CN103942725A - 一种电能质量预警指标筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能质量预警指标筛选方法，包括：S1根据实际情况建立原始的电能质量指标体系；S2采用层次分析法对原始的电能质量指标体系的指标进行筛选，得到电能质量预警指标体系；S3利用电能质量预警指标体系对电能质量进行综合评估，得到最终评价结果；S4将电能质量的综合评估水平分成多个等级，根据最终评价结果得到电能质量的综合评估水平等级并且确定相应的预警级别。本发明能够对原始的电能质量指标进行科学的筛选，同时还能够实现电能质量水平的量化，直观的评估了电能质量的好坏程度，为分级预警提供依据。

Description

一种电能质量预警指标筛选方法

技术领域

本发明涉及电能质量分析领域，具体涉及一种电能质量预警指标筛选方法。

背景技术

近年来，电能质量问题越来越受到重视。一方面，电气化铁路的快速发展、大规模分布式电源的并网接入、新型电力电子设备的广泛应用引发的电能质量问题越来越严重;另一方面，大量基于计算机和微处理器装置的应用,使得一些行业对电能质量表现出“敏感”的特征,电能质量的任何扰动都有可能给这些行业造成巨大的损失。

目前，一些机构对电能质量预警进行了研究，但是他们更多的是集中在解决电能质量数据的采集方法或装置上，对于依据采集的数据归纳出哪些指标对电能质量预警起重要作用的问题或不涉及或语嫣不全。还有一些如公开号CN102170124A的专利通过监测单项指标是否超标来发出预警信号，但电能质量指标多而且复杂，所需要的监测装置很多，而且一些不重要指标超标也会发出预警信号，这明显的增加了预警的负担。

世界各国针对电能质量制定了一系列标准，我国共制定了7项电能质量国家标准。这些标准规定了各项电能质量指标的限值范围，但是电能质量是一个多指标的综合体，单纯判断某项指标是否合格，并不能反映电能质量的整体情况；如果用过多的指标对电能质量进行综合评估会造成大量的冗余信息，增加了分析与计算的难度，而且目前预警限制的范围比较僵化，一般是按国标来制定的，实际应用中可能会导致过度频繁的预警，造成不必要的影响；如果随机挑选几个指标会使信息量不足而影响分析，从而使一些重要的预警漏掉，影响公众对发出的电能质量预警信号的信任。

发明内容

为了克服现有方法的不足，本发明提供一种电能质量预警指标筛选方法。

本发明可以为用户“量身订做”的电能质量预警指标筛选方法，适用于供电部门和各类型的用户。针对不同用户的特点选出相对权重较大的电能质量预警指标对电能质量进行综合评估，不同等级的电能质量其对应的预警级别不同，发出的预警信号也不同，这样有助于技术人员及时发现电能质量中已存在或潜在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种电能质量预警指标筛选方法，包括如下步骤：

S1 根据实际情况建立原始的电能质量指标体系；

S2 采用层次分析法对原始的电能质量指标体系的指标进行筛选，得到电能质量预警指标体系；

S3 利用电能质量预警指标体系对电能质量进行综合评估，得到最终评价结果；

S4 将电能质量的综合评估水平分成多个等级，根据最终评价结果得到电能质量的综合评估水平等级并且确定相应的预警级别。

所述S2采用层次分析法对原始的电能质量指标体系的指标进行筛选，具体步骤为：

S2.1 对原始的电能质量指标体系中同层次指标的重要性进行两两比较，建立比较矩阵A_n=(a_i,j)_n×n，其中a_i,j表示同层次中第i个指标相对第j个指标的重要程度，a_i,j>0且a_j,i=1/a_i,j，i,j=1,2,3…n，n表示比较矩阵A_n的阶数；

S2.2根据|A_n-λE|=0，其中E是n×n阶单位矩阵，求出比较矩阵的最大特征值λ_max；

S2.3 对比较矩阵进行一致性检验，根据一致性指标是否大于0.1来检验，其中其中n表示判断矩阵A_n的阶数；

S2.4 一致性指标CR小于或等于0.1则认为比较矩阵满足一致性，此时利用公式A_nW=λ_maxW求出原始的电能质量指标体系中指标的相对权向量W=(w₁,w₂...w_n)；

一致性指标CR大于0.1，则认为比较矩阵不满足一致性，此时利用线性规划条件求出原始的电能质量指标体系中各指标权重的最大值及其最小值；所述线性规划条件为：

目标函数为：max(or min w_i)

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{A}}_n=A_n-{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }E\\ {\stackrel{\&OverBar;}{A}}_{n}W<0\\ W={(w_1,w_2,...w_n)}^T\&GreaterEqual;0\\ w_1+w_2+...+w_n=1\end{array}\right.;$

S2.5 选取指标取舍权数ξ，当比较矩阵满足一致性时，如果w_i≤ξ，则对应的原始电能质量指标被剔除；

当比较矩阵不满足一致性时，如果指标的权重上限时，剔除该指标，而当时，无论L_max和什么关系，该原始的电能质量指标都剔除，保留相对权重较大的指标构成电能质量预警指标体系。

所述S3利用电能质量预警指标体系对电能质量进行综合评估，具体步骤为：

S3.1 确定有5种评价构成电能质量预警指标的评判级Q={Q₁,Q₂...Q₅}，其通常取为优质、良好、合格、较差、很差；

S3.2 利用每月电能质量预警指标95%的概率值统计出各电能质量预警指标属于各级的概率并且生成相应的概率矩阵P=(p_i,j)_m×s，m表示电能质量预警指标体系中指标的项数，s=1,2..5表示电能质量预警指标分为5个等级，p_i,j表示电能质量预警指标体系中第i项指标属于第j个级别的概率；

S3.3 求出各电能质量预警指标的主观权重z_i和客观权重v_i，i=1,2...m从而得到主客观综合权重a_i，m个电能质量预警指标的综合权重构成矩阵A=(a₁,a₂...a_m)；

S3.4 综合权重矩阵A=(a₁,a₂...a_m)与概率矩阵P相乘得到电能质量属于每个等级的隶属度矩阵B=(B₁,B₂...B₅)=A*P；

S3.5 对B应用加权平均法求取最终评价结果B'，所述

所述电能质量指标体系包括电压指标集、谐波电压指标集、谐波电流指标集组成。

所述S3.3中采用层次分析法和熵权法分别求出预警指标的主观权重和客观权重。

本发明的有益效果是：

（1）所述的基于层次分析法的指标筛选是定性与定量相结合的综合方法，对目标结构复杂且缺乏必要的数据情况下较为实用，并且通过对弱权重指标的剔除,避免了弱权重指标过多而导致评估结果失真的问题；

（2）基于主客观权重相结合的电能质量综合评估的方法克服了单一赋权法的缺点，而且单项指标分级处理是利用现场测试的数据直接统计分析，原理简单，便于操作，易于推广；

（3）电能质量等级划分可以根据需要自定义限制，克服了限制范围僵硬的缺点。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为采用层次分析法对原始的电能质量指标进行筛选的流程图。

图3为利用电能质量预警指标体系对电能质量综合评估的流程的图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种电能质量预警指标筛选方法，包括如下步骤：

S1根据实际情况建立原始的电能质量指标体系，其主要包括经常超标的指标或相关部门关心的指标。根据某地区相关部门关心的电能质量稳态指标建立的原始电的能质量指标体系，其有电压指标集、谐波电压指标集、谐波电流指标集组成。

所述电压指标集包括长时闪变、短时闪变、电压偏差及三相不平衡参数。

所述电压谐波指标包括电压总畸变率、3次谐波电压含有率及5次谐波电压含有率。

所述电流谐波指标集包括电流总畸变率、3次谐波电流含有率及5次谐波电流含有率。

S2采用层次分析法对原始的电能质量指标体系进行筛选。如图2所示，该方法需要根据比较矩阵确定指标的相对权重，当某个指标的权重足够小时，指标的相对权重有可能会被比较矩阵的误差所掩没，而将此类弱指标权重包含到层次分析法中并不会为决策者带来实质的贡献，反而增大判断过程中的误差和工作量，所以此类弱权重指标应该剔除，指标筛选的流程图如图1所示，其具体包括如下步骤：

S2.1依据同层次中原始的电能质量指标的相对重要程度确定来建立比较矩阵A_n=(a_i,j)_n×n，其中a_i,j表示同层次中第i个指标相对第j个指标的重要程度，a_i,j>0且a_j,i=1/a_i,j，i,j=1,2...n，n表示的是矩阵A_n的阶数，电压指标集中按重要性排序为：长时闪变＞短时闪变＞电压偏差＞三相不平衡，其具体的赋值可以参考表1。

表1 a_i,j赋值参考表

S2.2 根据|A_n-λE|=0，其中E是n×n阶单位矩阵，求出比较矩阵的最大特征值λ_max；

S2.3 对比较矩阵进行一致性检验，根据一致性指标是否大于0.1来检验，进而利用公式求出同层次中各原始的电能质量权重。其中其中n表示比较矩阵A_n的阶数，RI值由下表2可以查出。

表2 一致性指标RI的取值

CR≤0.1表示比较矩阵满足一致性，根据利用公式A_nW=λ_maxW求出同层次各原始的电能质量预警指标的相对权重向量W=(w₁,w₂...w_n)，

CR>0.1表示比较矩阵不满足一致性有以下线性规划问题求出各原始的电能质量指标权重的最大值和最小值，其对应相对权重是一个区间。

目标函数为：max(orminwi)

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{A}}_n=A_n-{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }E\\ {\stackrel{\&OverBar;}{A}}_{n}W<0\\ W={(w_1,w_2,...w_n)}^T\&GreaterEqual;0\\ w_1+w_2+...+w_n=1\end{array}\right.$

S2.4 在筛选指标时要合理的确定舍取权数ξ，ξ越大保留的相对权重较大的指标就会越多，ξ的值是需要依据每层中包含指标的数目来选择，考虑到图1中电压指标集所包含的指标较少，ξ可以取值为0.01。

在比较矩阵满足一致性时，如果有w_i≤ξ，则对应的原始的电能质量指标被删除。

在比较矩阵不满足一致性时，，当指标的权重上限时，剔除该原始的电能质量指标，而当时，无论L_max和什么关系，该原始的电能质量指标都被剔除。

利用上述的方法同样可以筛选出电压指标集、谐波电压指标集和谐波电流指标集中指标，将所有保留下来的指标构成电能质量预警指标体系。

S3 利用电能质量预警指标体系对电能质量进行综合评估，其流程图如图3所示，具体包含如下步骤：

S3.1 确定有5种评价构成电能质量预警指标的评判级别Q={Q₁,Q₂...Q₅}，其通常取为优质、良好、合格、较差、很差；

S3.2 电能质量预警指标属于各个等级的概率是由每月的电能质量预警指标95%的概率值统计出来的并且生成相应的概率矩P=(p_i,j)_m×5，m表示电能质量预警指标体系中指标的项数，表示电能质量预警指标分为5个等级，pi,j即表示电能质量预警指标体系中第i项指标属于第j个级别的概率；

S3.3 采用层次分析法和熵权法分别求出各个电能质量预警指标的主观权重zi和客观权重v_i，进而得到其主客观综合权重a_i，其中i=1,2...m，。

S3.4 综合权重矩阵A=(a₁,a₂....a_m)与概率矩阵P相乘得到电能质量属于每个等级的隶属度矩阵B=(B₁,B₂...B₅)；

S3.5 对B应用加权平均法求取电能质量最终评估结果其大小直观的反映电能质量好坏程度。

为了方便研究将电能质量的综合评估水平分成五个等级，分别为优质、良好、合格、较差、很差五个等级，具体的等级划分标准可以依据国家标准或者是根据需要自定义限制。由于电能质量有五个等级，不同的等级电能质量的状况是不同的。为了有针对性的预警，本发明采用分级预警，预警等级是依据电能质量的等级确定的，电能质量预警从轻微到严重分为四个等级，分别发出一级蓝色预警信号、二级黄色预警信号、三级橙色预警信号、四级红色预警信号。如下表3是依据自定义需求限制来划分电能质量等级，从而确定相应的预警级别，发出不同的预警信号。

表3 预警等级的划分

根据不同预警级别的信号，相关部门就能够有针对性的实施防范和提出化解措施，做到对电能质量问题早发现、早解决，从而将由电能质量问题引发电力事故的可能性降到最低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电能质量预警指标筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1根据实际情况建立原始的电能质量指标体系；

S2采用层次分析法对原始的电能质量指标体系的指标进行筛选，得到电能质量预警指标体系；

S3利用电能质量预警指标体系对电能质量进行综合评估，得到最终评价结果；

S4将电能质量的综合评估水平分成多个等级，根据最终评价结果得到电能质量的综合评估水平等级并且确定相应的预警级别。

2.根据权利要求1所述的一种电能质量预警指标筛选方法，其特征在于，所述S2采用层次分析法对原始的电能质量指标体系的指标进行筛选，具体步骤为：

S2.1 对原始的电能质量指标体系中同层次指标的重要性进行两两比较，建立比较矩阵A_n=(a_i,j)_n×n，其中a_i,j表示同层次中第i个指标相对第j个指标的重要程度，a_i,j>0且a_j,i=1/a_i,j，i,j=1,2,3…n，n表示比较矩阵A_n的阶数；

S2.2根据|A_n-λE|=0，其中E是n×n阶单位矩阵，求出比较矩阵的最大特征值λ_max；

S2.3 对比较矩阵进行一致性检验，根据一致性指标是否大于0.1来检验，其中n表示判断矩阵A_n的阶数；

S2.4 一致性指标CR小于或等于0.1则认为比较矩阵满足一致性，此时利用公式A_nW=λ_maxW，求出原始的电能质量指标体系中指标的相对权向量W=(w₁,w₂...w_n)；

一致性指标CR大于0.1，则认为比较矩阵不满足一致性，此时利用线性规划条件求出原始的电能质量指标体系中各指标权重的最大值及其最小值；所述线性规划条件为：

目标函数为：max(or min w_i)

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{A}}_n=A_n-{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }E\\ {\stackrel{\&OverBar;}{A}}_{n}W<0\\ W={(w_1,w_2,...w_n)}^T\&GreaterEqual;0\\ w_1+w_2+...+w_n=1\end{array}\right.;$

S2.5 选取指标取舍权数ξ，当比较矩阵满足一致性时，如果w_i≤ξ，则对应的原始电能质量指标被剔除；

当比较矩阵不满足一致性时，如果指标的权重上限时，剔除该指标，而当时，无论L_max和什么关系，该原始的电能质量指标都剔除，保留相对权重较大的指标构成电能质量预警指标体系。

3.根据权利要求1所述的一种电能质量预警指标筛选方法，其特征在于，所述S3利用电能质量预警指标体系对电能质量进行综合评估，具体步骤为：

S3.1 确定有5种评价构成电能质量预警指标的评判级Q={Q₁,Q₂...Q₅}；

S3.2 利用每月电能质量预警指标95%的概率值统计出各电能质量预警指标属于各级的概率并且生成相应的概率矩阵P=(p_i,j)_m×s，m表示电能质量预警指标体系中指标的项数，s=1,2..5表示电能质量预警指标分为5个等级，p_i,j表示电能质量预警指标体系中第i项指标属于第j个级别的概率；

S3.3求出各电能质量预警指标的主观权重zi和客观权重v_i，i=1,2...m从而得到主客观综合权重a_i，m个电能质量预警指标的综合权重构成矩阵A=(a₁,a₂...a_m)；

S3.4综合权重矩阵A=(a₁,a₂...a_m)与概率矩阵P相乘得到电能质量属于每个等级的隶属度矩阵B=(B₁,B₂...B₅)=A*P；

S3.5对B应用加权平均法求取最终评价结果B'，所述

4.根据权利要求1所述的一种电能质量预警指标筛选方法，其特征在于所述电能质量指标体系包括电压指标集、谐波电压指标集、谐波电流指标集组成。

5.根据权利要求3所述的一种电能质量预警指标筛选方法，其特征在于，所述S3.3中采用层次分析法和熵权法分别求出预警指标的主观权重和客观权重。