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国家自然科学基金资助项目(51607069)；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(2016MS88,2017MS091)

(以下为本文主干内容，原文详见《电力自动化设备》2019年第39卷第4期)

基于改进TOPSIS灰色关联投影法的主网网架结构评价

梁海平^１，田圣双^２，李秋燕^３，刘英培^１，

张文朝^４

(1. 华北电力大学 电气与电子工程学院；2. 国网陕西省电力公司检修公司；

3. 国网河南省电力公司经济技术研究院；4. 南京南瑞集团公司)

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研究背景

随着社会的发展，人民生产生活越来越依赖于高质量的电能，而电网的网架结构不仅影响电网供电可靠性、安全性、经济性和稳定性，也会影响网架的联通性、运行灵活性以及系统的输电能力。为了更好地了解主网网架结构的发展现状，并为电网建设规划提供参考依据，需对主网网架结构做出客观合理的评价。

2

整体研究思路及创新点

为对主网网架结构做出客观合理的评价，本文提出了基于改进逼近理想解法灰色关联投影法的电网主网网架结构评价方法。首先，根据电网的代数连通度，定义归一化代数连通度指标，并以归一化代数连通度、负荷平均最短供电距离、输电网网损、电压越限节点比例、重载线路比例、电压稳定裕度构建电网主网网架评价体系；然后，通过主客观最优组合赋权法、绝对理想解及加权马氏距离对TOPSIS灰色关联投影法进行改进，以计算各主网架的综合评分。

3

主网网架结构评价指标体系

(1)电网联通性指标。

主网网架结构是影响电网联通性指标的主要因素。本文定义归一化代数连通度指标，能够较全面地评价网架拓扑结构的优劣。为对比不同规模电网结构的代数连通度，在计算时需要对其进行归一化，定义电网结构归一化代数连通度：

(2)负荷平均最短供电距离指标。

网架结构对电源与负荷的分布合理性具有一定的影响作用。定义负荷平均最短供电距离指标：

(3)经济性指标。

本文采用输电网网损作为经济性指标：

(4)安全性指标。

本文以节点电压越限比例及重载设备(主要指线路及变压器)比例为输电网安全性指标：

(5)电压稳定性指标。

当系统运行工作点位于静稳边界时，相应的潮流雅可比矩阵J 奇异，J 必然存在一个零特征值，此时对于任意小的功率摄动都会引起状态变量的无限制漂移，这种工况对应于系统的静态稳定的极限状态，因此可以用来度量全系统的电压稳定裕度。电压稳定裕度计算如下：

4

 改进的TOPSIS灰色关联投影法

(1)指标权重计算。

本文选择Ｇ1法、熵权法与变异系数法计算指标权重，并采用矩估计理论进行最优组合赋权，避免了主观和客观方法的缺点。

(2)改进的TOPSIS法。

原TOPSIS法新增或删减评价样本后，正、负理想样本可能会发生变化，导致评价结果出现逆序问题。解决该问题的方法是设置绝对正、负理想样本，使增减样本后，所有评价样本均劣于绝对正理想样本，优于绝对负理想样本。

(3)改进的灰关联投影法。

传统灰色关联投影法中，评价样本与理想样本之间的相似度采用两向量的余弦角来度量，该值难以衡量评价样本在每类指标上的差异，且余弦相似度对数值的不敏感可能导致评价结果不合理的问题。针对该问题，提出基于加权马氏距离的灰色关联投影法，采用加权马氏距离来衡量评价样本与绝对理想样本之间的相似度。

5

算例分析

5.1

IEEE 118节点电网算例

以IEEE 118节点电网为例，通过删除不同线路的方式对比不同网架下的多个指标。计算３种网架下的各指标，如表１所示。

表1 3种网架的指标情况(IEEE 118节点电网)

采用G1法、熵权法、变异系数法、最优组合权重计算而得的指标权重如表2所示。

表2 各计算方法中指标权重(IEEE 118节点电网)

由改进的TOPSIS灰关联投影法计算所得的正负关联矩阵及：

3种主网网架与绝对正负理想样本的加权马氏距离，如表3所示。

表3 各网架的投影值(IEEE 118节点电网)

计算各网架的相对接近度，其中网架a相对接近度为0.93，高于网架b、c；网架b相对接近度为0.714，高于网架c 的0.237。计算结果与实际指标数据分析一致，验证了所提指标体系及评价方法的有效性。

5.2

实际电网规划算例

为进一步验证所提评价方法在实际电网应用中的有效性，采用我国某市级电网2016—2018年3a枯水大方式(简称枯大)运行规划网架作为对比算例，其地理接线图如图1所示。

图1 某市级电网地理接线图

评价样本各指标值如表4所示。

表4 3种网架下的指标情况(某市级电网)

计算所得的主客观及最优组合权重如表5所示。

表5 各计算方法中的指标权重(某市级电网)

计算所得的正负关联矩阵及：

计算3种主网网架与绝对正负理想样本的加权马氏距离，如表6所示。

表6 各网架的投影值(某市级电网)

2016年枯大方式为0.494，2017年枯大方式为0.514，2018年枯大方式为0.717。计算TOPSIS灰色关联投影法、改进的TOPSIS灰色关联投影法、模糊评价法与逼近理想解法所提方法的灵敏度，如表7所示。

表7 评价方法灵敏度比较

改进的TOPSIS灰色关联投影法的灵敏度明显高于另外3种方法，因此该评价方法更加客观有效。综上所述，指标分析与计算结果相一致，验证了所提指标及评价方法在实际电网应用中的有效性。

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结论

提出了一种基于改进TOPSIS灰色关联投影法的主网网架结构评价方法，通过理论分析及算例验证得到以下结论。

a. 所建立的评价体系弥补了以往网架评价缺少电网稳定性指标及电源、负荷分布特征的缺点，评价体系更加全面。所提归一化代数连通度指标适用于电网拓扑联通性评价。

b. 采用主客观最优组合赋权法确定指标权重，避免了主观与客观赋权法的缺点；采用绝对正、负理想解，避免了样本增减时可能会产生的逆序问题；在计算评价样本的相对接近度时采用加权马氏距离，提高了评价方法的准确性。所提改进TOPSIS灰色关联投影法具有客观科学、简单有效、灵敏度高的优点。所提主网网架评价方法对于电网规划设计及运行方式的制定有一定指导作用，为主网网架的综合评价提供了新思路。

作者简介

梁海平

梁海平，华北电力大学电气与电子工程学院讲师，主要研究方向为现代电网评估、智能技术在电力系统中的应用、电力系统安全防御与恢复控制；

刘英培，华北电力大学电气与电子工程学院副教授，研究方向为新能源发电并网技术、直流输电、电能质量等。

研究团队简介

本团队主要研究方向为电力系统安全防御与恢复控制、电力系统故障诊断与处理、电力系统运行监控与风险评估、智能技术在电力系统中的应用、柔性直流输电、新能源发电与并网技术、电力电子在电力系统中的应用等，取得了一系列创新性成果。开发了国内第一个省级电网黑启动决策支持系统、国内第一个跨区电网故障诊断和恢复处理专家系统、地区电网在线故障诊断与恢复处理系统等电网运行与监控系统、两电平及三电平SVG、高性能逆变电源等。

引文信息

梁海平，田圣双，李秋燕，等．基于改进TOPSIS灰色关联投影法的主网网架结构评价[J]．电力自动化设备，2019，39(4)：63-69．

DOI：10.16081/j.issn.1006-6047.2019.04.010

LIANG Haiping，TIAN Shengshuang，LI Qiuyan，et al． Main grid structure evaluation based on improved TOPSIS grey relation projection method[J]．Electric Power Automation Equipment，2019，39(4)：63-69．

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