一种电网运行评估指标无量纲化的计算方法

技术领域

本发明是一种电网运行评估指标无量纲化的计算方法，特别是一种基于数 值历史分布概率的电网运行指标多区间无量纲化计算方法，属于电网运行评估 指标无量纲化的计算方法的创新技术。

背景技术

电网运行评估指标，对掌握电网运行状态，分析调度业务工作的优缺点， 提升调度业务水平具有重要作用。然而，由于电网运行评估指标往往是对电网 运行某一侧面的评估考核，因此常具有不同的物理量纲。电网运行评估指标在 物理量纲、考核对象上的区别导致不同电网运行评估指标难以实现横向的对照 比较，迫切需要对通过电网运行评估指标的无量纲化，将评估指标转化为标准 的无量纲的指数评分。当前，国内网学者在电网运行指标无量纲化计算中，主 要采用主观设定法。通过设置两个指标特征值和其对应的无量纲化指数评分， 对指标数值进行线性拟合，从而计算得到指标的无量纲化指数评分结果。

实际上，电网安全运行导则等电力系统运行技术规范，已经对许多电网运 行指标的数据特征进行了规范，规定了指标的安全、预警、告警区间；在实际 调度运行中，电网运行者往往也会对指标的运行区间进行约定，依次来辅助指 标的评估分析。通过上述方法计算得到的无量纲化指数评分，难以细致考虑指 标不同区间的差异化特征，在实际使用中也就难以凸显指标在不同区间对电网 运行水平的实际影响，不能有效指导电力系统运行评估。

同时，上述方法缺乏对指标历史数据的统计分析，通过人工设定指标特征 值来进行线性拟合，缺乏必要的支撑，可信度不高，所得的指数评分应往往因 此缺乏区分度和指标纵向可比性，导致实用性不强。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种针对性强，且能够有效提高无 量纲化指数的区分度，增强指标评分的客观性及可比性的电网运行评估指标无 量纲化的计算方法。

本发明的技术方案是：本发明的电网运行评估指标无量纲化的计算方法， 包括有如下步骤：

1）从电网实时数据库输入指标的当前数据，从电网历史数据库输入指标的 历史数据，形成本方法计算的信息数据库；

2）基于电网运行安全导则的客观规范或人工经验，设定指标的区间数及每 个区间的上下限所对应的指标阈值，指标的区间数和上下限阈值需要依据其实 际需求进行设置，但所有指标的区间至少含有一个安全区间，同时若一个指标 的区间存在预警区间，则必存在告警区间，因此，所有指标区间划分存在三种 可能：①仅划分为安全区间；②能划分为安全区间和告警区间；③能划分为安 全区间、预警区间、告警区间三个区间；

上述三个区间划分需要满足，三个区间无重叠部分，同时任何一个指标可 能的取值情况必须处于某一种区间范围内；

3）分析指标历史数据，统计在不同区间内的指标历史数据数量，在此基础 上，通过设置区间划分序列，将安全区间、预警区间、告警区间三个区间进一 步细分为子区间，通过统计在各子区间内指标的历史数据的数量，构成指标历 史分布直方图；

4）通过指标历史分布直方图和指标当前数值，定位指标当前数据在直方图 中的位置，分别计算指标的区外排名率和区内排名率，从而得到指标的当前排 名率；

5）设定指标不同区间上下限阈值对应的指数评分，考虑极大型和极小型 指标的区别，计算其当前排名偏移量，进而考虑当前偏移量影响在指标区间指 数评分基值的基础上，计算得到指标指数评分。

本发明所提出的指标多区间无量纲化计算方法，与其他无量纲化方法相比， 具有如下显著特点：

1）本发明考虑电网运行的状态区别，设置指标区间，可以统一处理指标的 多区间无量纲转化，本发明的方法针对性强；

2）本发明通过分析指标数值的历史分布概率来确定指标的无量纲化的评分 函数，充分考虑了指标历史数据的分布特征，能够有效提高无量纲化指数的区 分度，增强指标评分的客观性与可比性。

本发明计算流程简单，计算量小，开发难度小，计算过程的中间结果含义 清晰，实用性强。是一种方便实用的电网运行评估指标无量纲化的计算方法。

附图说明

图1是本发明实施例基于数值历史分布概率的电网运行指标多区间无量纲 化计算方法的流程图。

图2是本发明实施例所形成的指标历史数据分布直方图。

具体实施方式

实施例：

本发明的基于数值历史分布概率的电网运行指标多区间无量纲化计算方法 的流程图如图1所示，本发明的方法实现了对电网运行指标的无量纲转化。本 发明的方法实施过程包括如下：

（1）从电网实时数据库输入指标的当前数据，从电网历史数据库输入指标 的历史数据，形成本方法计算的信息数据库；

输入本计算流程所需的电网运行指标基本数据，所需的输入数据既包括电 网运行指标当前数据，也包括指标的历史数据。其中指标的当前数据由电网实 时数据库输入，而历史数据由电网历史数据库输入。需要特别说明的是，指标 无量纲化的计算基于对指标历史数据的统计分析，因此需要提供尽可能多的历 史数据，一般所提供的历史数据样本不应少于500条。

（2）基于电网运行安全导则等客观规范或人工经验，设定每个区间的上下 限所对应的指标阈值，将指标数据取值区域划分为安全、预警、告警三个取值 区间；

依照电网运行指标的评估特征，一般可将电网运行指标数据划分为三个区 间，分别为安全区间、预警区间、告警区间。

安全区间：当指标数值在该区间范围内，表明在该指标所评估的侧面，电 网运行于可接受范围内；

预警区间：当指标数值在该区间范围内，表明该指标所评估的侧面，电网 运行处于临界状态，需要引起关注；

告警区间：当指标数值在该区间范围内，表明该指标所评估的侧面，电网 运行于危险状态，需要引起高度重视。

安全、预警、告警三个区间的具体设置可依据电网安全导则中相关规定进 行，也可由电网运行者依据实际的运行管理需要进行设置。通过设置不同区间 的指标数值的上下限阈值，将指标数值的整个可行范围划分为三片连续的区域。

需要特别说明的是：

指标的区间数和上下限阈值需要依据其实际需求进行设置，并非所有指 标都可划分为如上的三个区间，但所有指标至少含有一个安全区间。同 时若一个指标存在预警区间，则必存在告警区间，因此，所有指标区间 划分存在三种可能：①仅可划分为安全区间；②可划分为安全区间和告 警区间；③可划分为安全、预警、告警三个区间；

上述三个区间划分需要满足，三个区间无重叠部分，同时任何一个指标 可能的取值情况必须处于某一种区间范围内。

（3）分析指标历史数据，统计在不同区间内的指标历史数据数量，在此基 础上，通过设置区间划分序列，将安全、预警、告警三个区间进一步细分为子 区间，通过统计在各子区间内指标的历史数据的数量，构成指标历史分布直方 图；

在上述三个指标分布区间，分别依据相应的区间上下限阈值，统计历史数 据，进而形成不同区间的历史分布直方图。具体步骤如下：首先，依据不同区 间设置的上下限阈值，分别统计安全、预警、告警三个区间内指标历史数据的 分布数量；其次，通过设置区间划分序列，对指标运行区间进一步细分为子区 间，统计子区间内历史数据数量；最后，以此，形成历史数据分布直方图，如 附图2。

需要特别说明的是：

●子区间数量可依据该区间历史数据的数量进行调整，无固定标准；

●若某区间范围内，数据量过少甚至没有，难以形成直方图，则可不 形成直方图，其指标无量纲化计算方法将在步骤（5）中予以介绍。 一般来说，当某区间内历史指标数量少于50条时，即可不形成直方 图。

（4）通过指标历史分布直方图和指标当前数值，定位指标当前数据在直方 图中的位置，分别计算指标的区外排名率和区内排名率，从而得到指标的当前 排名率；

通过指标历史分布直方图和所输入的指标当前数值，可以计算其排名率， 具体计算方法如下：首先，通过比较各区间的上下限阈值，定位指标当前数值 所处的区间；其次，在该区间历史分布直方图的横坐标上定位指标的当前数值 应处的位置；最后，根据该区间划分序列和直方图，计算指标区外排名率和区 内排名率，两部分统计得到指标的当前排名率。

设该区间上下限阈值为[P₀,P_M+1]，区间划分序列为{P₁,P₂,…P_M}，满足 P₀<P₁<P₂<…P_M<P_M+1，从而将该区间划分为M+1个子区间。在该区间范围内， 历史数据总数为N。在历史分布直方图上，第i个子区间指标的历史数据数量为 N_i，满足设指标当前数值为P，满足P_i-1<P≤P_i，其中1≤i≤M+1。则 指标的区外排名率计算公式如下：

$R_o=\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Sigma }}{N}_j/N$

如上，R_o表示指标的区外排名率，其物理含义为，指标所在子区间之前所 有子区间内历史数据占该指标所在区间内历史数据的比例。

指标的区内排名率计算公式如下：

$R_i=\frac{P-P_{i-1}}{P_i-P_{i=1}}\times \frac{N_i}{N}$

如上，R_i表示指标的区内排名率，其计算采用了线性拟合的手段，假设在 子区间范围内历史数据均匀分布，则在该子区间范围内，指标当前取值排名应 为由指标当前取值和该子区间下限所确定的矩形占该子区间总面积的比例，即 上式中部分，进而考率该子区间内历史数据量占整个区间历史数据比例， 即上式中部分，即可得到指标的区内排名率。

由此可得指标的当前排名率计算公式如下：

R=R_o+R_i

当前排名率，综合考虑了指标当前取值的区内排名率和区外排名率。需要 特别说明的是：上述当前排名率计算公式中，只需要指标历史数据分布直方图， 利用直方图的子区间上下限阈值序列和每个子区间的历史数据数量，通过计算 直方图面积比例来分析得到当前排名率，而不需要通过查询庞大的历史数据信 息库，逐一对比历史数据与当前输入数据的数值关系，因此计算所需数据量小， 计算过程简单，计算效率高。

（5）设定指标不同区间上下限阈值对应的指数评分，考虑极大型和极小型 指标的区别，计算其当前排名偏移量，进而考虑当前偏移量影响在指标区间指 数评分基值的基础上，计算得到指标指数评分。

在得到指标的当前排名率之后，进一步通过设置区间上下限阈值对应的指 数评分，可计算指标的无量纲化指数评分。具体步骤如下：

首先，设置不同运行区间上下限阈值对应的指数得分。

设置安全、预警、告警三个运行区间上下限阈值对应的指数得分，不妨设 三个区间上下限阈值对应指数得分分别为：（安全区间上限阈值对应指数评 分），（安全区间下限阈值对应指数评分），（预警区间上限阈值对应指数 评分），（预警区间下限阈值对应指数评分），（告警区间上限阈值对应指 数评分），（告警区间下限阈值对应指数评分）。阈值设置满足以下三方面的 规定：

依据指标数值与电网运行水平之间的关系，可将指标分为极大型与极小 型两类，其含义如下：极大型指标：极大型柔性指标指标数值越大，表 明电网运行水平越高；极小型指标：极小型柔性指标指标数值越小，表 明电网运行水平越高。为保证指数值能与电网运行水平呈正比例关系， 反映电网运行水平高低，要求：对于极大型指标，其安全区间应满足 预警区间应满足告警区间应满足对于极小 型指标，其安全区间应满足预警区间应满足告警区 间应满足

三个区间指数评分域应没有重叠部分，且指数评分数值能代表电网运行 情况。故要求安全区间上下限阈值对应的指数评分大于预警区间，预警 区间大于告警区间。同时允许区间指数评分不连续。即对于极大型指标， 应满足对于极小型指标，应满足 $V_D^U>V_D^B\le V_W^U<V_W^B<V_S^U<V_S^B.$

若出现该区间历史数据不足，不能形成指标历史数据分布直方图的情况， 则设定该区间指标上下限阈值对应的指数评分相同。

其次，依照指标当前排名率和所在区间上下限阈值，计算指标当前排名偏 差量。

依照指标当前排名率和所在区间上下限阈值，计算其指标当前排名偏差量 时，应考虑指标极大/极小的指标类型，对于不同类型的指标，使用不同的计算 方法。

对于极大型指标，其计算公式如下：

$V_{\mathrm{off}}=\left(\left(\begin{array}{cc}R\times (V_S^U-V_S^B)& P_S^B\le P\le P_S^U\\ R\times (V_W^U-V_W^B)& P_W^B\le P\le P_W^U\\ R\times (V_D^U-V_D^B)& P_D^B\le P\le P_D^U\end{array}\right)\right)$

对于极小型指标，其计算公式如下：

$V_{\mathrm{off}}=\left(\left(\begin{array}{cc}(1-R)\times (V_S^B-V_S^U)& P_S^B\le P\le P_S^U\\ (1-R)\times (V_W^B-V_W^U)& P_W^B\le P\le P_W^U\\ (1-R)\times (V_D^B-V_D^U)& P_D^B\le P\le P_D^U\end{array}\right)\right)$

如上两个计算公式，其中V_off表示指标的当前排名偏差量，其物理意义为 考虑指标当前数据在历史数据中的分布水平后对指标指数评分的修正量；P表 示指标的当前数值；分别为安全、预警、告警三个 区间上下限阈值。需要注意的是，极大型和极小型指标其指标数值和指数评分 是反比例关系，而当前排名率是指标数值的排名情况，因此在利用当前排名率 计算其对指数评分的偏差是应该取其在区间内的补集，即(1-R)部分。

最后，考虑当前排名偏移量，计算指标的无量纲指数值。

依照指标当前排名偏差量和所在区间指数评分的基值，计算其指标的指数 评分，同样应考虑指标极大/极小的指标类型，对于不同类型的指标，使用不同 的计算方法。

对于极大型指标，其计算公式如下：

$V=\left(\left(\begin{array}{cc}{V}_S^B+V_{\mathrm{off}}& P_S^B\le P\le P_S^U\\ V_W^B+V_{\mathrm{off}}& P_W^B\le P\le P_W^U\\ V_D^B+V_{\mathrm{off}}& P_D^B\le P\le P_D^U\end{array}\right)\right)$

对于极小型指标，其计算公式如下：

$V=\left(\left(\begin{array}{cc}{V}_S^U+V_{\mathrm{off}}& P_S^B\le P\le P_S^U\\ V_W^U+V_{\mathrm{off}}& P_W^B\le P\le P_W^U\\ V_D^U+V_{\mathrm{off}}& P_D^B\le P\le P_D^U\end{array}\right)\right)$

如上两个计算公式，其中V表示指标当前数值对应的无量纲化指数评分； 极大型和极小型指标指数评分计算上的区别在于，在同一区间，两种类型指标 的指数评分基值不同，极大型指标指数评分基值为其区间下限对应的指数评分， 而极小型指标指数评分基值为其区间上限对应的指数评分。

特别说明：如指标在某一运行区间不能形成历史数据分布直方图，因此当 指标的当前数值处于该区间范围内，可直接将其无量纲化指数值设为其上下限 指数值，这种情况下，其上下限指数值相同。

由以上具体实施步骤可见，本发明所提出的指标多区间无量纲化计算方法， 计算流程简单，计算量小，开发难度小，计算过程的中间结果含义清晰，计算 方法实用性强。

需要强调的是，本方法所提出实施步骤中的上下限阈值等均可灵活选择。 因此，以上实施步骤仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精 神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。