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        500 kV輸電線(xiàn)路運(yùn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型研究

        2021-12-29 12:54:54戴北城喻紅林蔣建紅
        東北電力技術(shù) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:權(quán)重向量分?jǐn)?shù)

        戴北城,李 梅,姜 恒,喻紅林,蔣建紅

        (三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院,湖北 宜昌 443002)

        1 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

        1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

        由500 kV輸電線(xiàn)路本體、線(xiàn)路通道以及歷年故障情況等3方面綜合考慮,將500 kV輸電線(xiàn)路的通道地理環(huán)境、線(xiàn)路里程、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、是否聯(lián)網(wǎng)以及故障情況等5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為一級(jí)因素集,某些一級(jí)因素集還有相關(guān)的二級(jí)因素集和三級(jí)因素集,如圖1所示。

        圖1 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

        本文將輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀況分為良好、一般、注意、警告、嚴(yán)重警告5個(gè)等級(jí),評(píng)語(yǔ)集V={良好、一般、注意、警告、嚴(yán)重警告}[1]。

        1.2 隸屬度函數(shù)

        一級(jí)因素集的5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),采取不同數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不同隸屬度函數(shù)的確定方法。采用改進(jìn)的三角梯形分布[2],其函數(shù)表達(dá)式和圖像簡(jiǎn)單、直觀(guān),能較好地表示某一指標(biāo)對(duì)于各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度關(guān)系,其函數(shù)表達(dá)式為

        式中:f(xk)為隸屬度函數(shù);x為狀態(tài)量評(píng)分值;xk(k=1,2,3,4,5)為狀態(tài)量的狀態(tài)級(jí)別對(duì)應(yīng)的模糊分界區(qū)間界限。隸屬度函數(shù)如圖2如示。

        圖2 隸屬度函數(shù)

        a.通道地理環(huán)境的隸屬度函數(shù)

        按照經(jīng)驗(yàn)將線(xiàn)路通道地理環(huán)境分為4種典型類(lèi)型,即平原、丘陵、山地與河網(wǎng)/沼澤[3],每種通道地理環(huán)境用各種地形所占的百分比表示,利用層次分析法確定每種地形對(duì)應(yīng)的權(quán)重,得到權(quán)重向量β1×4。當(dāng)線(xiàn)路通道環(huán)境為100%平原地形時(shí),是最理想的情況,所對(duì)應(yīng)的權(quán)重ω1最大,作為基準(zhǔn)值按照式(6)進(jìn)行折算,確定每種地形初始分?jǐn)?shù)。輸電線(xiàn)路通道地理環(huán)境的初始分?jǐn)?shù)如表1所示。

        表1 通道地理環(huán)境的初始分?jǐn)?shù)

        線(xiàn)路通道地理環(huán)境的總分等于4種地形所占的百分比乘以對(duì)應(yīng)的初始分?jǐn)?shù)求和。

        式中:Y為4種地形對(duì)應(yīng)的初始分?jǐn)?shù);α為4種地形所占百分比;S為總分。模糊分界區(qū)間界線(xiàn)xk={10,30,50,70,90}。

        b.線(xiàn)路里程的隸屬度函數(shù)

        由運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)可知,輸電線(xiàn)路越長(zhǎng),運(yùn)維檢修難度越大,模糊分界區(qū)間界限xk={50,100,150,200,250}。

        c.線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的隸屬度函數(shù)

        由每回輸電線(xiàn)路投運(yùn)日期開(kāi)始計(jì)算,以年為單位,模糊分界區(qū)間界限xk={5,10,15,20,25}。

        d.歷年故障情況的隸屬度函數(shù)

        輸電線(xiàn)路故障分為跳閘和停運(yùn)2種情況,通過(guò)數(shù)值分析方法確定跳閘和停運(yùn)的權(quán)重,最后得到總分。本文設(shè)定跳閘、停運(yùn)的初始分值為100分,根據(jù)線(xiàn)路歷年故障情況,分別計(jì)算線(xiàn)路最后跳閘和停運(yùn)的總分[4-5]。

        式中:ti為線(xiàn)路跳閘初始分值;mi為跳閘次數(shù);tj為線(xiàn)路停運(yùn)初始分值;mj為停運(yùn)次數(shù);Q1為跳閘總分;Q2為停運(yùn)總分。跳閘模糊分界區(qū)間界限xk={50,60,70,80,90};停運(yùn)模糊分界區(qū)間界限xk={60,70,80,90,100}[6]。

        e.是否聯(lián)網(wǎng)的隸屬度函數(shù)

        當(dāng)某條500 kV輸電線(xiàn)路與外省/地區(qū)聯(lián)網(wǎng)時(shí),其是否聯(lián)網(wǎng)的隸屬度向量R5=[0,0,1,0,0];當(dāng)線(xiàn)路沒(méi)有與外省/地區(qū)聯(lián)網(wǎng)時(shí),R5=[1,0,0,0,0]。

        2 基于層次分析法的各因素集權(quán)重

        2.1 層次分析模型構(gòu)建與權(quán)值計(jì)算

        a.一級(jí)因素集層次分析模型如圖3所示,構(gòu)建判斷矩陣。

        圖3 一級(jí)因素集層次分析模型

        b.標(biāo)度選擇

        選擇{1,3,5,7,9}作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)度,1表示2個(gè)指標(biāo)的重要性相同;3表示2個(gè)指標(biāo)相比,ci比cj稍微重要;5表示ci比cj明顯重要;7表示ci比cj強(qiáng)烈重要;9表示ci比cj極端重要[7-9]。根據(jù)運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn),構(gòu)建判斷矩陣。

        c.一致性檢驗(yàn)

        構(gòu)建判斷矩陣過(guò)程中,需要對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

        式中:CI為一致性指標(biāo);CR為一致性比例;λmax為判斷矩陣特征值的最大值;n為指標(biāo)個(gè)數(shù);RI為通過(guò)指標(biāo)個(gè)數(shù)查到的隨機(jī)一致性指標(biāo)。當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣符合要求,否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修改。

        d.權(quán)值計(jì)算。采用特征值法得出一級(jí)因素集權(quán)重θ=[0.262,0.129,0.06,0.513, 0.033]。

        2.2 地理環(huán)境因素集層次分析模型

        地理環(huán)境因素集層次分析模型如圖4所示,構(gòu)建判斷矩陣。

        圖4 地理環(huán)境因素集層次分析模型

        本文選取4種比較典型的地理環(huán)境,根據(jù)各地區(qū)地形特點(diǎn)對(duì)方案層進(jìn)行修改。

        3 基于熵權(quán)法的因素集元素權(quán)重

        以某地區(qū)所有500 kV輸電線(xiàn)路作為評(píng)價(jià)對(duì)象,分別求出跳閘和停運(yùn)的權(quán)重向量A以及7種故障分別對(duì)應(yīng)于跳閘和停運(yùn)情況的權(quán)重向量W1、W2[10-11]。熵權(quán)法模型構(gòu)建與權(quán)值計(jì)算如下。

        a.原始數(shù)據(jù)矩陣處理

        評(píng)價(jià)對(duì)象設(shè)為n(n為500 kV輸電線(xiàn)路的回?cái)?shù)),指標(biāo)數(shù)為7,將指標(biāo)正向化。

        Xij=max{X1j,X2j,…,Xnj}-Xij

        (15)

        b.正向矩陣標(biāo)準(zhǔn)化

        為消除不同指標(biāo)的量綱,需要將正向矩陣Xij進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

        c.概率矩陣計(jì)算

        經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理得到最終的概率矩陣:

        d.熵權(quán)計(jì)算

        第j個(gè)指標(biāo)信息熵為

        dj=1-ej

        (19)

        歸一化得到每個(gè)指標(biāo)的熵權(quán):

        4 案例分析

        以華中某電網(wǎng)10回500 kV輸電線(xiàn)路作為評(píng)價(jià)對(duì)象,如表2、表3所示。

        表2 輸電線(xiàn)路狀況 單位:%

        表3 輸電線(xiàn)路歷年故障情況

        注:逗號(hào)前的數(shù)字表示線(xiàn)路故障跳閘的次數(shù);逗號(hào)后的數(shù)字表示線(xiàn)路故障停運(yùn)的次數(shù)。

        4.1 該地區(qū)各地形條件的權(quán)重

        按照該地區(qū)特點(diǎn)構(gòu)建層次分析判斷矩陣:

        權(quán)重向量δ=[0.56,0.26,0.12,0.06],則各地形對(duì)應(yīng)的初始分?jǐn)?shù)如表4所示,為計(jì)算方便,初始分?jǐn)?shù)四舍五入。

        表4 輸電線(xiàn)路通道環(huán)境初始分?jǐn)?shù) 單位:%

        4.2 相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度

        a.地理環(huán)境的隸屬度

        10回線(xiàn)路地理環(huán)境指標(biāo)的分?jǐn)?shù)為S=[36.68,36.12,22.55,23.25,59.06,26.70,60.27,25.55,31.28,28.45]。

        b.歷年故障情況的隸屬度

        統(tǒng)計(jì)該地區(qū)所有500 kV輸電線(xiàn)路跳閘和停運(yùn)的次數(shù),求出該地區(qū)線(xiàn)路跳閘、停運(yùn)的權(quán)重向量A=[0.34,0.66],跳閘權(quán)重向量W1=[0.1009,0.1426,0.0825,0.2545,0.2545,0.0825,0.0825],停運(yùn)權(quán)重向量W2=[0.0638,0.0638,0.0720,0.4109,0.1293,0.1966,0.0638]。跳閘和停運(yùn)的初始分值如表5所示。

        表5 跳閘和停運(yùn)的初始分值 單位:%

        以線(xiàn)路1為例,綜上求出:

        根據(jù)一級(jí)因素集對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量,得到B=[0.033,0.0645,0.1898,0.1997,0.513]。由于“嚴(yán)重警告”的隸屬度最大為0.513,所以線(xiàn)路1運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)語(yǔ)為“嚴(yán)重警告”。

        求出剩余9回線(xiàn)路2-10的隸屬度,構(gòu)成最終的隸屬度矩陣。

        (23)

        4.3 數(shù)據(jù)分析及應(yīng)對(duì)措施

        分析發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路1、3、4、9、10隸屬度最大的評(píng)價(jià)等級(jí)為“警告”及以上,在大修技改工作安排中,優(yōu)先安排上述5回線(xiàn)路的大修技改。對(duì)于線(xiàn)路1,建議優(yōu)先安裝防鳥(niǎo)裝置、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置以及重錘片,如有條件可進(jìn)行相應(yīng)的抗冰改造;線(xiàn)路3及線(xiàn)路4建議優(yōu)先在外破易發(fā)區(qū)段加裝在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置,鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)頻繁的區(qū)段加裝防鳥(niǎo)裝置;線(xiàn)路9建議優(yōu)先在山火易發(fā)區(qū)段加裝報(bào)警裝置;線(xiàn)路10建議優(yōu)先在地面落雷密度較大的區(qū)段加裝避雷器、避雷針。線(xiàn)路1、3、9、10所在的通道環(huán)境或線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)間的評(píng)價(jià)等級(jí)為“警告”,特別是線(xiàn)路1、9,線(xiàn)路里程均超過(guò)110 km,給線(xiàn)路運(yùn)維檢修工作帶來(lái)不小的困難,故上述4回線(xiàn)路建議由專(zhuān)門(mén)的班組負(fù)責(zé),并分配更多的人力、物力資源。

        其他線(xiàn)路中,建議先對(duì)線(xiàn)路2、6、8進(jìn)行觀(guān)察,但上述3回線(xiàn)路通道地理環(huán)境評(píng)價(jià)為“警告”,且線(xiàn)路2、8里程較長(zhǎng),建議分配相關(guān)責(zé)任班組更多的資源;線(xiàn)路5、7評(píng)價(jià)等級(jí)為“良好”,可以暫時(shí)不安排技術(shù)改造工作。

        5 結(jié)語(yǔ)

        該評(píng)價(jià)模型有針對(duì)性的按照輸電線(xiàn)路目前的運(yùn)行情況,優(yōu)先對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)較低的線(xiàn)路進(jìn)行技術(shù)改造,并對(duì)通道地理環(huán)境、線(xiàn)路里程等指標(biāo)評(píng)價(jià)較低的線(xiàn)路分配更多的人力、物力資源。在資金、人力、物力有限的情況下,盡最大可能提升線(xiàn)路運(yùn)行穩(wěn)定性,對(duì)500 kV輸電線(xiàn)路日常運(yùn)維及大修技改工作的分析、管理和決策具有較大的積極作用[12]。

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