基于马斯洛理论的县域电网发展需求层次划分方法

摘要

本发明公开了一种基于马斯洛理论的县域电网发展需求层次划分方法，步骤如下：步骤S1，构建县域电网需求指标体系；步骤S2，获取二级需求指标值；步骤S3，二级需求指标值归一化；步骤S4，构建行向量，并以行向量作为表征县域电网发展需求的样本，对样本采用K均值聚类算法进行聚类分析；步骤S5，县域电网的发展需求进行分析。本发明基于马斯洛理论将县域电网的发展需求分为五个层次的一级需求指标，从上级电网公司角度宏观分析县域电网的发展需求，宏观上把握各县域电网的发展薄弱处,找出对应的投资建设重点,并据此制定相应的发展投资建设规划,更科学合理地指导县域电网的可持续性发展。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统分析领域，具体涉及一种基于马斯洛理论的县域电网发 展需求层次划分方法。

背景技术

县域电网作为电网重要组成部分，直接面向电力用户，是保障电力“配得下、 用得上”的关键环节,县域电网投资建设越来越受到电网公司高度重视。由于各 县域地区经济发展水平和用电量需求的差异,各县域电网存在发展状况不平衡 等问题。国内外现有研究成果主要是针对对单个电网进行现状评价和投资效益评 价等内容,但少有站在上级电网公司角度宏观分析县域电网差异化发展水平的 内容。因此基于上述情况,研究一种便于确定县域电网未来发展目标和投资重点 的合理划分县域电网发展需求层次的划分方法尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能科学合理地将县域 电网发展需求进行划分，为县域电网的发展目标的制定提供依据的基于马斯洛理 论的县域电网发展需求层次划分方法。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术手段如下：

一种基于马斯洛理论的县域电网发展需求层次划分方法，步骤如下：

步骤S1，根据马斯洛理论构建县域电网的需求指标体系；

步骤S2，获取指标体系对应的二级需求指标值；

步骤S3，将步骤S2中的二级需求指标值处理获取归一化的一级需求指标值；

步骤S4，用步骤S3得到的归一化的一级需求指标值构建行向量，并以行向 量作为表征县域电网发展需求的样本，对样本采用K均值聚类算法进行聚类分 析；

步骤S5，根据步骤S4的计算结果，对县域电网的需求进行分析。

在步骤S1中，所述需求指标体系包括一级需求指标和二级需求指标，一级 需求指标根据马斯洛理论构建，由下而上依次为基础供电需求、可靠优质需求、 经济高效需求、环保协调需求和智能交互需求；体现基础供电需求的二级需求指 标包括容载比、电量总缺口、线变老旧率和符合增长率；体现可靠优质需求的二 级需求指标包括线路N-1通过率、主变N-1通过率、供电率RS-3、综合电压合 格率和线变重载率；体现经济高效需求的二级需求指标包括综合线损率、系统设 备利用效率、线路绝缘化率和最大利用小时数；体现环保协调需求的二级需求指 标包括清洁能源发电占比、中压线路联络率、线变容量配比和可转移负荷占比； 体现智能交互需求的二级需求指标包括智能电表比例、电力客户服务系统和配电 自动化覆盖率。

在步骤S3中，具体步骤如下：

S3.1，数据预处理；

对各一级需求指标下的二级需求指标值Vij采用极大极小值法进行归一化 处理，公式如下：

${V_{ij}}^{\prime }=\frac{V_{ij}-V_{ij\min }}{V_{ij\max }-V_{ij\min }}---\left(1\right);$

其中，i＝1,2,…,5,j＝1,2,…,k,其中k表示第i个一级需求指标下 的二级需求指标个数，V_ijmin、V_ijmax分别表示所有县域该二级需求指标值V_ij的最大 值和最小值；

S3.2，计算归一化后的二级需求指标值的变异系数B_ij；

变异系数B_ij计算公式如下：

$B_{ij}=\frac{{\sigma }_{ij}}{\overline{{V_{ij}}^{\prime }}}---\left(2\right);$

其中，B_ij表示二级需求指标值V_ij经归一化后的变异系数，σ_ij表示二级需求 指标值V_ij经归一化后的标准差，表示二级需求指标值V_ij经归一化后的平均 值；

S3.3，计算二级需求指标值V_ij的权重w_ij；

权重w_ij的计算公式如下：

$w_{ij}=\frac{B_{ij}}{\underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{B}_{ij}}---\left(3\right);$

S3.4，计算归一化的一级需求指标值V_i；

归一化的一级需求指标值V_i标的计算公式如下：

$V_i=\underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{V_{ij}}^{\prime }*w_{ij}---\left(4\right).$

在步骤S4中，所述行向量为x_n＝[V_n1V_n2V_n3V_n4V_n5],n表示县域电网的 样本数；

聚类分析的具体步骤如下：S4.1，在县域电网的n个样本中随机选取5个样 本作为初始的聚类中心；

S4.2，计算剩余n-5个样本到各聚类中心的距离d_ij，将样本划分到距离最 近的类中；

距离d_ij计算公式为：

(d_ij)²＝||x_i-x_j||_Α＝(x_i-x_j)^TA(x_i-x_j)(5)；

其中,A取单位矩阵；

S4.3，重新计算各个新类的聚类中心，直至准则函数E收敛；新类的聚类中 心是新类的平均值；

S4.4，根据步骤S4.3得到最终聚类划分结果和聚类中心矩阵C；聚类中心 矩阵C代表县域电网发展需求；

经过聚类分析最终将n个样本分为5个聚类，分别用C_m，m＝1,…,5，表示 聚类划分后的五个聚类的样本集合，聚类中心参数取各类的样本参数平均值，得 到聚类中心矩阵C：

$C=\left(\begin{array}{ccc}{I}_{11}& L& I_{1i}\\ M& & M\\ I_{m1}& L& I_{mi}\end{array}\right)---\left(6\right);$

其中：表示第m个聚类中心的第i个一级需求指标参数，V_ni表示第n个样本x_n的第i个一级需求指标参数。

本发明基于马斯洛理论将县域电网的发展需求分为五个层次的一级需求指 标，每个一级需求指标对应若干二级需求指标，并通过对二级需求指标值采用极 大极小值法进行初步归一化，利用变异系数法得出归一化后的二级需求指标权 重，进而得到归一化的一级需求指标值，利用归一化的一级需求指标值行向量， 以行向量作为构建表征县域电网发展需求的样本，对样本进行聚类分析，得出最 终聚类划分结果和聚类中心矩阵，分析聚类中心矩阵可得知县域电网的发展薄弱 处，从而明确县域电网发展需求目标,为县域电网规划投资建设方向和重点提供 决策依据。本发明从上级电网公司角度宏观分析县域电网的发展需求，宏观上把 握各县域电网的发展薄弱处,找出对应的投资建设重点,并据此制定相应的发 展投资建设规划,更科学合理地指导县域电网的可持续性发展。

附图说明

图1为本发明基于马斯洛理论的县域电网发展需求层次划分图。

图2为本发明的需求指标体系。

图3为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

实施例：一种基于马斯洛理论的县域电网发展需求层次划分方法，步骤如 下：

步骤S1，根据马斯洛理论构建县域电网的需求指标体系。

在如图1所示的基于马斯洛理论的县域电网发展需求层次划分图的基础上建 立需求指标体系，如图2所示。需求指标体系包括一级需求指标和二级需求指标， 一级需求指标根据马斯洛理论构建，由下而上依次为基础供电需求、可靠优质需 求、经济高效需求、环保协调需求和智能交互需求。体现基础供电需求的二级需 求指标包括容载比、电量总缺口、线变老旧率和符合增长率。体现体现可靠优质 需求的二级需求指标包括线路N-1通过率、主变N-1通过率、供电率RS-3、综 合电压合格率和线变重载率。体现经济高效需求的二级需求指标包括综合线损 率、系统设备利用效率、线路绝缘化率和最大利用小时数。体现环保协调需求的 二级需求指标包括清洁能源发电占比、中压线路联络率、线变容量配比和可转移 负荷占比；体现智能交互需求的二级需求指标包括智能电表比例、电力客户服务 系统和配电自动化覆盖率。

步骤S2，获取指标体系对应的二级需求指标值。

步骤S3，将步骤S2中的二级需求指标值处理获取归一化的一级需求指标值。

具体步骤如下：S3.1，数据预处理。

对各一级需求指标下的二级需求指标值Vij采用极大极小值法进行归一化 处理，公式如下：

${V_{ij}}^{\prime }=\frac{V_{ij}-V_{ij\min }}{V_{ij\max }-V_{ij\min }}---\left(1\right);$

其中，i＝1,2,…,5,j＝1,2,…,k,其中k表示第i个一级需求指标下 的二级需求指标个数，V_ijmin、V_ijmax分别表示所有县域该二级需求指标值V_ij的最大 值和最小值；

S3.2，计算归一化后的二级需求指标值的变异系数B_ij；

变异系数B_ij计算公式如下：

$B_{ij}=\frac{{\sigma }_{ij}}{\overline{{V_{ij}}^{\prime }}}---\left(2\right);$

其中，B_ij表示二级需求指标值V_ij经归一化后的变异系数，σ_ij表示二级需求 指标值V_ij经归一化后的标准差，表示二级需求指标值V_ij经归一化后的平均 值；

S3.3，计算二级需求指标值V_ij的权重w_ij；

权重w_ij的计算公式如下：

$w_{ij}=\frac{B_{ij}}{\underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{B}_{ij}}---\left(3\right);$

S3.4，计算归一化的一级需求指标值V_i；

归一化的一级需求指标值V_i标的计算公式如下：

$V_i=\underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{V_{ij}}^{\prime }*w_{ij}---\left(4\right).$

步骤S4，用步骤S3得到的归一化的一级需求指标值构建行向量，并以行向 量作为表征县域电网发展需求的样本，对样本采用K均值聚类算法进行聚类分 析。

所述行向量为x_n＝[V_n1V_n2V_n3V_n4V_n5],n表示县域电网的样本数。

聚类分析的具体步骤如下：S4.1，在县域电网的n个样本中随机选取5个样 本作为初始的聚类中心。

S4.2，计算剩余n-5个样本到各聚类中心的距离d_ij，将样本划分到距离最 近的类中；

距离d_ij计算公式为：

(d_ij)²＝||x_i-x_j||_Α＝(x_i-x_j)^TA(x_i-x_j)(5)；

其中,A取单位矩阵；

S4.3，重新计算各个新类的聚类中心，直至准则函数E收敛；新类的聚类中 心是新类的平均值；

S4.4，根据步骤S4.3得到最终聚类划分结果和聚类中心矩阵C；聚类中心 矩阵C代表县域电网发展需求；

经过聚类分析最终将n个样本分为5个聚类，分别用C_m，m＝1,…,5，表示 聚类划分后的五个聚类的样本集合，聚类中心参数取各类的样本参数平均值，得 到聚类中心矩阵C：

$C=\left(\begin{array}{ccc}{I}_{11}& L& I_{1i}\\ M& & M\\ I_{m1}& L& I_{mi}\end{array}\right)---\left(6\right);$

其中：表示第m个聚类中心的第i个一级需求指标参数，V_ni表示第n个样本x_n的第i个一级需求指标参数。

步骤S5，根据步骤S4的计算结果，对县域电网的需求进行分析。

根据县域电网各发展需求层次所对应的发展目标和投资重点和聚类中心矩 阵C进行分析,从宏观上把握县域电网的发展薄弱处,找出其对应的投资建设 重点,据此制定相应的发展投资建设规划,更科学合理地指导县域电网的可持 续性发展。

县域电网各发展需求层次所对应的发展目标和投资重点如表1所示。

下面以某市下辖10个县为例，依据前述步骤，可得10个县域电网的一级需 求指标数据如下表所示：

县域编号 V₁V₂V₃V₄V₅x₁0.6034 0.6287 0.6248 0.4958 0.3925 x₂0.6018 0.6285 0.6314 0.4768 0.3753 x₃0.6074 0.5117 0.4623 0.4125 0.3316 x₄0.6207 0.6933 0.573 0.541 0.4105 x₅0.6108 0.6278 0.6173 0.4906 0.3789 x₆0.6017 0.6305 0.6213 0.4914 0.3844 x₇0.4436 0.4162 0.3912 0.3714 0.2431 x₈0.7315 0.7144 0.7104 0.6512 0.4855 x₉0.6103 0.6348 0.6126 0.4878 0.3689 x₁₀0.6234 0.6847 0.5642 0.5534 0.3848

经聚类分析得到聚类划分结果为：C₁＝{x₁,x_2,x_5,x_6,x₉}；C₂＝{x₇}；C₃＝{x₃}； C₄＝{x₈}；C₅＝{x₄,x₁₀}。

聚类中心矩阵为：

$C=\left(\begin{array}{ccccc}0.6056& 0.6301& 0.6215& 0.4885& 0.3800\\ 0.4436& 0.4162& 0.3912& 0.3714& 0.2431\\ 0.6074& 0.5117& 0.4623& 0.4125& 0.3316\\ 0.7315& 0.7144& 0.7104& 0.6512& 0.4855\\ 0.6221& 0.6890& 0.5686& 0.5472& 0.3977\end{array}\right)$

根据聚类中心矩阵分析各类县域的典型发展需求特征：

C₁类县域电网在基础供电、可靠优质和经济高效等方面的发展需求指标较 高，在环保协调和智能交互方面需求指标较低，表明C₁类县域电网在前三个层 次的发展较好，因此要在兼顾低层次需求基础上重点满足环保协调发展需求，将 其划分为环保协调需求层次。

C₂类县域电网整体发展水平都较低，将其划分为基础供电需求层次。

C₃类县域电网基础供电方面需求指标较高，但可靠优质、经济高效方面指标 都较低，因此将其划分为可靠优质需求层次。

C₄类县域电网在前四个需求层次的指标都较高，未来发展重点应放在智能交 互方面，可将其划分为智能交互需求层次。

C₅类县域电网在基础供电和可靠优质方面的需求指标较高，其他三方面需求 指标较低，因此未来重点主要放在经济高效方面，可将其划分为经济高效层次。