一种基于合作博弈和TOPSIS法的电网弹性评估方法

摘要

本发明公开了一种基于合作博弈和TOPSIS的电网弹性弹性评估方法，其步骤包括：1、构建面向极端灾害的电网弹性评估指标体系并获取待评估电网在各个指标项上的数值；2、计算指标主观权重与指标客观权重，并通过合作博弈计算得到指标综合权重；3、使用TOPSIS法对各评估样本弹性水平进行评估排序。本发明能对面向极端灾害的电网弹性水平进行有效评估，能够帮助电网提升应对极端灾害的能力，增强电网弹性，从而降低电网在面对极端灾害时的损失。

说明书

技术领域

本发明涉及电网弹性评估领域，具体说的是一种基于合作博弈和TOPSIS法的电网弹性评估方法。

背景技术

近年来，随着新能源发电技术的进步与成熟，电网可再生能源渗透率逐渐提高。而全球气候变化异常，导致极端灾害频发，对电网造成不同程度的影响。我国电网结构复杂，研究其应对极端自然灾害的弹性评估具有重要意义，可以增强电网弹性，减少电网在面对极端自然灾害时的损失。

目前对电网弹性评估的研究主要集中在配电网的弹性研究，对于电网整体的弹性评估研究较少，且缺少具体的弹性评估方法。现有研究中对于弹性指标体系的构建没有考虑各类型极端灾害的不同影响，且由于电网可再生能源的渗透率进一步提高，原本电网弹性评估相关指标可能无法准确的对电网弹性进行评估。现有对于电网评估方法研究主要使用单一方法对指标赋权，这就无法避免所选方法存在一定的主观性或脱离电网实际情况。因此，对于面向极端灾害的电网弹性评估方法研究具有重要意义。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于合作博弈和TOPSIS法的电网弹性评估方法，以期能对面向极端灾害的电网弹性水平进行有效评估，帮助电网提升应对极端灾害的能力，增强电网弹性，从而降低电网在面对极端灾害时的损失。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种基于合作博弈和TOPSIS法的电网弹性评估方法的特点是按如下步骤进行：

步骤一、构建面向极端灾害的电网弹性评估指标体系并获取待评估电网在各个指标项上的数值：

步骤1.1、根据极端灾害发生类型，构建电网弹性评估指标体系中的一级指标为灾害类型系数，并包括：冰雪灾害系数、地震灾害系数、台风灾害系数、网络攻击系数；

步骤1.2、根据极端灾害对电网的时空破坏特性，构建电网弹性评估指标体系的二级指标包括：时间维度指标和空间维度指标；所述时间维度指标包括：灾前预防阶段指标项、灾中发展阶段指标项和灾后恢复阶段指标项；所述空间维度指标：主网侧指标项和配网侧指标项；

步骤1.3、为二级指标中的每项指标构建具体的指标内容，并作为所述电网弹性评估指标体系的三级指标；

步骤二、基于合作博弈计算指标综合权重：

步骤2.1、计算指标主观权重；

步骤2.1.1、对二级指标中的每项三级指标进行两两对比，并根据电网实际情况，对三级指标的重要性进行打分，从而得到三级指标的评分结果；

步骤2.1.2、将每项三级指标的各个评分结果进行求和，得到每项三级指标的分数；

步骤2.1.3、利用式(1)计算第j项三级指标的主观权重ω

ω

式(1)中：n表示三级指标的个数；A

步骤2.2、计算客观权重；

步骤2.2.1、利用式(2)得到评价矩阵X：

式(2)中，m表示评估样本的个数，x

步骤2.2.2、利用式(3)将三级指标中的成本型指标转换为效益型指标，从而得到如式(4)所示的正向化后的评价矩阵X′：

x

式(3)中，x

步骤2.2.3、利用式(5)计算第j项三级指标的信息量C

式(5)中：S

步骤2.2.4、利用式(6)计算第j项三级指标的客观权重ω

ω

式(6)中：C

步骤2.3、根据三级指标的主观权重ω

步骤2.3.1、利用式(7)构建权重向量参与者集合ω：

ω＝[ω

式(7)中：ω

步骤2.3.2、利用式(8)构建最优策略集F，并得到第k种方法的权重组合系数f

式(8)中：ω

步骤2.3.3、利用式(9)对权重组合系数进行归一化处理，得到综合权重组合系数f

步骤2.3.4、利用式(10)计算指标综合权重ω

步骤三、使用TOPSIS法对各评估样本进行评估排序：

步骤3.1、利用式(11)对正向化后的评价矩阵X′中的各元素进行标准化，从而得到标准化的评价矩阵X″：

式(11)中，x

步骤3.2、利用式(12)计算第i行加权评价向量Z

Z

式(12)中，X

式(13)中，z

步骤3.3、取各项三级指标加权后的最大值并构成最优解，取各项三级指标加权后的取最小值并构成最劣解；

利用式(14)和式(15)分别计算各评估样本到最优解的距离D

式(14)和式(15)中，z

步骤3.4、利用式(16)计算第i个评估样本的相对贴进度S

步骤3.5、根据每个评估样本的相对贴进度，对所有评估样本进行降序排序，并得到评估结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明对面向极端灾害的电网弹性进行评估，考虑不同类型灾害对于电网的不同破坏，并从时空维度对电网弹性指标进行分类，构建面向极端灾害的电网弹性评估指标体系，为电网弹性评估提供更加全面的指标体系，保证了评估结果更加准确。

2、本发明提出结合电网实际情况计算指标的主观权重，根据指标数据的客观属性计算指标的客观权重，并基于合作博弈对主客观权重的影响因素进行综合考虑，从而得到综合权重，使得各项指标的主观和客观因素均得到充分利用，使赋权过程更合理，从而使指标具有更明确的意义，提升了评估结果的可靠性。

3、本发明提出使用TOPSIS法计算评估样本中经过赋权后的指标与最优解和最劣解的欧氏距离，得到每个评估样本的相对贴进度，从而实现对电网弹性的量化，对面向极端灾害的电网弹性水平进行有效评估，帮助电网提升应对极端灾害的能力，增强了电网弹性，降低了电网在面对极端灾害时的遭受的破坏与损失。

附图说明

图1为基于合作博弈和TOPSIS法的电网弹性评估方法流程图；

图2为电网弹性评估指标体系的示意图。

具体实施方式

本实施例中，一种基于合作博弈和TOPSIS(Technique for Order Preference bySimilarity to Ideal Solution)法的电网弹性评估方法是用来量化电网的弹性水平，并根据电网受到极端灾害的类型和遭受破坏和恢复过程的时空特性构建指标电网弹性评估指标体系，分别计算主客观权重，然后基于合作博弈综合考虑主客观权重的影响得到综合权重，在此基础上利用TOPSIS法对电网的弹性进行评估。具体的说，如图1所示，该方法按如下步骤进行：

步骤一、构建面向极端灾害的电网弹性评估指标体系并获取待评估电网在各个指标项上的数值：

步骤1.1、根据极端灾害发生类型，构建电网弹性评估指标体系中的一级指标为灾害类型系数，并包括：冰雪灾害系数、地震灾害系数、台风灾害系数、网络攻击系数；

步骤1.2、根据极端灾害对电网的时空破坏特性，构建电网弹性评估指标体系的二级指标包括：时间维度指标和空间维度指标；时间维度指标包括：灾前预防阶段指标项、灾中发展阶段指标项和灾后恢复阶段指标项；空间维度指标：主网侧指标项和配网侧指标项；

步骤1.3、为二级指标中的每项指标构建具体的指标内容，并作为电网弹性评估指标体系的三级指标；

面向极端灾害的电网弹性评估指标体系如图2所示。

步骤二、基于合作博弈计算指标综合权重：

步骤2.1、计算指标主观权重；

步骤2.1.1、对二级指标中的每项三级指标进行两两对比，并根据电网实际情况，对三级指标的重要性进行打分，从而得到三级指标的评分结果；

步骤2.1.2、将每项三级指标的各个评分结果进行求和，得到每项三级指标的分数；

步骤2.1.3、利用式(1)计算第j项三级指标的主观权重ω

ω

式(1)中：n表示三级指标的个数；A

步骤2.2、计算客观权重；

步骤2.2.1、利用式(2)得到评价矩阵X：

式(2)中，m表示评估样本的个数，x

步骤2.2.2、利用式(3)将三级指标中的成本型指标转换为效益型指标，从而得到如式(4)所示的正向化后的评价矩阵X′：

x′

式(3)中，x

步骤2.2.3、指标的信息量与其数据的标准差和指标间的相关系数有关，标准差越大表示该指标的数值差异越大，越反映出更多的信息；相关系数越小表明该指标与其它指标的所反映的信息量越不相同，其反映出的信息越有价值。利用式(5)计算第j项三级指标的信息量C

式(5)中：S

步骤2.2.4、利用式(6)计算第j项三级指标的客观权重ω

ω

式(6)中：C

步骤2.3、根据三级指标的主观权重ω

步骤2.3.1、利用式(7)构建权重向量参与者集合ω：

ω＝[ω

式(7)中：ω

步骤2.3.2、利用式(8)构建最优策略集F，通过使ω与ω

式(8)中：ω

步骤2.3.3、利用式(9)对权重组合系数进行归一化处理，得到综合权重组合系数f

步骤2.3.4、利用式(10)计算指标综合权重ω

步骤三、使用TOPSIS法对各评估样本进行评估排序：

步骤3.1、利用式(11)对正向化后的评价矩阵X′中的各元素进行标准化，从而得到标准化的评价矩阵X″：

式(11)中，x″

步骤3.2、利用式(12)计算第i行加权评价向量Z

Z

式(12)中，X″

式(13)中，z

步骤3.3、取各项三级指标加权后的最大值并构成最优解，取各项三级指标加权后的取最小值并构成最劣解；

利用式(14)和式(15)分别计算各评估样本到最优解的距离D

式(14)和式(15)中，z

步骤3.4、相对贴近度用来综合表征评估样本与最优解、最劣解的距离的关系，利用式(16)计算第i个评估样本的相对贴进度S

步骤3.5、根据每个评估样本的相对贴进度，对所有评估样本进行降序排序，并得到评估结果。