CN103489035A - 基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能质量综合评估方法，以便能直接对区域内电能质量的总体状况给出一个更加直观的评价，使得电力供应更加安全和经济。本发明采用序关系分析法和熵权法确定电能质量综合评价指标的综合权重，再应用灰色关联分析理论计算实际测量值与国家标准等级的标准限值的关联系数，最后将指标权重系数与关联系数进行加权乘法，以此计算电能质量的关联度。通过电能质量关联度大小判断电能质量等级。

Description

基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法

技术领域

本发明涉及一种电网电能质量综合评价，属于电力系统自动化技术领域，尤其是涉及一种基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法。

背景技术

在我国电路工业蓬勃发展，电路负荷急剧增长的同时，非线性和冲击性负荷也在不断地增长，这些负荷对供电系统电能质量造成了严重的污染，使电能质量下降；另一方面，现代高度自动化和智能化工业用电设备对供电质量提出了更高的要求，世界各国对电能质量制定了一系列标准。一般而言，电路系统在运行过程中电能质量的各项质量接近系统标准值，就可以认为电能是达到标准要求的。但是当电能质量的多个指标共同作用在一个系统中时，其不同的组合结构对电力系统运行的不利影响和对电气设备性能的降低，甚至损坏都是十分复杂的问题，加之不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同，因此必须给出一种综合的评价方法，为全面考核电能质量提供参考。

通过总结传统的电能质量综合评价方法，认为传统的电能质量综合评价方法主要通过两种方式进行综合评价，其一是通过概率统计方法，如专利《电能质量综合评估系统》(专利号：200910045003.6)，其二是通过模糊分析理论，如专利《基于层次分析法和模糊算法的电网电能质量综合评价方法》(专利号为：200810020219.2)、《电能质量综合评判方法》(专利号：201110120160.6)。相关理论研究表明，概率统计方法和模糊分析理论要求给出的数据必须满足大样本、有规律等特性，而电能质量综合评价指标值不具备这两个要求。因此，传统的电能质量综合评价方法容易产生误判，影响电能质量综合评价的准确性。

电能质量综合评价指标权重是电能综合质量进行综合评价的关键，大部分专利仅仅应用层次分析法确定电能质量综合评价指标的权重，而层次分析法只能确定电能质量综合评价指标的主观权重。由于专家的知识水平、能力、经验等不同，使得主观赋权法无法再同一基准上进行，影响了评价指标权重确定的准确性。同时，层次分析法最大的不足之处在于需要对判断矩阵进行一致性检验，影响了电能质量综合评价的实效性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法。

本发明所采用的技术方案是：基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，其步骤如下：

步骤1：建立电网电能质量综合评价指标体系。

步骤2：应用序关系分析法确定电网电能质量综合评价指标的主观权重；采集所述的各项指标值，并应用熵权法确定电网电能质量综合评价指标的客观权重。将这两种权重以相乘的方式计算电网电能质量综合评价指标的综合权重。

步骤3：根据国家电网质量综合评价指标的限值(见GB/T 12325-2008，GB/T15945-2008，GB/T 15543-2008，GB/T 12326-2008，GB/T 14549-1993)，将电网电能质量划分为5个等级，包括质量优、质量良、质量中、质量合格和质量差。

步骤4：通过采集的单项指标的数值与其所在国家标准等级的标准限值，分别构成电网电能综合评价指标值序列和国家标准等级标准限值序列；再应用灰色关联分析计算电网电能评估指标值序列相对于国家标准等级标准限值序列的灰色关联系数。

步骤5：结合步骤2得到的电网电能综合评价指标的综合权重和步骤4确定的电网电能的灰色关联系数，计算电网电能的灰色加权关联度，以此为基础，判断电网电能属于哪种等级。

本发明的有益效果是：根据电网电能质量管理实践，利用监测数据，结合相关理论研究，基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，经过在实践的电能质量管理中的应用，表明该方法设计合理、实用性强，为电能质量评价提供了很好的方法。研究了电网电能质量评价指标体系，分析、研究电网电能质量评价指标权重的确定方法，为电网的规划提供理论参考。

附图说明

图1是电网电能综合评价结构图；

图2是电能质量综合评价指标体系。

具体实施方式

在本实施例中，本发明主要是针对电能质量按照国家标准等级提供的一种评价方法。如图1所述，该评价方法主要包括6个步骤：1)确定电网电能质量评价指标体系(1-1)；2)确定电网电能质量评价指标的主观权重(1-2)；3)确定电网电能质量评价指标的客观权重(1-3)；4)确定电网电能质量评价指标的综合权重(1-4)；5)划分电网电能评价指标的等级(1-5)；6)根据各项评价指标值和电网电能评价指标的等级，应用灰色加权关联分析算法确定电网电能的等级(1-6)。具体流程如下：

1)根据国家7项电能质量标准并结合我国电能质量现状，确定电网电能质量综合评价指标体系，包括：电压偏差、电压波动、电压闪变、电压总谐波畸变率、三相电压不平衡度、电压暂降、频率偏差和供电可靠性，见图2。其中，电压波动、电压闪变、三相电压总谐波畸变率和三相不平衡度以95％概率值作为数据采集依据，对电压偏差和频率偏差则以最大值作为数据选取的依据。

2)应用序关系分析法确定电网电能质量综合评价指标的主观权重。具体算法如下：

步骤2.1根据电网电能评价指标的重要性按由大到小的顺序进行排列，即为：频率偏差＞电压总谐波畸变率＞供电可靠性＞电压闪变＞波动＞电压偏差＞电压暂降＞三相不平衡度，不妨记为u₁＞u₂＞u₃＞u₄＞u₅＞u₆＞u₇＞u₈。

步骤2.2根据表1确定各项评价指标之间的相对重要程度r_j，j＝2，3，…，8，并应用公式1计算各项指标的主观权重v_j。

$v_8=\frac{1}{1+\underset{j=2}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{r}_k},v_{j-1}=v_j{r}_j,j=\mathrm{8,7},...,\mathrm{3,2}---\left(1\right)$

表1指标权重比例形成准则

重要程度rj	定义
		1.0	指标uj-1与指标uj同样重要
1.2	指标uj-1与指标uj稍微重要
		1.4	指标uj-1与指标uj明显重要
1.6	指标uj-1与指标uj强烈重要
		1.8	指标uj-1与指标uj极端重要

3)应用熵权法确定电网电能质量综合评价指标的客观权重。假设有m条母线需要进行评测，则通过这m条母线的实测数据确定电网电能质量综合评价指标权重的具体算法如下：

步骤3.1：假设第i，i＝1，2，…，m条母线关于电能质量评价指标u_jj＝1，2，…，8的数据为y_ij，则构造决策矩阵Y＝(y_ij)_m×8。

步骤3.2：对决策矩阵Y做归一化处理，得到归一化矩阵为：

$p_{\mathrm{ij}}=\frac{y_{\mathrm{ij}}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}}(1\≤i\≤m,1\≤j\≤8)$

步骤3.3：应用公式2计算指标u_j的熵值E_j。

$E_j=-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{ij}}\ln p_{\mathrm{ij}}---\left(2\right)$

步骤3.4：应用公式3计算评价指标u_j的客观权重λ_j。

${\mathrm{\λ}}_j=(-\frac{1}{\ln m}{E}_j)/\underset{j=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}(-\frac{1}{\ln m}{E}_j)---\left(3\right)$

4)综合电网电能质量综合评价指标的主观权重和客观权重，根据公式4计算电网电能质量综合评价指标的综合权重w_j，j＝1，2，…，8。

$w_j=\frac{v_j{\mathrm{\λ}}_j}{\underset{j=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\left(v_j{\mathrm{\λ}}_j\right)}---\left(4\right)$

5)根据电能质量7项国家标准，将电能质量综合评价指标划分为5个等级：优、良、中、合格、差，并给出各项指标的分级标准。其中，表2给出了10Kv电网的评价指标的分级标准。

表2 10KV电网电能质量各指标分级标准

6)应用灰色加权关联分析算法确定电能质量的等级。

步骤6.1：将待评价变电站的电能质量评价指标值构成参考序列x₀，分别将相对应的优级、良级、中级、合格、差级的电能质量评价指标值构成比较序列x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，即：

x₁＝(1，0.5，0.2，1，0.5，0，0.05，0.05，0.95)，

x₂＝(3，1，0.4，2，1，0.2，0.1，0.85)，

x₃＝(5，1.5，0.5，3，1.5，0.4，0.15，0.8)，

x₄＝(7，2，1，4，2，0.7，0.2，0.7)，

x₅＝(10，4，1.2，5，4，0.9，0.5，0.5).

步骤6.2：应用公式5计算参考序列x₀与比较序列x_i，i＝1，2，3，4，5之间的灰色关联系数r_ij。

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{i}{\min }\underset{j}{\min }\left(\right|x_o\left(j\right)-x_i\left(j\right)\left|\right)+\mathrm{\ξ}\underset{i}{\max }\underset{j}{\max }\left(\right|x_o\left(j\right)-x_i\left(j\right)\left|\right)}{\left(\right|x_o\left(j\right)-x_i\left(j\right)\left|\right)+\mathrm{\ξ}\underset{i}{\max }\underset{j}{\max }\left(\right|x_o\left(j\right)-x_i\left(j\right)\left|\right)},i=\mathrm{1,2},...,5,j=\mathrm{1,2},...,8---\left(5\right)$

步骤6.3：应用公式6计算参考序列x₀与比较序列x_i，i＝1，2，3，4，5之间的灰色加权关联度r_i。

电网电能质量判断的标准：灰色关联度r_i，i＝1，2，3，4，5越大，表示该段电网电能的质量越接近第i等级的标准，即该段电网电能的质量属于第k^*个等级，其中

Claims (5)

1.基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，其具体步骤如下：

1)建立电网电能质量综合评价指标体系；

2)应用序关系分析法确定电网电能质量综合评价指标的主观权重系数；

3)应用熵权法确定电网电能质量综合评价指标的客观权重系数；

4)应用乘项函数计算电网电能质量综合评价指标的综合权重系数；

5)根据国家7项电能质量标准，对电网电能质量综合评价指标划分为5个等级，包括质量优、质量良、质量中等、质量合格和质量差，并给出相关的划分标准。

6)应用灰色关联分析理论计算电网电能的评价指标值关于这5个等级的划分标准的灰色关联系数，并结合步骤4)给出的电网电能质量综合评价指标综合权重系数，计算电网电能的灰色加权关联度。关联度最大的序号即为电网电能质量的等级。

2.根据权利要求1所述的基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，其特征在于建立了电网电能质量综合评价指标体系。该指标体系是基于相关标准和我国电能状况，能对电网进行综合、实用化的完整体系。

3.根据权利要求1所述的基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，其特征在于根据电网电能质量综合评价指标(除供电可靠性指标外)的限值，将电网电能质量划分为5个等级，包括质量优、质量良、质量中、质量合格和质量差。

4.根据权利要求1所述的基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，其特征在于分别应用序关系分析法和熵权法确定电网电能质量评价指标的主观权重和客观权重，并得到电网电能质量评价指标的综合权重。

5.根据权利要求1所述的基于灰色加权关联分析算法的电网电能质量综合评价方法，其特征在于应用灰色关联分析理论对电网电能质量进行综合评价。

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