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配电网运行风险传递决策模型及其信息系统研究

苑嘉航  
【摘要】:作为电力系统的重要组成部分,配电网通过直接相连的方式为电力用户提供电能,因此对于用户供电安全有着重要作用。历史数据表明,电力系统中80%的用户停电事件是由配电网故障引起的。因此,针对配电网运行过程进行风险管理分析对电网安全有着重要作用。随着能源互联网的提出和发展,电力流、信息流、价值流的高度融合,给电力系统发展提供了良好的平台,但同时也为配电网运行管理中注入了更多的不确定性,其中的风险因素的动态性和传递性也表现得更加明显。针对新的形势,本文从配电网运行过程入手,从信息安全风险传递、故障停电风险、故障恢复和检修决策四个过程进行风险传递与优化决策建模分析,进而讨论了以理论模型为支撑的配电网运行风险管理信息系统。论文的主要成果为如下五个方面:(1)考虑信息物理融合下的配电网信息安全风险传递研究。电力信息物理系统是伴随着能源互联网的发展而提出的新型融合系统。信息物理的融合加速了电网智能化发展的同时,也增加了电网运行中的潜在风险。伴随着信息的交互,风险传递扩散效应会更加突出。针对配电网中高维小样本数据,建立了基于知识元的配电网风险传递模型。该模型把物理系统中的可监测数据作为输入数据以表达配电网传递风险,根据载体知识元内部状态属性阈值构建了标准的风险等级体系。利用投影寻踪方法,寻得输入数据的最佳投影,并进行降维。进而,依据风险元传递理论,计算监测样本风险传递到配电网总风险等级的概率及风险分布,并分析风险传递效应。(2)考虑故障损失的配电网停电风险评估研究。首先,对配电网停电进行了风险分析,包括评估指标体系和风险评估模型。其次,建立了考虑自然环境影响下的故障率模型,提出了配电网故障分块划分思想和馈线分区的配电网故障停电概率估算方法。基于风险元传递思想,提出了基于风险传递的配电网故障停电损失风险计算模型。最后,应用实例依次计算了负荷停电概率、用户停电时间、用户损失、供电企业损失和配电网整体损失,并分析了风险传递损失对不同类型用户造成的影响。(3)考虑主观风险的配电网故障恢复决策研究。为了快速高效地使非故障失电区域恢复电力,基于启发式规则,根据故障恢复目标以及负荷恢复量、负荷转移量、负荷容量裕度、开关操作次数和负荷均衡率五个决策指标,迅速形成故障恢复方案集。针对实数型的恢复方案,考虑到属性之间的交互作用和专家群评价的一致性程度,提出了采用马田系统和区间模糊偏好系矩阵定义指标属性的Shapley值,通过Shapley值确定模糊测度,利用 φs 函数构建模糊决策模型;针对区间数型的故障恢复方案,将区间数决策向量视为多维属性空间中的超长方体,采用2水平正交试验在该超长方体上均匀、分散地布点,根据正交表的试验次数组成布点集代表决策方案。由于属性之间存在相关性,计算故障恢复方案与正负理想的马氏距离。考虑到公司领导的主观风险态度,引入累积前景理论,定义了基于马氏距离的灰关联函数,进而构建了正负前景价值矩阵,计算故障恢复方案的综合前景值并排序选择最优解。(4)考虑风险评估的配电网检修优化决策研究。以检修风险和故障风险为配电网优化的双目标,以检修时间和方式为优化变量,建立双目标优化模型。采用拥挤距离排序的多目标粒子群算法进行求解,得到帕累托非最劣解集。考虑决策者的主观风险态度,提出了基于不同风险态度的梯形直觉模糊数的多属性决策方法,利用改进的Bonferroni算子对方案值进行融合,通过风险期望对检修方案进行排序,得到不同风险态度下的检修结果。(5)配电网运行风险管理信息系统设计研究。把研究的理论和构建的模型拓展到实际的配电网管理中,提出了配电网运行风险管理信息系统设计。在需求分析的基础之上,对该系统的设计结构和功能进行了研究,并探讨系统构建所需的关键技术。


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