基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法

摘要

本发明涉及一种基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法，该方法基于灰色关联分析理论，充分挖掘特高压直流区外来电运行数据与省内电源建设指标之间的关联特性，分别建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系和电源建设可靠性评价指标体系；利用各指标历年的统计数据，建立电源建设系统数据库和特高压直流输电系统数据库；构建特高压直流来电与省内电源灰色关联度模型；计算并揭示特高压直流来电与省内电源关联度及关联特性。本发明可揭示出区外特高压直流来电与省内电源建设间关系密切因素、关联特性及历年时序演变规律，得出特高压直流输电系统影响省内电源建设可靠性的主导因素，以便对大规模特高压直流输电发展环境下的电源建设与规划做出正确的决策。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法。

背景技术

中国的能源资源中心和负荷中心的地理位置分布极不均匀，能源资源丰富地区远离经济发达的负荷中心区，这种二者逆向分布的特点，使得我国需要建设满足远距离，大规模输送电力的特高压坚强电网以实现能源资源的优化配置。特高压直流输电(UHVDC)是指±800kV及以上电压等级的直流输电，鉴于特高压直流输电输送容量大、输电距离远等优点，特高压直流输电得到了快速发展，为国民经济的发展做出了巨大贡献。

我国多个省份已经或即将成为特高压区外电力受端区域，比较典型的有河南、广东和山东等省份。特高压直流输电线路为各省提供高比例省外电力的同时，也对各省省内的电源建设提出了更高的要求。现在的省内电源建设一般是通过调峰能力平衡及各地区电力平衡情况，求得本省调峰需求，进而确定中长期电源结构和规划布局。这种方法忽略了大规模间歇性可再生能源对电源规划建设的贡献、广域范围内特高压直流输电参与跨区调峰的能力，以及特高压直流区外来电与省内电源的协同消纳等，通过数据挖据技术对特高压直流来电与省内电源建设各指标的耦合关联特性进行分析是新形势下电源建设与规划的重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有电源建设规划方法中的薄弱环节，提供基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法，该方法能够计算出特高压直流输电与省内电源两系统及两系统中各可靠性因素的关联程度，定性与定量揭示特高压直流输电系统影响省内电源建设可靠性的主要因素，同时按照年份展示出时序演变规律，以便对电源建设及规划做出正确的决策。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系。

(2)建立电源建设可靠性评价指标体系。

(3)收集历年指标数据，建立特高压直流输电系统数据库。

(4)收集历年指标数据，建立电源建设系统数据库。

(5)构建特高压直流来电与省内电源灰色关联度模型。

(6)计算并揭示特高压直流来电与省内电源关联度及关联特性。

进一步的，步骤(1)所述的“建立特高压直流输电系统评价指标体系”的具体内容为：

a.以评价指标体系建立的五个原则为依据，即系统全面原则、重点突出原则、切实可行原则、相对独立原则、量化可比原则。

b.选取特高压直流输电系统可靠性指标，包括能量可用率、强迫能量不可用率、强迫停运次数、利用小时数。

进一步的，步骤(2)中所述的“建立电源建设可靠性评价指标体系”的具体内容为：

a.以评价指标体系建立的五个原则为依据，即系统全面原则、重点突出原则、切实可行原则、相对独立原则、量化可比原则。

b.选取电源建设可靠性评价指标，包括充裕性指标和安全性指标。其中充裕性指标有装机容量、电源结构、最大负荷、省内受电比例、调峰容量及备用容量，安全性指标有N-1通过率、N-2通过率、短路电流及无功补偿。

进一步的，步骤(5)中所述的“构建特高压直流来电与省内电源关联度模型”的具体过程为：

a.确定分析序列

共两组分析序列，第一组是步骤(3)中4个特高压直流输电系统可靠性指标数据，将其分别编号为Xi(i＝1,2,...,4)；第二组是步骤(4)中10个电源建设可靠性指标数据，将其分别编号为Yj(j＝1,2,...,10)。

b.消除序列数据量纲

对特高压直流来电与省内电源数据分析序列Xi和Yj进行量纲的消除，分别用两组指标序列第一年的数据Xi(1)和Yj(1)除以后面每年的指标数值，得到新的指标序列Xi’和Yj’。

c.计算极差

根据公式Δ_i(k)＝|x_i′(k)-y_j′(k)|，逐个计算两组去量纲化的指标序列对应元素Xi’和Yj’的绝对差值。

并根据公式确定两级最小差MN。

并根据公式确定两级最大差MX。

d.计算关联系数

根据公式计算特高压直流来电与省内电源两组序列对应元素的关联系数Rij，其中：ξ为分辨系数，在(0，1)内取值，ξ越小，关联系数间的差异越大，分辨率越高。一般ξ取0.5。

本发明的工作原理：

为了解决在省内电源建设及规划过程中遇到的与区外特高压直流来电协同消纳问题，本发明提出了基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法。该方法将灰色关联理论运用到了特高压直流来电与省内电源两系统中，首先建立特高压直流来电与省内电源可靠性评价指标体系；然后再通过收集历年实际运行数据，分别建立特高压直流来电与省内电源两系统数据库；进一步运用灰色关联理论，建立区外特高压直流来电与省内电源建设可靠性的关联度模型。通过编程求解可得出两系统可靠性的内在关联度。

由以上技术方案可知，本发明通过数据挖掘和运用灰色理论，揭示出区外特高压直流来电与省内电源建设间关联特性、主导因素及历年时序演变规律，得出特高压直流输电系统影响省内电源建设可靠性的主要因素，为大规模特高压直流输电发展环境下的优化电源建设与规划提供了依据。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1：如图1所示，基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系。

(2)建立电源建设可靠性评价指标体系。

(3)收集历年指标数据，建立特高压直流输电系统数据库。

(4)收集历年指标数据，建立电源建设系统数据库。

(5)构建特高压直流来电与省内电源灰色关联度模型。

(6)计算并揭示特高压直流来电与省内电源关联度及关联特性。

具体举例说明，该方法包括以下顺序的步骤：

(1)根据评价指标体系建立原则：系统全面原则、重点突出原则、切实可行原则、相对独立原则、量化可比原则，选取能量可用率、强迫能量不可用率、强迫停运次数、利用小时数4个可靠性指标建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系。

(2)根据评价指标体系建立原则：系统全面原则、重点突出原则、切实可行原则、相对独立原则、量化可比原则，选取装机容量、电源结构、最大负荷、省内受电比例、调峰容量、备用容量、N-1通过率、N-2通过率、短路电流及无功补偿10个可靠性指标建立省内电源可靠性评价指标体系。

(3)收集哈密-郑州特高压直流2014年与2015年的指标数据，建立特高压直流输电系统数据库。

(4)收集河南省2010年-2015年电源建设指标数据，建立省内电源建设系统数据库。

(5)根据数据库，形成反映系统行为特征的两组数据序列。

第一组序列是能量可用率、强迫能量不可用率、强迫停运次数、利用小时数4个特高压直流输电系统可靠性指标数据，将其分别编号为Xi(i＝1,2,...,4)；第二组序列是装机容量、电源结构、最大负荷、省内受电比例、调峰容量、备用容量、N-1通过率、N-2通过率、短路电流及无功补偿10个电源建设可靠性指标数据，将其分别编号为Yj(j＝1,2,...,10)。

(6)对特高压直流来电与省内电源数据分析序列Xi和Yj进行无量钢化处理，分别用两组指标序列第一年的数据Xi(1)和Yj(1)除以后面每年的指标数值，得到无量纲指标序列Xi’和Yj’。

(7)计算极差，根据公式Δ_i(k)＝|x_i′(k)-y_j′(k)|，逐个计算两组去量纲化的指标序列对应元素Xi’和Yj’的绝对差值。

根据公式确定两级最小差MN。

根据公式确定两级最大差MX。

(8)计算关联系数。根据公式计算特高压直流来电与省内电源两组序列对应元素的关联系数Rij。ξ为分辨系数，在(0，1)内取值，ξ越小，关联系数间的差异越大，分辨率越高。一般ξ取0.5。

(9)对灰色关联度进行比较排序，得出各参考序列与比较序列的灰色关联程度，定量而且又直观地看出各因素对主要因素的影响作用强弱。

若关联系数Rij＝1，说明区外来电某项指标与省内电源建设的关系最为密切，且二者的变化规律相同；若关联系数Rij在(0，1)范围内，则关联系数Rij的值越大，系统间的关联性越强，关联系数Rij值越小，系统间的关联性越弱。根据关联度值可判断两系统之间的关联度为弱相关、中度相关、较强相关还是极强相关。

实施例2：如图1所示，基于灰色理论的特高压直流来电与省内电源关联分析方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系。

(2)建立电源建设可靠性评价指标体系。

(3)收集历年指标数据，建立特高压直流输电系统数据库。

(4)收集历年指标数据，建立电源建设系统数据库。

(5)构建特高压直流来电与省内电源灰色关联度模型。

(6)计算并揭示特高压直流来电与省内电源关联度及关联特性。

具体举例说明，该方法包括以下顺序的步骤：

(1)选取能量可用率、强迫能量不可用率、强迫停运次数、利用小时数4个可靠性指标建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系。

(2)根据评价指标体系建立原则：选取装机容量、电源结构、最大负荷、省内受电比例、调峰容量、备用容量、N-1通过率、N-2通过率、短路电流及无功补偿10个可靠性指标建立省内电源可靠性评价指标体系。

(3)收集哈密-郑州特高压直流2014年与2015年的指标数据，建立特高压直流输电系统数据库。

(4)收集河南省2010年-2015年电源建设指标数据，建立省内电源建设系统数据库。

(5)根据数据库，形成反映系统行为特征的两组数据序列。

第一组序列是能量可用率、强迫能量不可用率、强迫停运次数、利用小时数4个特高压直流输电系统可靠性指标数据，将其分别编号为Xi(i＝1,2,...,4)；第二组序列是装机容量、电源结构、最大负荷、省内受电比例、调峰容量、备用容量、N-1通过率、N-2通过率、短路电流及无功补偿10个电源建设可靠性指标数据，将其分别编号为Yj(j＝1,2,...,10)。

(6)对特高压直流来电与省内电源数据分析序列Xi和Yj进行无量钢化处理，分别用两组指标序列第一年的数据Xi(1)和Yj(1)除以后面每年的指标数值，得到无量纲指标序列Xi’和Yj’。

(7)计算极差，根据公式Δ_i(k)＝|x_i′(k)-y_j′(k)|，逐个计算两组去量纲化的指标序列对应元素Xi’和Yj’的绝对差值。

根据公式确定两级最小差MN。

根据公式确定两级最大差MX。

(8)计算关联系数。根据公式计算特高压直流来电与省内电源两组序列对应元素的关联系数Rij。ξ为分辨系数，在(0，1)内取值，ξ越小，关联系数间的差异越大，分辨率越高。一般ξ取0.5。

(9)对灰色关联度进行比较排序，得出各参考序列与比较序列的灰色关联程度，定量而且又直观地看出各因素对主要因素的影响作用强弱。

若关联系数Rij＝1，说明区外来电某项指标与省内电源建设的关系最为密切，且二者的变化规律相同；若关联系数Rij在(0，1)范围内，则关联系数Rij的值越大，系统间的关联性越强，关联系数Rij值越小，系统间的关联性越弱。根据关联度值可判断两系统之间的关联度为弱相关、中度相关、较强相关还是极强相关。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。