張義國

（山東博興縣供電公司，山東 博興 256508）

電網(wǎng)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施和電力市場的載體，承擔著能源資源配置、保障國家能源安全和滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的重要作用。電力行業(yè)的功用性和電力系統(tǒng)的同時性并存的特點，決定了電網(wǎng)事故影響大、速度快、后果嚴重[1]。電網(wǎng)運行中任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都可能引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，造成電網(wǎng)瓦解和大停電事故，從而帶來巨大的政治、經(jīng)濟、社會影響。20世紀60年代以來，全球范圍內(nèi)重大電網(wǎng)停電事故時有發(fā)生，僅2003年，北美、歐洲、亞洲就發(fā)生了幾起不同程度的具有事故范圍廣，破壞性較大，損失嚴重的大停電事故[2-7]，電網(wǎng)的這種運行特點，決定了電力行業(yè)是個高風險的行業(yè)。因此，對電網(wǎng)進行安全性評估，對于保證電網(wǎng)的運行安全，充分發(fā)揮電網(wǎng)對社會經(jīng)濟的能源基礎(chǔ)作用具有重大意義。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)安全評價工作主要包括電壓穩(wěn)定、功角穩(wěn)定、拓撲結(jié)構(gòu)脆弱性、風險評價等單項評估。由于電力系統(tǒng)的復雜性，其安全水平不可能由單一的指標來表征，需從多個側(cè)面建立指標體系，因此建立科學的電網(wǎng)安全水平評價指標體系顯得至關(guān)重要[8-9]。

本文提出一套較完整的電網(wǎng)安全評價指標體系，指標體系包括結(jié)構(gòu)安全、充裕度、運行安全和可靠性4個一級指標[10]，每個一級指標下包括若干個二級指標，基于建立的電網(wǎng)安全評價指標體系，采用逼近理想點逼近法對電網(wǎng)安全進行定量分析。最后通過實際的算例對本文的方法進行了驗證。

1 電網(wǎng)安全性評價指標體系

評價指標體系的構(gòu)建是綜合評價電網(wǎng)運行安全性的核心環(huán)節(jié)。在遵循科學合理的評價原則的基礎(chǔ)上, 采用從整體到局部的分層遞階方法, 結(jié)合最新的理論研究成果提出了一套新的安全評價指標。該評價指標體系包括安全供電能力、靜態(tài)電壓安全性、拓撲結(jié)構(gòu)脆弱性、暫態(tài)安全性、風險指標5個方面，每一方面又分別包含各自的分指標, 以便從不同的角度加以量化，從不同的角度全面有效地評價電網(wǎng)的安全水平，該體系結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 改進電網(wǎng)運行安全性評價指標體系

2 基于逼近理想點法的電網(wǎng)安全性評價評價模型

逼近理想點法[11]是基于歸一化的原始數(shù)據(jù)矩陣，借助于多目標決策問題的“理想解”和“負理想解”對待選項目（或方案，下同）進行排序，將既最靠近理想解又最遠離負理想解的項目確定為最優(yōu)項目的一種排序方法。

2.1 逼近理想法的基本流程

1）構(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣。

2）計算標準化決策矩陣。

3）計算正理想解與負理想解。

4）計算各評價對象與正理想解與負理想解之間的距離。

5）計算各評價對象與正理想解之間的貼近度。

6）對評價對象進行排序。

2.2 基本步驟及具體算法

設(shè)有n個備選方案，即有備選方案集A={A1, A2,…,An}，備選方案優(yōu)劣評估的指標有m個，記為指標集G={G1,G2…,Gm}。

1）構(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣

通過對規(guī)模等級相同的n個地區(qū)進行評價指標的定性和定量進行計算，獲得地區(qū)電網(wǎng)對于評價指標集的初始決策矩陣為

其中yij(i=1,2,…,n; j=1,2,…,m)表示備選方案的評價指標屬性值。

2）對決策矩陣進行標準化處理

通常在評價體系中, 存在著兩種不同形式的指標∶ 正指標和逆指標。在對不同類型的指標進行標準化處理時, 應(yīng)采用不同的方法, 目的是處理后的指標都具有正指標的性質(zhì)。具體處理方法如下：

對于正指標, 一般可令

各評價指標的原始值經(jīng)過標準化處理后取值范圍均在0～1之間。由此得到標準化矩陣X=(xij)。

3）確定正理想解與負理想解

所謂正理想解是指每一準則項目中選出的最大評估值，成為正理想解的結(jié)合，負理想解則相反。

4）計算各評價對象與正理想解D+與負理想解D?之間的距離

5）計算各評價對象與正理想解之間的貼近度計算諸評價對象與最優(yōu)方案的接近程度C。，其計算公式如下：

其中 Ci越接近 l，表示該評價對象越接近正理想解，即最具競爭力。

6）評價對象進行排序

將第5）項所計算出的結(jié)果按照Ci排序，Ci越大表示離理想方案越近。亦即第i個備選方案優(yōu)于其他方案。據(jù)此，可排出優(yōu)劣次序。

3 算例分析

根據(jù)本文提出的評價指標和方法，對地區(qū)電網(wǎng)的運行安全性進行定量評價，本文采用文獻[10]中的5個規(guī)模等級相同的地區(qū)電網(wǎng)機型安全性評估，各個地區(qū)對應(yīng)的評價指標值，如表2所示。

在二級評價指標體系中，N-1校驗合格率、變壓器容載比、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定率、旋轉(zhuǎn)備用率是正指標，其他指標為逆指標，由式（2）和式（3）分別對相應(yīng)的指標進行標準化處理，最終把所有指標無量綱化，且取值均在0～1之間。歸一化的評價指標如表3所示。

表2 各電網(wǎng)安全性指標值

表3 各電網(wǎng)安全性指標標準化值

文獻[10]利用變異系數(shù)針對5個地區(qū)計算各指標的權(quán)重，得到各指標的權(quán)重如表4所示。

表4 指標權(quán)重

3.1 計算各地區(qū)安全運行的加權(quán)規(guī)范矩陣

由表2可知，決策矩陣經(jīng)標準化處理后的標準矩陣為

由表4可知評價指標的權(quán)重向量為

由此得到加權(quán)規(guī)范矩陣

3.2 確定各評價指標的正理想解與負理想解

根據(jù)公式（4）和（5）求得正理想解和負理想解分別為

3.3 確定各地區(qū)電網(wǎng)安全性評價結(jié)果

1）計算各評價對象與正理想解D+與負理想解D?之間的距離。

根據(jù)式（6）和式（7）分別求出各地區(qū)安全運行評價指標的評價值與正理想解和負理想解的距離為

2）根據(jù)式（7）計算各地區(qū)電網(wǎng)運行安全評價指標值與理想解的相對距離度為

C=（0.4171, 0.2993, 0.6393, 0.6444, 0.6498）

3）電網(wǎng)運行安全性評價結(jié)果排序

Ci越大表示離理想方案越近。亦即第 i個備選方案優(yōu)于其他方案，由此可知，5個地區(qū)的電網(wǎng)安全性性評價結(jié)果如表5所示。

表5 評估結(jié)果排序

同時由表5可知，本文得到的評估結(jié)果與文獻[10]中的綜合線性綜合評分的結(jié)果一致，說明本文提出的逼近理想點評估模型的正確性。

4 結(jié)論

1）提出了一套較完整的電網(wǎng)安全運行評價指標體系,包括了結(jié)構(gòu)安全、運行安全、穩(wěn)定性、充裕性等四個方面, 該指標體系能夠科學、全面地反映電網(wǎng)的安全水平，為電網(wǎng)安全應(yīng)急技術(shù)措施的制定提供量化依據(jù)

2）建立了基于逼近理想點法的電網(wǎng)安全運行評估模型, 各方法簡單易行, 實用性強。同時選取5個相類似地區(qū)進行實證分析, 評價結(jié)果與各地區(qū)的實際情況相符合,說明了該方法的合理性和實用性

3）本文提出的評價指標體系和評價模型,不僅適用于地區(qū)電網(wǎng)的安全性評估, 還適用于國家整體電網(wǎng)的安全性評估。

[1]VANNOY D B,MC GRANAGHAN M F,HALPIN S M,et al.Roadmap for power quality standards development[J].EEE Transactions on Industry Applications, 2007, 43(2)∶412-421.

[2]楊懷慧,周吉安.1998-2001電力生產(chǎn)人身死亡事故分析[J].電力安全技術(shù),2002,4(6)∶23-25.

[3]藍毓俊.2003年世界上幾起大停電事件的經(jīng)驗、教訓和啟示[C].中國城市供電學術(shù)年會論文集,2004, 1-6.

[4]阮思燁,孫元章,李國杰.用電壓源高壓直流輸電解決高壓電網(wǎng)中工業(yè)系統(tǒng)引起的電能質(zhì)量問題標[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(19)∶13-17.

[5]阮前途,王偉,張征.歐洲“11.4”大面積停電事故的教訓與啟示[J].華東電力,2007,35(1)∶1-8.

[6]陳迅, 陳紅軍.簡述美加大停電及廣東電網(wǎng)的問題與對策(一)-大停電前的電網(wǎng)態(tài)勢及停電起因[J].廣東輸電與變電技術(shù),2005,(5)∶11-18.

[7]魯順,高立群,王坷等.莫斯科大停電分析及啟示[J].繼電器,2006(16)∶27-31

[8]E.ON Netz GmbH.Report on the status of the investigations of the sequence of events and causes of the failure in the continental European electricity grid on Saturday ,Nov 4,2006,after 22∶10 hours,Bayreuth(Germany)∶E.ON Netz GmbH,2006.

[9]張國華,張建華,彭謙,段滿銀. 電網(wǎng)安全評價的指標體系與方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(8)∶30-34.

[10]牛東曉, 魏亞楠, 邢 棉. 電網(wǎng)運行安全性評價體系分析及應(yīng)用[J].華東電力,2010,38(2)∶160-163.

[11]黃賽翻,劉順利,等.逼近理想點法在防空兵戰(zhàn)斗部署方案排序中的應(yīng)用[J],指揮控制與仿真,2006,28(5)∶78-81.