中，对于第j个评价指标，e
ij
为其标准化后的值，表示r
ij
在i＝1,2,3,4中r
ij
的最小值，表示r
ij
在i＝1,2,3,4中r
ij
的最大值，m为具备黑启动能力的dg的数量。
[0036]
所述步骤s3中评估指标的熵值的计算公式如下所示：
[0037][0038][0039]
所述评估指标的熵权值的计算公式如下所示：
[0040][0041]
其中，hj为第j个评价指标的熵值，k＝1/ln m，0≤hj≤1，且当f
ij
＝0时，f
ij
lnf
ij
＝0，ωj为第j个评价指标的熵权值，0≤ωj≤1且
[0042]
进一步地，由标准化矩阵e计算各评估指标的熵值和熵权值，由此得到熵权向量为ω＝[ω1,ω2,ω3,ω4]，当各dg某指标差异化较大时，该指标对应的熵值较小，熵权值则较大，从而具有更好的选择性。
[0043]
所述步骤s4中综合权重的计算公式如下所示：
[0044][0045]
其中，aj为第j个评价指标的综合权重，μ为专家主观权重相对客观权重的相对系数，λ＝[λ1,λ2,λ3,λ4]为专家主观权重。
[0046]
第i个dg标准化后的评价指标集为ei＝{e
i1
,e
i2
,
…
,e
i4
}，其中第j个指标针对评语集v的模糊子集可通过其对各评语vk的隶属函数计算获得，所述黑启动能力的模糊评价矩阵的公式如下所示：
[0047][0048]
其中，ui为第i个dg黑启动能力的模糊评价矩阵，u
ij
(vk)为通过三角形隶属函数计
算的评估指标相对于评语vk的隶属度，计算公式如下所示：
[0049][0050]
其中，pk、qk、sk为三角形隶属函数的参数，qk表示评语vk的理想值，pk和sk分别表示隶属函数对应三角形的底边左右两点的横坐标数值，其取值取决于qk和三角形底边长度u，满足pk＝q
k-u/2，sk＝qk+u/2，其中u的大小根据标准化评价矩阵e来确定，使得在满足u/2能够包含绝大部分e
ij
的前提下，u的取值应尽量取小，以提高区分度。
[0051]
所述黑启动能力的综合权重模糊子集的计算公式如下所示：
[0052][0053]
其中，fi为第i个dg的综合权重模糊子集，算子采用m(
·
,+)模型，具体公式如下所示：
[0054][0055]
对fi进行归一化处理，具体公式如下所示：
[0056][0057]
计算得到第i个dg的模糊综合评价结果如下所示：
[0058][0059]
其中，k＝1,2,3,4,5，为第i个dg相对于第k个评语的隶属度。
[0060]
所述分布式电源的黑启动能力评估值的计算公式如下所示：
[0061][0062]
其中，yi为第i个分布式电源的黑启动能力评估值，v
′k表示评语vk的得分。
[0063]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0064]
本发明首先根据dg的运行特性对配电网黑启动的影响程度，提出了dg的黑启动能力评估指标；然后，通过熵权模糊综合评价模型对dg的黑启动能力进行评估，并针对评估指标中熵值无法求得的情况，本发明利用三角模糊数，将模糊数的清晰化得到其近似定量值，加入到评估模型中来计算出分布式电源的黑启动能力评估值，有效提高了分布式电源黑启动能力评估结果的准确性。
附图说明
[0065]
图1为本发明的流程示意图；
[0066]
图2为本发明dg调压调频能力评价等级与三角模糊数对应关系的示意图。
具体实施方式
[0067]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0068]
实施例
[0069]
如图1所示，一种基于分布式电源的配电网黑启动能力评估方法，基于熵权模糊综合评价模型，具体包括以下步骤：
[0070]
s1、获取黑启动能力的评估指标，并通过三角模糊数将评估指标的评价等级转换为评估值；
[0071]
s2、获取黑启动能力评价指标集及评语集，标准化黑启动能力的评价矩阵；
[0072]
s3、根据评价矩阵计算得到每个评估指标的熵值和熵权值作为客观权重；
[0073]
s4、获取专家主观权重，与评估指标的客观权重结合得到综合权重；
[0074]
s5、通过三角形隶属函数计算每个评估指标相对于评语集中评语的隶属度，根据隶属度构建黑启动能力的模糊评价矩阵；
[0075]
s6、根据模糊评价矩阵计算得到黑启动能力的综合权重模糊子集，以此计算出评语集中每个评语的评估分值，通过综合得分排序法得到分布式电源的黑启动能力评估值。
[0076]
黑启动能力的评估指标包括dg容量、dg调压调频能力、dg功率变化速度和dg启动时间。
[0077]
配电网黑启动的目标是在尽可能短的时间内恢复尽可能多的负荷，因此dg的容量越大，越能提供足够多的恢复功率；
[0078]
dg启动以后需要有一定的调压调频能力才能带负荷孤岛运行，为了保证孤岛内电压和频率的稳定，每个孤岛内应选择至少一个具备黑启动能力的电源，本实施例中，调压调频能力评价等级可分为：差、较差、一般、较好、好五个等级；
[0079]
dg功率变化速度包括升负荷速度和降负荷速度，升负荷速度的能力越强，越能尽快恢复供电，提高黑启动效率；dg的降负荷速度表现在当不可控的dg投入运行时，可控的dg需减小出力保证孤岛的稳定运行；
[0080]
dg的启动时间影响到配电网黑启动的速度，启动时间越短越能提高系统恢复效率。
[0081]
步骤s1中将dg调压调频能力用三角模糊数表示，通过模糊数的清晰化得到近似定量值并添加到评价模型中，具体公式如下所示：
[0082][0083]
其中，p
′
为三角模糊数的清晰值，三角模糊数p＝(as,ad,af)，其中as、ad、af分别为三角模糊数的下限值、最可能值和上限值，0≤as≤ad≤af，c为过程常数，本实施例中，c＝2，
如图2所示，dg调压调频能力具体包括5个评价等级，采用三角模糊数和1-9标度法对该评估指标进行描述。
[0084]
黑启动能力评价指标集及评语集的公式如下所示：
[0085]ri
＝{r
i1
,r
i2
,
…
,r
i4
}
[0086]
v＝{v1,v2,v3,v4,v5}＝{优秀、良好、中等、较差、很差}
[0087]
其中，ri为第i个dg的黑启动能力评价指标集，r
ij
(j＝1,2,
…
,4)表示第i个dg的第j个评价指标值，v为dg的黑启动能力的评语集，评语集内元素vk表示第k个评语(k＝1,2,
…
,5)。
[0088]
黑启动能力的评估指标的类型包括效益型指标和成本型指标，dg容量、dg调压调频能力和dg功率变化速度为效益型指标，标准化公式如下所示：
[0089][0090]
dg启动时间为成本型指标，标准化公式如下所示：
[0091][0092]
dg黑启动能力评价矩阵经标准化后变为标准化评价矩阵e：
[0093][0094]
其中，对于第j个评价指标，e
ij
为其标准化后的值，表示r
ij
在i＝1,2,3,4中r
ij
的最小值，表示r
ij
在i＝1,2,3,4中r
ij
的最大值，m为具备黑启动能力的dg的数量。
[0095]
步骤s3中评估指标的熵值的计算公式如下所示：
[0096][0097][0098]
评估指标的熵权值的计算公式如下所示：
[0099][0100]
其中，hj为第j个评价指标的熵值，k＝1/ln m，0≤hj≤1，且当f
ij
＝0时，f
ij
lnf
ij
＝0，ωj为第j个评价指标的熵权值，0≤ωj≤1且
[0101]
由标准化矩阵e计算各评估指标的熵值和熵权值，由此得到熵权向量为ω＝[ω1,ω2,ω3,ω4]，当各dg某指标差异化较大时，该指标对应的熵值较小，熵权值则较大，从而具有更好的选择性。
[0102]
步骤s4中综合权重的计算公式如下所示：
[0103][0104]
其中，aj为第j个评价指标的综合权重，μ为专家主观权重相对客观权重的相对系数，λ＝[λ1,λ2,λ3,λ4]为专家主观权重。
[0105]
第i个dg标准化后的评价指标集为ei＝{e
i1
,e
i2
,
…
,e
i4
}，其中第j个指标针对评语集v的模糊子集可通过其对各评语vk的隶属函数计算获得，黑启动能力的模糊评价矩阵的公式如下所示：
[0106][0107]
其中，ui为第i个dg黑启动能力的模糊评价矩阵，u
ij
(vk)为通过三角形隶属函数计算的评估指标相对于评语vk的隶属度，计算公式如下所示：
[0108][0109]
其中，pk、qk、sk为三角形隶属函数的参数，qk表示评语vk的理想值，本实施例中，针对{优秀、良好、中等、较差、很差}这五个评语，分别取q1＝1，q2＝0.75，q3＝0.5，q4＝0.25，q5＝0，pk和sk分别表示隶属函数对应三角形的底边左右两点的横坐标数值，其取值取决于qk和三角形底边长度u，满足pk＝q
k-u/2，sk＝qk+u/2，其中u的大小根据标准化评价矩阵e来确定，使得在满足u/2能够包含绝大部分e
ij
的前提下，u的取值应尽量取小，以提高区分度。
[0110]
黑启动能力的综合权重模糊子集的计算公式如下所示：
[0111][0112]
其中，fi为第i个dg的综合权重模糊子集，算子采用m(
·
,+)模型，具体公式如下所示：
[0113][0114]
对fi进行归一化处理，具体公式如下所示：
[0115]
[0116]
计算得到第i个dg的模糊综合评价结果如下所示：
[0117][0118]
其中，k＝1,2,3,4,5，为第i个dg相对于第k个评语的隶属度。
[0119]
分布式电源的黑启动能力评估值的计算公式如下所示：
[0120][0121]
其中，yi为第i个分布式电源的黑启动能力评估值，v
′k表示评语vk的得分。
[0122]
具体实施时，某一实际dg的评估指标结果如表1所示：
[0123]
表1各dg的黑启动考核结果
[0124][0125][0126]
各dg的各评价指标经标准化处理后，可得到评价标准化矩阵e为：
[0127][0128]
求得评估指标的熵权向量为：
[0129]
ω＝[0.243 0.300 0.300 0.158]
[0130]
设4个评估指标的专家主观权重向量为：
[0131]
λ＝[0.3 0.3 0.2 0.2]
[0132]
取μ＝1可以得到评估指标的综合权重向量为：
[0133]
a＝[0.271 0.300 0.250 0.179]
[0134]
本发明取三角形隶属函数的底边长度u＝1.6，每个评语所对应的隶属函数如下所示：
[0135][0136][0137][0138][0139][0140]
由上述公式可得到各分布式电源的模糊评价矩阵如下所示：
[0141][0142][0143][0144][0145]
[0146]
计算得到各电源的模糊综合评价结果如下所示：
[0147][0148][0149][0150][0151][0152]
给定评分集v
′
＝[100 80 60 40 20]，得到具备黑启动能力的dg的综合得分结果，如表2所示：
[0153]
表2各dg的黑启动能力综合评分结果
[0154][0155]
由表2可以看出，风储和光储的黑启动能力评估值较高，而各mt的黑启动能力评估值较为接近。结合表1可以看出，风储、光储的容量、调压调频能力、功率变化速度明显优于各mt，因此，风储和光储的黑启动能力评估值较高是合理的。各mt由于在评估指标中能力相当，因此，各mt的黑启动能力评估值较为接近是合理的。
[0156]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。