（电力系统及其自动化专业论文）基于模糊理论的城网供电能力评估及其可靠性研究.pdf

数来得到衡量城市配电网的供电能力优劣的量的评价方法。在以上研究过程 中，本文还对涉及到的数据结构，潮流计算，可靠性指标，关键技术等方面 进行了研究和分析。 最后，本文通过对某城市电网的描述，详述了借助开发工具对本文所述的 设计思想进行实现的过程，得到了对该城市供电能力进行评估的结果，并对 结果进行了分析总结，同时对本课题的进一步研究方向，发展趋势也做了讨 论。 关键词：城市电网供电能力 模糊可靠性潮流计算 t h ef u z z yt h e o r y b a s e dr e s e a r c ho fd i s t r i b u t i o n n e t w o r k sc a p a b i l i t ye v a l u a t i o na n dr e l i a b i l i t y m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：l iy a n ga d vis o r ：z h o ub u x i a n g a st h em a i nc o m p o n e n to fp o w e rs y s t e m ，t h ed o w n t o w nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tb a s i cf a c i l i t i e sf o ram o d e r nc i t y i t sq u a l i t yh a sn o t o n l yi m p a c t o nt h e o p e r a t i n gs e c u r i t yo fp o w e rs y s t e m ，b u ta l s o o nt h e d e v e l o p m e n to fo t h e rf i e l d sw i t h i nt h ew h o l ee c o n o m ys y s t e m t om e a s u r ei t s c a p a c i t ya n dr e l i a b i l i t ya c c u r a t e l yi sb e n e f i c i a lf o ra s s e s s i n gt h ec u r r e n ts t a t u so f n e t w o r ka n dp l a n n i n gf u r t h e ri m p r o v e m e n t a tt h es a m et i m e ，i t sa l s om e a n i n g f u l f o rt h ep o w e rs y s t e mt og e tm o r ep r o f i t s of a rt h e r ei sn oc o m m o ns p e c i f i c a t i o nt o m e a s u r et h e c a p a c i t y o fp o w e r s y s t e m g e n e r a l l y t h e r ea r es o m ef a c t o r s i n c l u d i n g ( 1 0 a do fl i n e 、v o l t a g ee x c u r s i o n 、l i n el o s e a n dt h ea n a l y s eo fn - 1 c a l c u l a t i o n ) w h i c ha r ew i d e l yu s e dt ov e r i f yt h ec o r r e s p o n d i n gr e s t r a i n td u r i n gt h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k so p e r a t i o n w h e t h e rt h ec a p a c i t yi sb e t t e rd e p e n d so nh o w m a n yl i n e sc a n m e e tt h er e s t r a i n t t h er e s e a r c ho nr e l i a b i l i t yi sm a d eu po f2p a r t s ： t h es t a t i s t i c a la n a l y s i so nt h ed a t ao fr e l i a b i l i t ya n dt h ef o r e c a s tf o rf u t u r e t h e f o r m e ri st oa n a l y z ea n de v a l u a t eh i s t o r i c a ld a t ao ft h er u n n i n gd i s t r i b u t i o ns y s t e m ， a n dt h el a t t e ri st h ee s t i m a t i o nt ob u i l dn e ws y s t e mo ru p g r a d ee x i s t i n gs y s t e m t h e ya r et h et w os i d e so fo n ec o i n a tp r e s e n tt i m et h e r ei sn oo n ei n t e g r a t e dm o d e lt oe v a l u a t et h ec a p a c i t ya n d r e l i a b i l i t yo ft h ew h o l ep o w e rs y s t e m an e wr e s o l u t i o nt oe v a l u a t et h ec a p a c i t yo f d o w n t o w nd i s t r i b u t i o ns y s t e mi ss u b m i t t e db a s e do nc u r r e n tt e c h n o l o g ya n dt h e t a s k an e , v va p p r o x i m a t er a t i o c i n a t i o na n dd e c i s i o n m a k i n gm e t h o db a s e d0 1 1 f u z z yl o g i ci sa p p l i e dt ot h ee s t i m a t i o no fd o w n t o w nd i s t r i b u t i o ns y s t e m sc a p a c i t y ad e t a i lm o d e la n ds o m eg u i d el i n e sf o ra s s e s s i n gt h eq u a l i t yo fd o w n t o w n d i s t r i b u t i o ns y s t e ma r ec r e a t e da n dc o r r e s p o n d i n gr e l i a b i l i t ye s t i m a t i o ni sa l s o d i s c u s s e d a sf o r t h ep r o b l e mt h a tt h er e f e r e n c em o d e lc a n n o tg i v et h em e a s u r a b l e g u i d e l i n e s ，an e wm e t h o db a s e do nf u z z yt h e o r yi sp r o v i d e dt h a tc o r r e c tr e m a r k s f o rp o w e rs y s t e m sc a p a c i t yc a nb eg i v e nb ym a k i n gu s eo fa p p r o p r i a t es p e c i a l f u n c t i o n d u r i n gt h ed i s s e r t a t i o n ，d a t as t r u c t u r e ，f l o wc a l c u l a t i o n ，r e l i a b i l i t yg u i d e l i n e sa n dc r i t i c a lt e c h n i q u e sa r ei n v o l v e d i nl a s ts e c t i o n ，t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko fs o m ec i t yi sa n a l y z e da n di t sc a p a c i t yg e t s a p p r o p r i a t ee s t i m a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h i sp a p e r sd e s i g n s t r a t e g yi sd e s c r i b e dc a r e f u l l y ，c o n s i d e r i n gt h e a i do fd e v e l o p i n gt o o l s a l s ot h et r e n do ft h i s p a p e r st o p i ca n dt h en e x tp o s s i b l ei m p r o v e m e n ti sd i s c u s s e d k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，p o w e rs u p p l yc a p a b i l i t y , f u z z y , r e l i a b i l i t y , p o w e rf l o w c a l c u l a t i o n 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的最后一个环节。 配电系统由配电设备( 包括馈线、降压变压器、断路器和各种开关等) 构成的配 电网和继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制等设备构成。 上个世纪7 0 年代以后，随着经济技术的发展，城市配电系统可靠性己越来越 为人们所注意，首先是因为配电系统处于电力系统末端，直接与用户相连， 是包括发电、输变电和配电在内的整个电力系统与用户联系，向用户供应电 能和分配电能的重要环节，具有特殊的运行方式。一旦配电系统或设备发生 故障或进行检修、试验、往往就会同时造成系统对用户供电的中断，直到配 电系统及其设备的故障被排除或修复，恢复到原来的完好状态，才能继续对 其用户供电，整个电力系统对用户的供电能力和质量都必须通过配电系统来 体现，配电系统的可靠性指标实际上是整个电力系统结构及运行特性的集中 反映。其次由于配电系统大多采用放射式的网状结构，对单故障比较敏感。 据不完全的统计，用户停电故障中8 0 以上是由配电系统的故障引起的【1 1 ，它 对用户供电可靠性的影响也最大。因此，对配电系统可靠性的研究是保证供 电质量、实现电力工业现代化的重要手段，对促进和改善电力工业生产技术 和管理，提高经济效益和社会效益，进行城市网络建设和改造有着重要作用。 随着国民经济的发展，电力负荷的增长明显加快，对城市电网的供电能 力、电能质量、供电可靠性都有了更高的要求。而原有的电网，尤其是城市 电网，由于长期投资不足，导致设备陈旧、技术落后，严重影响了城市经济 的发展和人们的工作、生活。因此，为了适应城市的发展，电网的改造和扩 建已在全国全面展开。城市电网供电能力的评估工作也在全国许多城市展开。 这项工作对正确评价现状电网，优化网络的结构，提高城网供电的安全性和 可靠性，提高企业的经济效益和社会效益具有巨大的现实意义。 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 目前，我国城市配电网的发展状况还比较落后，存在着普遍性的问题 2 】i 由于电力系统规划部门和供电部门对配电系统一直不够重视，“重发轻供不管 用”，造成了配电系统的相对落后。近十年来，输电网的自动化程度已有了很 大的提高，地区电网自动化调度系统已基本普及，县级电网自动化调度系统、 无人值班变电站和变电站综合自动化的建设和改造也发展很快。但是，配电 网的自动化程度却仍然很低。此外，我国城市配电网的投资极为不足。我国 用于发电、输电、配电、的投资比例大约为1 ：o 2 1 ：0 1 2 ，而美国和日本对 上述建设的投资比例分别为1 ：o 4 3 ：0 7 和1 ：o 4 7 ：0 6 8 。投资的落后使 电网的增长明显低于发电和用电两头，而配电就成了发电和用电的瓶颈。随 着经济的高速发展，电力负荷快速的增长，其中，用电结构发生了很大变化， 居民和第三产业用电迅速上升，加重了城市配电网的负担。造成配电网电压 质量下降、可靠性降低、事故频发。以往，我国配电网的规划和设计，主要 是由规划人员根据个人经验和局部计算来进行的，在有限的时期和条件下解 决负荷增加、线路过载、电压偏低等不断出现的一些问题，总的来看不够科 学。对于规模日益扩大的配电网，这种规划方法将越来越难以利于配电网的 合理建设和经济运行。因此，要以长远和整体的眼光追求系统运行的经济性、 可靠性和安全性。 1 2 城市配电网供电能力及可靠性评估的现状 1 2 1 研究的内容 评估的内容包括：供电能力是否满足现有负荷的需要及可能适应负荷增 长的程度：供电可靠性；正常运行时各节点的电压水平及线路的电压损失、 线损；供电设备更新的可能性和必要性。评估供电能力涉及到城网的基本情 况、运行指标、n 1 断线分析、负荷转移l ，在考虑不同负荷运行水平，不同 的运行方式下，考察线路和变压器的过负荷情况，评价电网结构，提出改进 措施。评估系统的应用将为建立统一的业务处理流程、统一的数据库、统 2 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 的业务综合平台奠定良好的基础，从而提高城市电网管理的现代化和科学化 水平。评估系统的统计过程是，根据现有的网络设备情况、负荷情况、运行 情况、历史数据等统计配电网状态和可靠性分析指标。评估系统的计算过程 是，首先计算在现有条件下电网是否存在有相对薄弱的地方，如果没有，则 计算负荷增长到什么水平时电网会出现薄弱环节，最后计算在n 1 条件下电 网是否能正常供电。评估系统通过相对简要的量化指标指出可能存在的问题， 为未来的发展指出方向。 评估系统对国家电力公司发输电部提出的每项具体的指标，都有相应的 报表和( 或) 图形输出，便于数据与结果的汇总与上报。该系统主要组成部分如 图1 1 所示，系统各功能描述如下： 图1 1城市电网评估系统组成框图 ( i ) 数据编辑子系统 包括基础数据、高压网络、中压网络和公用参数四部分数据，来源于城 市规划部门、城市供电企业的s c a d a 系统、m i s 系统、供变电设备及线路生 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 产管理档案等。通过友好的人机界面实现对数据的增加、删除、修改、查询、 统计及输出等功能。本部分数据是绘制网络接线图、进行基本状况评估计算 和供电能力评估计算的基础。 ( 2 ) g i s 图形编辑子系统吲 利用地理信息系统( g i s ) 以地理图形为背景，根据电力网络的地理位置和 接线状况直接录入实体数据，并提供对图形基本操作功能。实现在地理图上 查询设备数据、查询统计结果、查询评估结果和查询计算结果。具有操作简 单直观、人机交互友好等特点。 ( 3 ) 基本状况评估子系统 按照国家电力公司的要求，通过计算变电站容载比、用户供电可靠率、 配电事故率、电压合格率、线损率等指标对城市电网运行状况进行评估，列 出主要的技术指标，以便与国内外相关指标进行横向和纵向的比较。主要表 现形式有表格、图形和报表等多种形式。 ( 4 ) 电力计算子系统 包括负荷条件下的供电能力计算、n 一1 条件下的供电能力计算和大负荷转 移的计算。 供电能力评估计算系统考虑因素如下：网络的结构布局统计分析、线路 及变压器的容载比、节点电压的偏差和功率因数以及电网承受过载的能力等， 结合某供电局城市配电网络的具体情况，制定评估工作如下： ( 1 ) 网络结构布局统计分析 当前城市配电网的电源分布情况( 含供电部门及用户所有的电源) 、线路情 况( 是否架空电缆线、条数、导线型号、长度、使用年限等) 、变压器情况( 台 数、型号、使用年限、是否公用变、厢式变、柱上变等) 、网络联接的方式等。 ( 2 ) 系统负荷的求取 为了进一步做好评估工作，首先了解各1 1 0 k v 变电站的低压侧1 0 k v 母 线的出口负荷电流，把1 0 k v 配电网的配变分为两类，既公用变和专用变，可 以获得公用变的负荷电流，主要由供电局提供第一手资料，对专用变供电局 很难提供具体数据，对今后计算准确性有很大影响，本文是在收集大量的大 用户远采数据的基础上，把大用户进行行业分类，描绘出各行业的典型负荷 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 曲线，求取负荷和变压器额定容量比k 值，其他专用变按所属行业，按变压 器容量归算求取负荷电流值。 ( 3 ) 负荷条件下供电能力计算 考察在各种负荷条件下城市电网的供电能力。最低负荷、正常负荷、最 大负荷、正常负荷的1 2 0 。为了解现状中压配电网适应未来负荷发展的潜力， 有必要进行此计算分析。对上述各负荷进行潮流分析计算。 ( 4 ) n 1 条件下供电能力计算 对城市电网是否能够保证正常的供电能力进行校验。 1 、考虑联络开关和分段开关的每一次开断情况。 2 、考虑到线路大负荷转移的互倒互带的情况，负荷转移的计算。目的是考 察分析在各种运行方式下，线路和变压器的过负荷能力。 ( 5 ) 线损预测 7 1 线损预测的目的就是要对线路和变压器的运行状况进行定性及定量分 析，给出系统理论线损的置信区间。根据线损预测的结果就可对配电线路和 变压器的运行状况进行分析，提出采用各种技术措施降低线损，改善电压质 量，并对采用各种技术措施后的经济效益进行分析。 ( 6 ) 短路电流分析 取正常最大运行方式，对中压配电网内发生的三相短路进行短路电流分 析计算，以校核现状中压配电网母线及开关设备是否满足规程要求。 配电网供电可靠性研究一般分成配电系统的供电可靠性和系统可靠性两 个方面。供电可靠性是指用户方面能以多大可靠度得到所供电力的问题；系 统可靠性是指电业部门方面为了保证满足用户的供电可靠性，配电系统的状 况应该怎样最佳的问题。一般说来，主要包括定义配电系统的可靠性指标； 配电系统可靠性指标的统计、分析与评价，以及应用其统计分析的结果，对 线性系统和设备从设计到制造、安装、调试、运行、维护和检修等整个生产 全过程进行指导；配电系统可靠性预测及其对配电系统规划、新建、扩建即 改造的进行指导；为实现配电系统可靠性分析、预测的指导作用而采取的各 种有效措施、对策及其效果；配电系统可靠性与经济的协调及电力系统可靠 性经济学在配电系统可靠性中应用等。目前配网供电能力及可靠性评估涉及 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 的关键问题包括配电系统可靠性的问题，既要考虑对用户的供电可靠性，又 要考虑供电系统本身的连续供电能力，可靠性的评价指标的选择要顾全两方 面的考虑；配电系统设备分散、点多面广，受外界环境和气候条件的影响极 大。同一类型设备的特性和状态，可能因安装和使用的位置和地区，负荷的 性质和大小不同而有所不同；配电系统的结构，设备型号、规格、容量和数 量的大小是随用户及负荷的增长和变化而不断改变的。其系统和设备的特性 数据及指标必须通过较长时间的统计才能反映其统计的规律性；配电系统必 须考虑与经济性的协调，应对配电系统可靠性各个阶段的工作进行经济效益 和社会效益的评估，以满足经济的合理性及社会的需要。 1 2 2 评估方法 评估方法有许多，如：统计预测法、对比法、逻辑框架法、多目标最优 指标法、模糊层次分析法等。对于不同的数据处理，应该采用不同的方法。 下面对几种方法作简要评价： 1 、模糊层次分析法【8 】 模糊层次分析法即f a h p ( f u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) 是一种多目 标定量综合评价方法。模糊层次分析法是一种可用于处理复杂的社会、政治、 经济、技术等方面决策问题的综合评价与方案比选方法。模糊层次分析法的 基本过程是：把复杂过程分解成各个组成元素，按支配关系将这些元素分组， 使之形成有序的递阶结构，在此基础上通过两两比较来判断各层次中诸元素 的相对重要性，进而得到诸元素在综合评价中的权重，最后根据各元素的隶 属度和权重进行综合评价。该方法能有效表达判断的不确定性，模糊建立和 求解也较方便。其中，采用三角模糊数 9 1 进行打分的模糊层次分析法较为常用。 但是在使用此方法时，由于不同的系统对各元素的权重要求并不一定相同， 就使得不同的评估对象之间无法进行比较。 2 、网络规划的方法【l 0 】 有的文章把电网供电能力的评估，作为一种规划的要求，运用了网络规 6 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 划的方法。具体方法为，首先应将某一供电网络进行化简，将其转化为等效 网络一一系统状态流程图。其数学模型和约束条件如下 i l 】： 数学模型为求解一个最大流问题，即m a x r ( x ) = p o 一约束条件包括容量 限制条件和流量平衡条件，其中容量限制条件为r 。( 下限) r r 。上 限) ，( i e ，j e ) ，容量平衡条件为r 。( 下限) = r = r 。( 上限) ( i e ，j e ) ；系统正常运行的功率因数为c o s p = o 8 。 根据系统状态流程图，运用求解最大流的数学模型，即可求出电网在正 常情况和各种故障情况下供电能力。这种评估方法分为两种情况，一种是对 环网供电的评估，一种是对树状供电区域的评估。这种方法简便可靠，易于 处理复杂的约束条件，对局部电网供电能力可得出较好的结果，是一种非常 方便的工程算法。但是此种方法均以最大运行方式为条件计算的。实际运行 时，发电设备和电网设备存在正常检修和异常运行等情况，这些因素将导致 电网的实际供电能力有所下降。此外，该方法的数学模型和约束条件也过于 简单，同时还把供电网络化简为系统状态流程图进行计算，考虑的因素太少， 使得结果不够准确。 3 、有的文章把评估的内容放在以下几个方面【1 2 i ：供电能力是否满足现有 负荷的需要及可能适应负荷增长的程度；供电可靠性：正常运行时各节点的 电压水平及线路的电压损失、线损；供电设备更新的可能性和必要性。这种 方法可以通过充分分析配电线路和变电站过负荷情况，针对配电网接线方式 和负荷情况分析电网结构，提出线路解决方案和改造措施，合理布局，其目 的是提高供电可靠性和系统运行的安全性。同时为配电网的规划建设和投资 计划提供技术支持和服务。通过对某一城区配电网供电网络的统计、分析、 计算，评估了配电网的结构，找出存在的主要问题，提出改进措施和建议， 为城市配电网的规划和改造奠下良好的基础，为未来的投资计划以适应电力 市场发展的需要提供了保障。 总的来说，城市配电网供电能力及可靠性评估作为项目后评价的部分， 这方面的深入研究还较少，通常的做法是计算一些单独的技术指标，如线损 率、电压合格率、线路平均负载率、变压器运行年限和线路运行年限等来评 价网络性能【b l 。但每一个指标仅仅能反映配电网某一方面的性能。比如线损 四川i 大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 率反映网络的运行效率，电压合格率反映网络的供电质量，而变压器运行年 限和线路运行年限反映配电网的持续发展等等。目前还缺乏一种全面反映配 电网供电能力以及可靠性的综合指标。 1 3 本文的主要工作 针对目前没有一种综合的评判指标或评估模型能够反映整个网络的供电 能力和可靠性这一问题，本文把一种基于模糊逻辑的近似推理和决策方法用 于城市配电网供电能力评估中，建立了详细的城市配电网供电能力优劣性评 估模型。具体来说，主要做了以下工作： 1 、首先基于对配电网供电能力评估常用的做法，从配电网的实际运行考 虑，同时结合专家的经验，选择了多种评价因素，这样可以保证该模型能够 比较全面的反映网络的供电能力。 2 、根据各个评价因素在高压配电网和中压配电网中的意义的不同，确定 每个因素的取值原则和范围，并将其用模糊语言来描述。参考城市中低压 配电网改造技术导则和城市电力网规划设计导则，构造各个评价因素的 隶属度函数曲线，使各个因素能够合理地反映实际数据的变化状况。 3 、建立模糊推理知识库进行模糊推理。在推理的过程中，要考虑各评价 因素的重要性权重对推理结果的影响，这可以充分反映专家的经验和知识， 进一步完善了评估模型。并以某地区城市电网为例，说明基于模糊逻辑的近 似推理方法在城市配电网优劣性评价中的应用，并对评估结果进行了讨论和 研究。 4 、在分析配电网特点的基础上，比较了几种常用的配电网的潮流计算方 法，结合配电网可靠性的需要及配电网树状网架结构的特点，采用了最新的 配电潮流算法，其实用性在实际的算例中得到验证。 5 、本文对常用配电网可靠性算法进行了详尽的分析，针对结构薄弱的中 压配电网，提出了衡量网架失去转带负荷灵活性的严重程度的指标，结合配 电网的实际，提出了考虑负荷转移、电压及容量约束的可靠性预测评估算法。 四j i i 大学硕：t 毕业论文( 2 0 0 5 ) 6 、供电能力及配电系统自动化水平是影响可靠性的关键。本文比较了不 同供电能力水平以及不同自动化水平下的配电系统可靠性状况，说明了提高 供电能力、系统自动化水平的必要性。 9 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 第二章基于模糊理论的城网供电能力评估模型 2 1 基于模糊逻辑的近似推理和决策方法 迄今为止，处理现实对象的数学模型可分为三大类 1 4 】： 一类是确定性数学模型。 二类是随机性数学模型。 三类是模糊型数学模型。 前两种模型的共同点是所描述的事物本身的含义是确定的，它们赖以存 在的基石一集合论。集合论满足互补规律就是这种非此即彼的清晰概念的抽 象。而在客观世界中，存在着大量的模糊概念和模糊现象，如“天气很好”、 “个子很高”等，这里的“很好”、“很高”就属于模糊概念。这些模糊概念 和模糊现象是很难用经典的二值或多值逻辑来描述的，也就是说很难用前两 种数学模型来解决，这是因为他们没有明确的界线。模糊数学的出现就是用 来研究和处理这类模糊对象的。模糊数学所描述的现象本身的含义是不确定 的，是模糊性的( 所谓模糊性，主要是指客观事物在差异的中间过渡时所呈 现的“亦此亦彼”性) 。从差异的一方到另一方，中间经历了一个从量变到质 变的连续过渡过程，这是由于规律的破缺而造成的。如果说概率与统计数学 将数学的应用范围从必然现象扩大到随机现象的领域，那么模糊数学则将数 学的应用范围从清晰现象扩大到模糊现象的领域。 2 1 ，1 确定隶属函数的方法 对于模糊问题，首先要建立模糊集的隶属度函数，确定隶属度函数有如 下几种方法： 一、模糊统计法1 5 】 o 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 模糊统计在形式上类似于概率统计，并且都是用确定性手段研究不确定 性。但是，模糊统计与概率统计属于两种不同的数学模型，他们有如下的重 要区别：随机实验最基本要求是：在每次实验中，事件a 发生( 或不发生) 必须是确定的。在各次实验中，a 是确定的，基本空间q 中的元素出是随机变 动的。做n 次实验，计算 a 发生的频率；! 垒! 生：塑达塑 ” 随着n 增大，通常会呈现频率稳定性。频率稳定所在的那个数，叫做a 在某 条件下的概率。 模糊统计实验的基本要求是：要对论域上固定的元是否属于论语上一 个可变动的普通集合a 。( a 。作为模糊集a 的弹性疆域) ，做一个确切的判断。 这要求在每次实验中，a 必须是一个取定的普通集合。在各次实验中，。是 固定的，而a 。却在随机变动。做n 次实验，计算 对a 的隶属频率：垒g ! 生：塑达墼 n 随着n 增大，隶属频率也会呈现稳定性。频率稳定值叫做对彳的隶属度。 在进行模糊统计实验时，必须遵循一个原则：被调查人员一定要对模糊词汇 的概念熟悉并有用数量近似表达这一概念的能力；对原始数据要进行初步分 析，删去明显不合乎逻辑的数据。 二、三分法【1 4 1 三分法是用随即区间的思想来处理模糊性的试验模型。 三、模糊分布【1 4 客观事物中，最常见的是以实数月作为论语的情形。把实数足上模糊集的 隶属度函数称为模糊分布。在实际中选择合适的模糊分布，会使隶属函数的 确定显得简便快捷。有以下几种常用的模糊分布： 1 、矩形分布或半矩形分布 2 、半梯形分布与梯形分布 3 、k 次抛物型分布 4 、正态分布 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 5 、哥西分布 以上几种分布模型在实际应用中可根据讨论对象所具有的特点加以选 择，或通过统计资料描述出大致曲线，将它与给出的五种模糊分布比较，选 择最接近的一个，再根据实验确定较符合实际的参数，在这个过程中，专家 经验也非常重要。隶属度函数的确定虽然有比较浓重的主观色彩，但是还是 具有一定客观规律型与科学性的。因此，应注意以下几点： 1 、要总结和吸取实践经验，特别要重视专家的经验。 2 、在某些场合，隶属函数可通过模糊统计实验来确定，一般来说，这种方 法比较有效。 3 、有些隶属度函数可以经过模糊运算“并、交、余”求得。 4 、在许多应用中，由于认识事物的局限性，开始只能建立一个近似的隶属 函数，然后通过“学习”逐步完善。 5 、判断隶属函数是否符合实际，主要看他是否正确地反映了元素隶属集合 到不属于集合这一变化过程的整体特性，而不在于单个元素的隶属度数值如 何。 2 1 2 基于模糊逻辑的近似推理和决策方法 模糊逻辑决策系统由模糊产生器、模糊推理机和反模糊化器三部分组成。 l 、模糊产生器 模糊产生器将论域u 上的点一一映射为一个模糊集合，完成模糊化的功 能。输入信息精确量与隶属度函数，得到相应语言变量的隶属度函数值，即 模糊化。模糊化是通过隶属函数来完成的。因此，在模糊化过程中，正确确 定隶属度是至关重要的。 2 、模糊推理机 模糊推理是模糊隐含关系的一种，是基于模糊逻辑建立的一种输入输出 关系的映射过程。模糊推理机根据模糊规则库中的模糊推理知识以及由模糊 产生器产生的模糊集合，通过模糊评判、模糊统计判决推理出模糊理论，即 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 论域【，上的模糊集，并将其输入到反模糊化器。 模糊推理的实现过程可以描述如下： 1 ) 将规则前提语言变量的隶属度函数值通过某种形式( 一般为某种形式的 三角模，如乘法，极小) ，得到每一条模糊规则的激活程度( 权重) 。 2 ) 依照每一条规则前提，推理出相应的结论。 3 ) 对各规则的结论依照其激活程度，进行集成得到确定的输出。 本文采用m a m d a n i 推理方法 1 6 ，对于命题“一是爿”( 其隶属度用爿( x ) 表示) ，可以赋一个权重u ( 其相应的隶属度用a 。( x ) 表示) ，其含义可理解为 该命题为真的程度或重要性程度。y a g e r 在文献 1 7 】中指出a 。( x ) = 4 ( x ) c o 和 a 。( x ) = ( 1 一c o ) v a ( x ) 都是蕴涵的形式。文献 1 8 采用了后一种蕴涵形式进行命 题的赋权，但该方法在很大程度上掩盖了隶属度的作用，不能满足对推理前 提加权的需要。本文采用前一种蕴涵形式进行命题赋权，即对合取( 逻辑交) 命题有a 。( x ) = a ( x ) c o ，而对析取( 逻辑并) 命题有a 。( x ) = ( 1 一c o ) v a ( x ) ，这里 0 3 0 ，等式左边0 3 表示权重，等式右边出表示乘方。显然，当4 。 ) ，c o 0 , 1 时，它们都退化为二元命题。 当采用合取命题表示时，一个考虑前提赋权的多输入一单输, q 4 , ( m i s o ) 系 统可以表示为【1 9 】： 条件： i f x li s 彳嚣a n dx 2 i s a 0 5 2 x 。i s 4 器 推理规则： 月1 ：i fx 1i s 彳芹a n dx 2 i s 4 普x 。i sz 0 t h e nyi s b i e l s e r 。： i fx li s 彳品a n dx 2i s 一篇x 。i sx 2 t h e nyi s b 。 结论：yi sb o 其中一。是论域u 。中的模糊用语，以此类推，一。是论域u 。中的模糊用语， b 是论域y 中的模糊用语， 对于m i s o 系统中的第i 条推理规则，可用模糊关系表示为 r f = a f l a 2 x a b 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 同理，每一条推理规则，都可得到相应的模糊关系：r ，r ：，r 。 则系统总的模糊规则所对应的只，其模糊关系可表示为： r = 蜀u r ：u u r 。= u e f = 1 最终的推理结果表示为： b o = a 。r 其中a = a o l a 0 2 a o ”。 从以上的m 个条件命题中可以看出，如果每个论域u ，( ，= 1 ，2 ，n ) 基本元 素数目为g ，并且论域v 的基本元素数目为矗，则论域u 将有譬”个组合基数， 而模糊关系u v 将有g ”h 个组合基数。假如每个基本集u 和v 各有1 0 个元 素的话，则最终的u v 关系上将有1 0 ”1 个组合，因此，需要建立的模糊规则 数目将是巨大的，会出现“维数灾”的现象。然而，通过适当选择u ，玑，u 。 的基本元素可大大减少推理过程的计算量【2 0 1 。 当第k 个命题是用析取命题表示的，则m i s o 系统可以表示为： r x ：i fx li s 一爿嚣o rx 2i s 一一：；x 。i s 一爿盘，t h e nyi sb f 其中，“”表示“非”，如一c = 1 一c 。 利用以上模糊推理框架可以完成具有不精确的语言描述的系统的推理。 该模糊推理方法以模糊规则的形式进行描述，每一条模糊规则都描述了 系统或决策过程在某种情况下的局部状况，若干规则集成到一起则形成了对 整个系统或决策过程的整体描述。而且规则参数和规则数目可以根据实际情 况讲行修改。因其在减小问题规模和降低模型复杂度方面的巨大功效而成为 模糊推理系统应用最为广泛的一个模型。 3 、反模糊化器 反模糊化器( 清晰化) 是将模糊量结论转化为精确量结论，它是采用最 大隶属度法( 极大平均法) 、加权平均法等输出结论的精确量，以便作出评价。 简单说就是将论域模糊集合y 一一映射为确定的点。 匹| 川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 因此，基于上述的对前提加权的模糊推理得出的结果是一个模糊量，不 能直接用于决策，还要采取合理的方法将模糊量转换成精确量。文献【2 l 】提出 了一种清晰化决策函数。文献 2 2 1 采用了基于区域中一t j , ( c e n t e ro f a r e a 一一c o a l 的清晰化方法。采用如上两种清晰化决策方法，将使决策结果趋于均化或者 偏小。为了避免这种情况的出现，根据文献 2 3 】，隶属函数的平方可以看成新 的权值，本文采取了一种决策函数： 2 b i ( i ) l = 鼍- _ b t ( i ) 2 其中，r 表示第i 条规则推理结果在【o ，1 之间的离散值；a ( r ) 表示对应 离散点r 的隶属度；表示清晰化的决策。 2 2 供电能力评估系统中可靠性统计与预测评估及指标的建立 配电网可靠性指标可分为统计指标和预测评估指标。两者既相区别，又 紧密联系。 2 2 1 配电网可靠性统计评价指标的确立 建立配电系统可靠性统计评价指标，必须同时考虑配电系统的状态和设 备的状态。因为对配电系统的状态既反映了系统整体的状况，又反映了系统 对用户的影响。建立了考虑配电系统状态的指标，就能够收集面向用户或负 荷点的数据，提供有关系统充裕度的历史数据和资料。而配电设备的状态则 反映了设备的功能和特性及其对配电系统供电能力的影响。建立了考虑配电 设备状态的指标，就能够收集面向元件的数据，包括设备停运造成用户停电 或不停电的数据：能够提供设备停运或检修期间的连续数据和资料，为制定设 四j i i 大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 计、运行和维修策略提供依据。此两者缺一不可。 配电系统的连续供电能力，一般总是以停电状态发生的概率来表示的。 而从造成配电系统停止供电的可能性来说，一般有故障停电和作业停电两种 情况。配电系统停电性质分类详见下图 图2 1 配电系统停电性质分类图 故障停电反映了配电系统内在特性的好坏，作业停电则反映了配电系统 在发生故障或缺陷时能够使系统恢复供电的能力。两种停电又因发生地点的 不同而有配电系统内部或外部之分。但无论是外部或内部也不论故障停电或 作业停电，都将对用户产生影响，表现为对用户的供电服务质量。因此，在 建立配电系统可靠性指标时，即要考虑和建立分别反映故障停电和作业停电 的指标，又要考虑和建立反映其综合情况的指标。 配电系统处于供电系统的末端，直接与用户相连接，是电力系统向用户 供应电能和分配电能的重要环节，具有特殊的运行方式，一旦配电系统或设 备发生故障能够或进行检修、试验，往往会同时造成对用户供电的中断，直 到故障排除或修复，系统和设备恢复到原来的完好状态再继续供电。因此， 6 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 仕计九h c 电系现j 罪任叼，卜仪妥芍虑设备利器羽嗣1 ：3 j 罪任，曲且必殒考屣 系统排除故障的方式和恢复供电的能力。 针对城区配电网的实际运行情况，本文采用了以下适用于衡量该配电网 可靠性的指标2 4 1 。 供电服务指标： ( 1 ) 供电可靠率= ( 1 一旦亥蔷器) 1 。 ( 2 ) 用户平均停电时间= 旦旦篙掣 ( 3 ) 用户平均停电频率= 夏存罨龛蒹淼 ( 4 ) 系统平均停电时间= 旦旦堡苇雾铲 ( 5 ) 系统平均停电频率= 旦气器 故障停电指标： 。，y 每次故障停电用户数 1 ) 用户平均故障停电次数= 尘l 兰崔享毫高 二二 c z ，用户平均故障停电时间= 至型塑墅兰型篷桀舞薹譬燮 ( 3 ) 故障平均停电时间= 蔷裟 ( 4 ) 故障平均停电用户数= 至鎏墼美篙学 预安排停电指标： ( ，) 平均预安排停电次数= 票器 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) c ：，预安排平均停电用户数= 兰鼋善蔫筹 设备性能指标： c ，设备停运率= 设否害篡等鬟爱t o o c z ，设备停运持续时间= 至i 譬等言妻挈筹 2 2 2 配电系统可靠性预测指标的建立 关于配电系统可靠性预测评估指标的建立，除了必须考虑和应用上述统 计评价指标建立的因素外，还必须根据预测评估方法的不同而着重考虑系统 和设备的性能、系统的结构特点、传输能力、电量的充裕度以及气候环境等 对系统和用户产生的影响等因素。 上述有关建立配电系统可靠性指标的基本原则、考虑因素及方法，反映 了配电系统可靠性评价的基本要求和规律，是普遍适用的。由于在实际的研 究和应用中，各国和各个不同地区的配电系统及设备的结构、运行特性、管 理方式、用户需要等方面存在着差异，以及各自对可靠性评价的侧重点、作 用、性质和量度方式不同，配电系统可靠性指标不尽相同。 通常的，我国评价配电网的可靠性常用以下指标【2 5 】： l 、平均断电频率指标s a i f i - 笔警= 脊 2 、平均断电持续时间s a i d i 用户断电持续时间总和u ，n ， 用户总数 n s 平均断电持续怵m - = 笔鬻= 涨 1 8 四川大学硕士毕业论文( 2 0 0 5 ) 4 、平均供电可用率指标a s a i 5 、平均用电无效度指标a s u i 用户用电小时数e n