一種低壓配電網的電能質量綜合評估方法及系統與流程

2023-06-11 17:42:03

1.本發明涉及電能質量的評估方法，尤其涉及一種低壓配電網的電能質量綜合評估方法。


背景技術：

2.近年來，電力電子技術的快速發展，使得大量具有非線性、不平衡特性和衝擊性的負荷逐漸增多，也使得電能質量問題日益嚴重。電能質量是電源、電網、負荷以及治理裝置等共同作用下的產物。當前配電網中的電能質量問題，有相當一部分是由於在電網規劃設計時對電能質量因素的考慮不夠充分造成的。電能質量評估作為了解配電網電能質量狀況的有效手段，受到了國內外學者的高度關注。目前，國內外許多學者對電能質量評估進行了許多有效的研究，並且提出了許多可行的評估方法。但由於電能質量評估的複雜性，目前還沒有公認的、統一的評估方法。
3.本發明採用改進得灰色聚類與組合賦權相結合的方法對電能質量進行綜合評估，通過引入指數型白化權函數得到各指標屬於各評估等級的白化權函數，對聚類對象進行改進的灰色聚類，以組合賦權的方式計算各電評估指標的綜合權重，計算出聚類結果進而得出電能質量的評估等級。


技術實現要素：

4.為了解決上述技術問題，本發明提出了一種低壓配電網的電能質量綜合評估方法。
5.本發明的技術方案為
6.一種低壓配電網的電能質量綜合評估方法，其特徵在於不僅能給出各評估樣本所屬的等級，而且能夠反映各樣本對不同等級的隸屬程度，可以區分同一等級樣本的電能質量優劣，包括以下步驟：
7.步驟1：根據電能質量劃分原則，對電能質量評估等級進行劃分；確定電能質量評估指標，將影響電能質量的因素具體分為頻率偏差、電壓偏差、電壓波動、電壓閃變、三相不平衡、5次諧波電流、5次諧波電壓共七個電能質量影響指標；根據劃分的評估等級和評估指標構建待評估的樣本矩陣，並進行歸一化處理；
8.步驟2：引入基於指數型白化權函數模型，構建指數型白化權函數，根據評估對象的特點，利用步驟1劃分的電能質量評估等級和步驟2所構建的指數型白化權函數，建立與各評估等級的白化權係數計算公式，從而得到各指標隸屬於各評估等級的白化權係數；
9.步驟3：分別計算各電能質量評估指標的主觀權重u和客觀權重v，再計算綜合權重z作為每個評估指標的最終權重；
10.步驟4：計算白化權函數和綜合權重的乘積，得出綜合聚類係數ρ，通過綜合聚類係數的大小，確定各樣本的電能質量等級；
11.步驟1中，首先確定劃分評估等級的個數與評估等級的轉折點。按照建立灰色聚類
模型要求，劃分9個評估等級。將位於國標合格範圍內單項電能質量指標平均分為5個等級，定義為1～5級；將位於國標限值範圍之外的不合格電能質量單項指標分為4個等級，並且跨度為合格時的2倍，定義為6～9級。從1～9級，電能質量情況逐級下降；用c
mk
表示等級k的轉折點；
12.電能質量綜合評估需考慮各種電能質量指標的影響，根據電能質量國家標準，本發明選取七項電能質量指標作為評估指標，包括頻率偏差指標、電壓偏差指標、電壓波動指標、閃變指標、三相不平衡指標、5次諧波電流指標、5次諧波電壓指標，分別用x1～x7表示；
13.所述樣本矩陣定義為：
[0014][0015]
其中，i表示樣本個數；j＝7，表示選取的7個評估指標；x
mn
為第m(m＝1,2,
…
,i)個樣本的第n(n＝1,2,
…
,j)個指標值(歸一化後)；
[0016]
步驟2中，本發明引入指數型白化權函數，可有效解決零白化權函數值的問題，保證每一個隸屬度都為正，消除零白化權函數值對評估結果的影響；
[0017]
步驟2所述指數型白化權函數為：
[0018]
下限白化權函數為：
[0019][0020]
適中白化權函數為：
[0021][0022]
上限白化權函數為：
[0023][0024]
式中,x
mn
為第m個樣本的第n個指標；yk(x
mn
)為樣本m在指標n下屬於等級k的白化權函數；等級1和等級9的白化權函數分別取下限白化權函數和上限白化權函數，等級k(k＝2,3,
…
,8)的白化權函數可取適中白化權函數；c
ik
為步驟1中劃分的樣本屬於等級k時指標i的最大值；
[0025]
步驟3中，聚類權是衡量不同指標對各個評估等級重要性的量度，聚類權越大，該評估指標的重要性越大；反之則越小。本發明通過分別計算各評估指標的主觀權重u和客觀權重v，得到綜合權重z作為各評估指標的權重；
[0026]
計算主觀權重值u。首先構建層次分析模型，層次分析模型分三層：目標層、準則層、方案層。目標層在最上層，準則層位於中間層，最底層是方案層。電能質量評估的層次分
析模型，可按照附圖1所示建立；
[0027]
構造對比判斷矩陣：根據層次機構圖可以構造對比判斷矩陣a，判斷矩陣表示對於上一層的元素，本層元素相互之間的重要性；
[0028]
所述對比判斷矩陣a為：
[0029][0030]
式中，a
ts
表示與指標y相比，指標s的重要程度；a
ts
可由1-9標度方法得出；
[0031]
計算單權重並做一致性檢驗：對每個判斷矩陣計算最大特徵值及其對應的特徵向量，利用一致性指標做一致性檢驗；
[0032]
所述對比判斷矩陣的一致性指標為：
[0033][0034]
式中，λ
max
為對比判斷矩陣a的最大特徵值；j為所選取的電能質量評估指標個數，本發明中j＝6；
[0035]
計算對比判斷矩陣的一致性比例為：
[0036][0037]
式中，ri為平均隨機一致性指標，可根據對比判斷矩陣的一致性指標α查表得出。若β＜0.1，則檢驗通過，此時λ
max
對應的特徵向量(歸一化後)即為主觀權重向量u＝(u1,u2,
…
,ui)
t
；若不通過，需要重新構造成對比判斷矩陣；
[0038]
計算客觀權重值v。對於樣本矩陣x，各指標的支持度x
mn
的大小可以決定該指標在綜合評價中所起作用的大小。結合下式，可以求得表示某個單項指標n相對重要性的熵值，即：
[0039][0040]
由於熵值越大，求出的客觀權重值就會越小，兩者成反比，所以為了方便理解及計算方便，客觀權重值定義為：
[0041][0042]
即可得到客觀權重向量v＝(v1,v2,
…
,vi)
t
；
[0043]
最後計算綜合權重有：
[0044][0045]
且滿足
[0046]
步驟4中，計算綜合聚類係數為：
[0047][0048]
式中，yk(x
mn
)為步驟2中樣本i在指標j下屬於評估等級k的白化權函數；zn表示步驟3中所計算的指標n的綜合權重；表示第m個樣本關於評價等級k的綜合聚類係數；
[0049]
通過最終計算的樣本的綜合聚類係數對其進行電能質量等級評估，如果第m個對象相對於第k個等級的綜合聚類係數最大，則稱第m個對象的電能質量等級為k。
[0050]
一種低壓配電網的電能質量綜合評估系統，包括
[0051]
第一模塊：根據電能質量劃分原則，對電能質量評估等級進行劃分；確定電能質量評估指標，將影響電能質量的因素具體分為頻率偏差、電壓偏差、電壓波動、電壓閃變、三相不平衡、5次諧波電流、5次諧波電壓共七個電能質量影響指標；根據劃分的評估等級和評估指標構建待評估的樣本矩陣，並進行歸一化處理；
[0052]
第二模塊：引入基於指數型白化權函數模型，構建指數型白化權函數，根據評估對象的特點，利用步驟1劃分的電能質量評估等級和步驟2所構建的指數型白化權函數，建立與各評估等級的白化權係數計算公式，從而得到各指標隸屬於各評估等級的白化權係數；
[0053]
第三模塊：分別計算各電能質量評估指標的主觀權重u和客觀權重v，再計算綜合權重z作為每個評估指標的最終權重；
[0054]
第四模塊：計算白化權函數和綜合權重的乘積，得出綜合聚類係數ρ，通過綜合聚類係數的大小，確定各樣本的電能質量等級。
[0055]
本發明能夠反映樣本對不同電能質量等級的隸屬程度，可以區分同一等級樣本的電能質量優劣，為電能質量綜合評估提供了一種新思路。
附圖說明
[0056]
圖1：為電能質量綜合評估指標；
[0057]
圖2：為電能質量綜合評估方法流程圖；
具體實施方式：
[0058]
以下結合附圖及實施例對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明範圍，在閱讀本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本技術所附權利要求所限定的範圍。
[0059]
下面結合圖1至圖2描述本發明的具體實施方式為一種低壓配電網的電能質量綜合評估方法，具體如下：
[0060]
步驟1：根據電能質量劃分原則，劃分電能質量評估等級；確定電能質量評估指標體系；對待評估得樣本數據進行預處理；
[0061]
步驟1中，首先確定劃分評估等級的個數與評估等級的轉折點。按照建立灰色聚類模型要求，劃分9個評估等級。將位於國標合格範圍內單項電能質量指標平均分為5個等級，定義為1～5級；將位於國標限值範圍之外的不合格電能質量單項指標分為4個等級，並且跨度為合格時的2倍，定義為6～9級。從1～9級，電能質量情況逐級下降；
[0062]
用c
m1
和c
ms
表示等級1和等級s的轉折點，用c
mk
表示中間等級k的轉折點。轉折點的值可以根據聚類評價指標矩陣的最大、最小或中間值確定，也可以採用類比法確定，或根據實際情況或經驗來確定；
[0063]
電能質量綜合評估需考慮各種電能質量指標的影響，根據電能質量國家標準，本發明選取六項電能質量指標作為評估指標，包括頻率偏差指標、電壓偏差指標、電壓波動指標、閃變指標、三相不平衡指標、5次諧波電流指標、5次諧波電壓指標，分別用x1～x7表示
[0064]
所述樣本矩陣定義為：
[0065][0066]
其中，i表示樣本個數；j＝9，表示選取的9個評估指標；x
mn
為第m(m＝1,2,
…
,i)個樣本的第n(n＝1,2,
…
,j)個指標(歸一化後)；
[0067]
步驟2：計算各評估指標的白化權函數值；
[0068]
步驟2中，本發明引入指數型白化權函數，可有效解決零白化權函數值的問題，保證每一個隸屬度都為正，消除零白化權函數值對評估結果的影響；
[0069]
步驟2所述指數型白化權函數為：
[0070]
下限白化權函數為：
[0071][0072]
適中白化權函數為：
[0073][0074]
上限白化權函數為：
[0075][0076]
式中,x
mm
為第m個樣本的第n個指標；yk(x
mn
)為樣本m在指標n下屬於等級k的白化權函數；等級1和等級9的白化權函數分別取下限白化權函數和上限白化權函數，等級k(k＝2,3,
…
,8)的白化權函數可取適中白化權函數；c
ik
為步驟1中劃分的樣本屬於等級k時指標i的最大值；
[0077]
步驟3：分別計算主觀權重u和客觀權重v，得到綜合權重z；
[0078]
步驟3中，聚類權是衡量不同指標對各個評估等級重要性的量度，聚類權越大，該評估指標的重要性越大；反之則越小。本發明通過分別計算各評估指標的主觀權重u和客觀權重v，得到綜合權重z作為各評估指標的權重；
[0079]
計算主觀權重值u。首先構建層次分析模型，層次分析模型分三層：目標層、準則
層、方案層。目標層在最上層，準則層位於中間層，最底層是方案層。電能質量評估的層次分析模型，可按照附圖1所示建立；
[0080]
構造對比判斷矩陣：根據層次機構圖可以構造對比判斷矩陣a，判斷矩陣表示對於上一層的元素，本層元素相互之間的重要性；
[0081]
所述對比判斷矩陣a為：
[0082][0083]
式中，a
ts
表示與指標y相比，指標s的重要程度；a
ts
可由1-9標度方法得出；
[0084]
計算單權重並做一致性檢驗：對每個判斷矩陣計算最大特徵值及其對應的特徵向量，利用一致性指標做一致性檢驗；
[0085]
所述對比判斷矩陣的一致性指標為：
[0086][0087]
式中，λ
max
為對比判斷矩陣a的最大特徵值；j為所選取的電能質量評估指標個數，本發明中j＝6；
[0088]
計算對比判斷矩陣的一致性比例為：
[0089][0090]
式中，ri為平均隨機一致性指標，可根據對比判斷矩陣的一致性指標α查表得出。若β＜0.1，則檢驗通過，此時λ
max
對應的特徵向量(歸一化後)即為主觀權重向量u＝(u1,u2,
…
,ui)
t
；若不通過，需要重新構造成對比判斷矩陣；
[0091]
計算客觀權重值v。對於樣本矩陣x，各指標的支持度x
mn
的大小可以決定該指標在綜合評價中所起作用的大小。結合下式，可以求得表示某個單項指標n相對重要性的熵值，即：
[0092][0093]
由於熵值越大，求出的客觀權重值就會越小，兩者成反比，所以為了方便理解及計算方便，客觀權重值定義為：
[0094][0095]
即可得到客觀權重向量v＝(v1,v2,
…
,vi)
t
；
[0096]
最後計算綜合權重有：
[0097][0098]
且滿足
[0099]
步驟4：計算白化權函數和綜合權重的乘積，得出綜合聚類係數ρ，通過綜合聚類系
數的大小，確定各樣本的電能質量等級；
[0100]
步驟4中，計算綜合聚類係數為：
[0101][0102]
式中，yk(x
mn
)為步驟2中樣本i在指標j下屬於評估等級k的白化權函數；zn表示步驟3中所計算的指標n的綜合權重；表示第m個樣本關於評價等級k的綜合聚類係數；
[0103]
通過最終計算的樣本的綜合聚類係數對其進行電能質量等級評估，如果第m個對象相對於第k個等級的綜合聚類係數最大，則稱第m個對象的電能質量等級為k。本發明的電能質量評估的整體流程如附圖2所示；
[0104]
下面採用某地區某個帶有牽引負荷的變電站為例進一步說明本發明的操作過程，對該變電站2臺主變的110kv側進行電能質量測試，測得數據如表1所示。其中，x1為電壓允許偏差，x2、x3分別為電壓波動與閃變，x4為諧波電壓總畸變率，x5為三相電壓允許不平衡度，x6為5次諧波電流含量，x7為5次諧波電壓含量，且數值均為百分數。
[0105]
表1電能質量監測數據
[0106][0107]
由圖2所示評估流程及以上步驟2～步驟4可以得到各樣本電能質量隸屬於各等級的綜合聚類係數，通過比較綜合聚類係數可以實現對樣本電能質量等級的劃分，如表2所示。
[0108]
表2各樣本電能質量評估等級
[0109][0110]
本發明的一種低壓配電網的電能質量綜合評估方法，計算各樣本對不同電能質量等級的隸屬程度，可以區分同一等級樣本的電能質量優劣，具有一定理論價值和現實意義。
[0111]
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。