CN105893757A - 一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电压暂降综合影响度的评估方法，首先计算基于层次分析法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度，然后计算基于权值函数法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度，最后根据基于层次分析法的电压暂降综合影响度和基于权值函数法的电压暂降综合影响度计算基于熵权法的电压暂降综合影响度；本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法中所使用的数据均为已知数据，与传统的试验法相比，大大降低了评估的成本，并且基于熵权法的电压暂降综合影响度克服了现有电压暂降严重程度指标仅适用于已知敏感设备曲线的局限性，对于电压暂降治理与经济损失的评估都具有重要的意义。

Description

一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法

技术领域

本发明涉及电能质量分析技术领域，尤其涉及一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法。

背景技术

电力扰动可能引起工业用户的设备停止运转、运转不平稳或出错、效率下降或寿命缩短等问题，进而影响甚至完全中断生产过程或服务活动，从而造成严重的经济损失，在发达国家，电压暂降已超越谐波、过电压等电力扰动成为困扰用户最为突出的电力扰动问题，因此提出合理的电压暂降评估指标，进行电压暂降严重程度的准确评估无疑是非常重要的；现有技术中对电压暂降的评估方法主要分为试验法和模型估计法，试验法原理简单，结果可信，但试验成本较高；模型估计法中较为典型的有敏感设备电压暂降故障水平评估模型、基于新型描述方法的电压暂降严重程度综合指标模型和最大混合熵评估模型等，这些模型在一定程度上解决了传统方法存在的过度评估与不精确问题，但模型估计法仅适用于特定模型的电压暂降评估,具有很强的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法，解决了试验法成本较高以及模型估计法的适用范围具有一定局限性的问题，为治理电压暂降和评估经济损失提供了新的依据。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法，包括以下步骤：

A：计算基于层次分析法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度；

B：计算基于权值函数法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度；

C：计算基于熵权法的电压暂降综合影响度。

所述的步骤A包括以下步骤：

A1：以IEC61000-2-8对持续时间和幅值的划分为基础，计算各持续时间区间的持续时间影响度和各幅值区间的幅值影响度；

首先，采用公式A_T＝(a_ij)8*8，构造比较矩阵A_T，其中

基于比较矩阵A_T＝(a_ij)8*8按公式

其中i,j＝1,2,…,8，

构造互反判断矩阵B_T＝(b_ij)_8×8，互反判断矩阵B_T＝(b_ij)_8×8的最大特征值为λT_max，最大特征值λT_max相应的特征向量为P_T＝[P_T1，P_T2，…P_T8]；其中，i表示第i个时间区间，j表示第j个时间区间，其中a_ij表示指标i相对于指标j的重要程度，[a_ij]表示a_ij四舍五入取整；互反判断矩阵B_T的阶数用n表示，通过公式

和

对互反判断矩阵B_T进行一致性检验；其中，CI是层次分析法中检验互反判断矩阵一致性的指标，RI为修正系数，CR为一致性比例值，当CR<0.1时，互反判断矩阵具有一致性；

若CR<0.1，则互反判断矩阵B_T为一致阵，因此采用公式

计算持续时间属于第i段的持续时间影响度TD₁(i)；

A2：按照表IEC61000-2-8中幅值区间的等级划分，采用公式

A_M＝(a_sl)8*8，

构造比较矩阵A_M，其中

基于比较矩阵A_M＝(a_sl)8*8按公式

其中s,l＝1,2,…,9，

构造互反判断矩阵B_M＝(b_sl)8*8，互反判断矩阵B_M＝(b_sl)8*8的最大特征值为λ_Mmax，最大特征值为λ_Mmax相应的特征向量为P_M＝[P_M1，P_M2，…P_M8],其中a_sl表 示指标s相对于指标l的重要程度，[a_sl]表示a_sl四舍五入取整；互反判断矩阵B_M的阶数用m表示，通过公式

和

对互反判断矩阵B_M进行一致性检验；若CR<0.1，则互反判断矩阵B_M为一致阵，因此用互反判断矩阵B_M的最大特征值对应的特征向量归一化后的值表示基于层次分析法的幅值影响度MD，

A3：假设持续时间与幅值相互独立，以基于层次分析法的持续时间影响度TD₁(i)为实部，基于层次分析法的幅值影响度MD为虚部，定义复数形式的基于层次分析法的电压暂降综合影响度D₁(i,j)：即

D₁(i,j)＝TD₁(i)+z*MD₁(j),其中i＝1,2,…,8,j＝1,2,…,9，

则D₁(i,j)即为持续时间属于第i段，幅值属于第j段的基于层次分析法的电压暂降综合影响度，z表示虚部；针对电压暂降事件，以电压暂降综合影响度的归一化模值表示电压暂降的严重程度，电压暂降综合影响度的归一化模值计算表达式为：

进入下一步。

所述的步骤B包括以下步骤：

B1：采用S型函数作为持续时间和幅值的权值函数，S型函数的表达式为：

其中K，a，b为控制参数，且函数取值范围为(0,K)，由于权值函数中影响度值的范围为(0,1)，故此处K＝1；

为避免表IEC61000-2-8中因各持续时间区间的长度不同而引起计算误差，对表IEC61000-2-8进行持续时间区间标准化；

B2：S型函数中，选取两个时间点，并规定两个时间点的影响度值,将两个时间点的影响度值带入S型函数中求解控制参数a和b,求出基于权值函数法的持续时间影响度TD₂；

S型函数中，选取两个的幅值点，并规定两个的幅值点的影响度值,将两个的幅值点的影响度值代入S型函数中求解控制参数a和b,求出基于权值函数法的幅值影响度MD₂；

因此表IEC61000-2-8中各持续时间影响度与幅值影响度的计算公式为：

TD₂(i)表示基于权值函数法的电压暂降持续时间属于第i段的影响度值，MD₂(j)表示基于权值函数法的电压暂降幅值属于第j段的影响度值，T _i 、表示第i个持续时间区间标准化后映射区间的上、下限值，U _j 、表示第j个幅值区间标准化后映射区间的上、下限值；

B3：因为持续时间与幅值相互独立，因此以持续时间影响度为实部，幅值影响度为虚部，定义复数形式的基于权值函数法的电压暂降综合影响度：

D₂(i,j)＝TD₂(i)+z*MD₂(j),i＝1,2,…,8,j＝1,2,…,9，

D₂(i,j)即为持续时间属于第i段，幅值属于第j段的基于权值函数法的电压暂降综合影响度，通常以电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|表示电压暂降的严重程度，电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|的计算表达式为：

所述的步骤C采用层次分析法与权值函数法相结合，得到基于熵权法的电压

暂降综合影响度|D₃(i,j)|的计算方法：

|D₃(i,j)|＝w₁|D₁(i,j)|+w₂|D₂(i,j)|,i＝1,2,…，8,j＝1,2,…，8，9,

其中w₁表示基于熵权法所得的层次分析法的电压暂降综合影响度指标权重， w₂表示基于熵权法所得的权值函数法的电压暂降综合影响度指标权重。

首先，本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法中所使用的数据均为已知数据，与传统的试验法相比，大大降低了评估的成本；其次，本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法给出了基于熵权法的电压暂降综合影响度的计算方法，定义了复数形式的基于熵权法的电压暂降影响度，并以其标准化模值量化影响程度大小，克服了现有电压暂降严重程度指标仅适用于特定模型的局限性，对于电压暂降治理与经济损失的评估具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法包括以下步骤：

步骤A：确定基于层次分析法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度，包括以下步骤：

A1：表1为IEC61000-2-8统计表格(国际标准表格)，以表1对持续时间和幅值的划分为基础，计算各持续时间区间的持续时间影响度和各幅值区间的幅值影响度；

表1

首先，采用公式

A_T＝(a_ij)8*8，

构造比较矩阵A_T，其中

基于比较矩阵A_T＝(a_ij)8*8按公式

其中i,j＝1,2,…,8，

构造互反判断矩阵B_T＝(b_ij)_8×8，互反判断矩阵B_T＝(b_ij)_8×8的最大特征值为λT_max，最大特征值λT_max相应的特征向量为P_T＝[P_T1，P_T2，…P_T8]；其中，i表示第i个时间区间，j表示第j个时间区间，其中a_ij表示指标i相对于指标j的重要程度，[a_ij]表示a_ij四舍五入取整；

互反判断矩阵B_T的阶数用n表示，通过公式

和

对互反判断矩阵B_T进行一致性检验；其中，式中CI是层次分析法中检验互反判断矩阵一致性的指标，因互反判断矩阵阶数n越大时，一致性越差，为消除阶数对一致性的影响，引进修正系数RI，并以一致性比例CR值作为互反判断矩阵是否具有一致性的检验标准，且当CR<0.1时，认为互反判断矩阵具有一致性(判断互反判断矩阵是否具有一致性属于现有成熟技术，这里不再赘述)；若CR<0.1，则互反判断矩阵B_T为一致阵，因此可以采用公式

计算持续时间属于第i段的持续时间影响度TD₁(i)，对于表1，基于层次分析法的持续时间影响度计算结果如表2所示；

表2

由表2可知，随着持续时间的增长，基于层次分析法的持续时间影响度TD₁(i) 的值也依次递增大，即电压暂降的影响越来越越严重，然后进入下一步；

A2：按照表1中幅值区间的等级划分，采用公式

A_M＝(a_sl)8*8，

构造比较矩阵A_M，其中

基于比较矩阵A_M＝(a_sl)8*8按公式

其中s,l＝1,2,…,9，

构造互反判断矩阵B_M＝(b_sl)8*8，互反判断矩阵B_M＝(b_sl)8*8的最大特征值为λ_Mmax，最大特征值为λ_Mmax相应的特征向量为P_M＝[P_M1，P_M2，…P_M8],其中a_sl表示指标s相对于指标l的重要程度，[a_sl]表示a_sl四舍五入取整；

互反判断矩阵B_M的阶数用m表示，通过公式

和

对互反判断矩阵B_M进行一致性检验：若CR<0.1，则互反判断矩阵B_M为一致阵，因此可以用互反判断矩阵B_M的最大特征值对应的特征向量归一化后的值表示基于层次分析法的幅值影响度MD₁(j)，计算结果如表3所示；

表3

由表3可知，幅值越大，幅值区间对应的幅值影响度值越小，然后进入下一步；

A3：假设持续时间与幅值相互独立，以基于层次分析法的持续时间影响度TD₁(i)为实部，基于层次分析法的幅值影响度MD₁(j)为虚部，定义复数形式的基 于层次分析法的电压暂降综合影响度D₁(i,j)：即

D₁(i,j)＝TD₁(i)+z*MD₁(j),其中i＝1,2,…,8,j＝1,2,…,9，

其中D₁(i,j)即为持续时间属于第i段，幅值属于第j段的基于层次分析法的电压暂降综合影响度，z表示虚部；

在行业规范中，针对电压暂降事件，通常以电压暂降综合影响度的归一化模值表示电压暂降的严重程度，模值越大表明电压暂降的影响越严重，电压暂降综合影响度的归一化模值|D₁(i,j)|的计算表达式为：

进入下一步；

B：确定基于权值函数法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度，包括以下步骤：

B1：目前本领域通常采用采用S型函数(逻辑斯缔曲线)作为持续时间和幅值的权值函数，S型函数表示为：

其中K，a，b为控制参数，显然函数取值范围为(0,K)，由于权值函数中影响度值的范围为(0,1)，故此处K＝1；

为避免表1中因各持续时间区间的长度不同而引起计算误差，所以对表1进行持续时间区间标准化，持续时间区间标准化属于本领域现有技术，这里不再赘述；表1进行持续时间区间标准化后的映射区间的结果如表4所示：

表4

B2：S型函数中，选取两个持续时间点，并规定其影响度值,将 其带入S型函数中求解控制参数a和b,求出基于权值函数法的持续时间影响度TD₂；

在本实施例中，令持续时间点0.02s对应的影响度值为0.05，持续时间1s对应的影响度值为0.9，根据表4所示，0.02s的标准化映射区间的映射值为0s，1s的标准化映射区间的映射值为0.5s，因此，关于持续时间影响度TD₂的权值函数过点(0,0.05)和(0.5,0.9)，将(0,0.05)和(0.5,0.9)带入S型函数中求解控制参数a和b，得基于权值函数法的持续时间影响度TD₂：

在本实施例中，令幅值0.1对应的影响度值为0.95，幅值0.8对应的影响度值为0.15，即关于幅值影响度的权值函数MD₂过点(0.1,0.95)和(0.8,0.15)，将(0.1,0.95)和(0.8,0.15)带入S型函数中求解控制参数a和b，得基于权值函数法的幅值影响度MD₂：

作出基于权值函数法的持续时间影响度TD₂与基于权值函数法的幅值影响度MD₂的曲线，曲线的变化特征为两端变化缓慢，中间变化较快，与行业已知结果相符，表明S型函数能够有效的反映基于权值函数法的持续时间影响度TD₂与基于权值函数法的幅值影响度MD₂；

所以表1中各持续时间影响度与幅值影响度的计算公式为：

其中TD₂(i)表示基于权值函数法的电压暂降持续时间属于第i段的影响度值，MD₂(j)表示基于权值函数法的电压暂降幅值属于第j段的影响度值，T _i 、表示第i个持续时间区间标准化后映射区间的上、下限值，U _j 、表示第j个幅值区 间标准化后映射区间的上、下限值；

利用上式，计算出表1中基于权值函数法的电压暂降持续时间影响度与幅值影响度分别如表5与表6所示：

表5

表6

B3：因为持续时间与幅值相互独立，因此以持续时间影响度为实部，幅值影响度为虚部，定义复数形式的基于权值函数法的电压暂降综合影响度：

D₂(i,j)＝TD₂(i)+z*MD₂(j),i＝1,2,…,8,j＝1,2,…,9，

其中D₂(i,j)即为持续时间属于第i段，幅值属于第j段的基于权值函数法的电压暂降综合影响度，在行业规范中，针对电压暂降事件，通常以电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|表示电压暂降的严重程度，电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|越大，表明电压暂降的影响越严重，电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|的计算表达式为：

C：确定基于熵权法的电压暂降综合影响度，包括以下步骤：

将上述的层次分析法与权值函数法相结合，得到基于熵权法的电压暂降综合影响度|D₃(i,j)|的计算方法：

|D₃(i,j)|＝w₁|D₁(i,j)|+w₂|D₂(i,j)|,i＝1,2,…,8,j＝1,2,…，8，9,

其中w₁表示基于熵权法所得的层次分析法的电压暂降综合影响度指标权重，w₂表示基于熵权法所得的权值函数法的电压暂降综合影响度指标权重；根据h个监测节点的基于层次分析法和权值函数法的电压暂降影响度指标D₁和D₂的计算结果，构造评价矩为：

式中d_ij表示第j个监测节点的第i个评价指标值(构造评价矩阵属于现有成熟技术，这里不再赘述)。

根据评价矩阵D，各指标信息熵H_i为：

因此各指标权重计算方式定义为：

将w₁和w₂的值代入|D₃(i,j)|的表达式，即可得到基于熵权法的电压暂降综合影响度|D₃(i,j)|。

本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法，主要有以下优点：

首先，本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法中所使用的数据均为已知数据，与传统的试验法相比，大大降低了评估的成本；其次，本发明所述的用于电压暂降严重程度的综合评估方法给出了基于熵权法的电压暂降综合影响度的计算方法，定义了复数形式的基于熵权法的电压暂降影响度，并以其标准化模值量化影响程度大小，克服了现有电压暂降严重程度指标仅适用于特定模型的局限性，对于电压暂降治理与经济损失的评估具有重要的意义。

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方式，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思的前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：计算基于层次分析法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度；

B：计算基于权值函数法的持续时间影响度、幅值影响度和电压暂降综合影响度；

C：计算基于熵权法的电压暂降综合影响度。

2.根据权利要求1所述的一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法，其特征在于，所述的步骤A包括以下步骤：

A1：以IEC61000-2-8对持续时间和幅值的划分为基础，计算各持续时间区间的持续时间影响度和各幅值区间的幅值影响度；

首先，采用公式A_T＝(a_ij)_8*8，构造比较矩阵A_T，其中

基于比较矩阵A_T＝(a_ij)_8*8按公式

其中i，j＝1，2，…，8，

构造互反判断矩阵B_T＝(b_ij)_8×8，互反判断矩阵B_T＝(b_ij)_8×8的最大特征值为λT_max，最大特征值λT_max相应的特征向量为P_T＝[P_T1，P_T2，…P_T8]；其中，i表示第i个时间区间，j表示第j个时间区间，其中a_ij表示指标i相对于指标j的重要程度，[a_ij]表示a_ij四舍五入取整；互反判断矩阵B_T的阶数用n表示，通过公式

和

对互反判断矩阵B_T进行一致性检验；其中，CI是层次分析法中检验互反判断矩阵一致性的指标，RI为修正系数，CR为一致性比例值，当CR<0.1时，互反判断矩阵具有一致性；

若CR<0.1，则互反判断矩阵B_T为一致阵，因此采用公式

${\mathrm{TD}}_1\left(i\right)=\frac{P_{Ti}}{\underset{i=1,2,...,8}{max\left\{P_{Ti}\right\}}},i=1,2,...,8,$

计算持续时间属于第i段的持续时间影响度TD₁(i)；

A2：按照表IEC61000-2-8中幅值区间的等级划分，采用公式

A_M＝(a_sl)_8*8，

构造比较矩阵A_M，其中

基于比较矩阵A_M＝(a_sl)_8*8按公式

其中s,l＝1,2,…,9，

构造互反判断矩阵B_M＝(b_sl)_8*8，互反判断矩阵B_M＝(b_sl)_8*8的最大特征值为λ_Mmax，最大特征值为λ_Mmax相应的特征向量为P_M＝[P_M1，P_M2，…P_M8],其中a_sl表示指标s相对于指标l的重要程度，[a_sl]表示a_sl四舍五入取整；互反判断矩阵B_M的阶数用m表示，通过公式

和

对互反判断矩阵B_M进行一致性检验；若CR<0.1，则互反判断矩阵B_M为一致阵，因此用互反判断矩阵B_M的最大特征值对应的特征向量归一化后的值表示基于层次分析法的幅值影响度MD，

A3：假设持续时间与幅值相互独立，以基于层次分析法的持续时间影响度TD₁(i)为实部，基于层次分析法的幅值影响度MD为虚部，定义复数形式的基于层次分析法的电压暂降综合影响度D₁(i,j)：即

D₁(i,j)＝TD₁(i)+z*MD₁(j),其中i＝1,2,…,8,j＝1,2,…,9，

则D₁(i,j)即为持续时间属于第i段，幅值属于第j段的基于层次分析法的电压暂降综合影响度，z表示虚部；针对电压暂降事件，以电压暂降综合影响度的归一化模值表示电压暂降的严重程度，电压暂降综合影响度的归一化模值计算表达式为：

$\left|D_1(i,j)\right|=\sqrt{\frac{{\mathrm{TD}}_1{\left(i\right)}^2+{\mathrm{MD}}_1{\left(j\right)}^2}{2}},i=1,2,...,8,j=1,2,...,9;$

进入下一步。

3.根据权利要求1所述的一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法，其特征在于，所述的步骤B包括以下步骤：

B1：采用S型函数作为持续时间和幅值的权值函数，S型函数的表达式为：

其中K，a，b为控制参数，且函数取值范围为(0,K)，由于权值函数中影响度值的范围为(0,1)，故此处K＝1；

为避免表IEC61000-2-8中因各持续时间区间的长度不同而引起计算误差，对表IEC61000-2-8进行持续时间区间标准化；

B2：S型函数中，选取两个时间点，并规定两个时间点的影响度值,将两个时间点的影响度值带入S型函数中求解控制参数a和b,求出基于权值函数法的持续时间影响度TD₂；

${\mathrm{TD}}_2=\frac{1}{1+e^{3-10*T}};$

s型函数中，选取两个的幅值点，并规定两个的幅值点的影响度值,将两个的幅值点的影响度值代入S型函数中求解控制参数a和b,求出基于权值函数法的幅值影响度MD₂；

${\mathrm{MD}}_2=\frac{1}{1+e^{-4+7*U}};$

因此表IEC61000-2-8中各持续时间影响度与幅值影响度的计算公式为：

${\mathrm{TD}}_2\left(i\right)=\frac{1}{1+e^{3-10*(\underset{\&OverBar;}{T_i}+\stackrel{\&OverBar;}{T_i})/2}},i=1,2,...,8,$

${\mathrm{MD}}_2\left(j\right)=\frac{1}{1+e^{-4+7*(\underset{\&OverBar;}{U_j}+\stackrel{\&OverBar;}{U_j})/2}},j=1,2,...,9,$

TD₂(i)表示基于权值函数法的电压暂降持续时间属于第i段的影响度值，MD₂(j)表示基于权值函数法的电压暂降幅值属于第j段的影响度值，T _i 、表示第i个持续时间区间标准化后映射区间的上、下限值，U _j 、表示第j个幅值区间标准化后映射区间的上、下限值；

B3：因为持续时间与幅值相互独立，因此以持续时间影响度为实部，幅值影响度为虚部，定义复数形式的基于权值函数法的电压暂降综合影响度：

D₂(i,j)＝TD₂(i)+z*MD₂(j),i＝1,2,…,8,j＝1,2,…,9，

D₂(i,j)即为持续时间属于第i段，幅值属于第j段的基于权值函数法的电压暂降综合影响度，通常以电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|表示电压暂降的严重程度，电压暂降综合影响度的归一化模值|D₂(i,j)|的计算表达式为：

$\left|D_2(i,j)\right|=\sqrt{\frac{{\mathrm{TD}}_2{\left(i\right)}^2+{\mathrm{MD}}_2{\left(j\right)}^2}{2}},i=1,2,...,8,j=1,2,...,9.$

4.根据权利要求1所述的一种用于电压暂降严重程度的综合评估方法，其特征在于，所述的步骤C采用层次分析法与权值函数法相结合，得到基于熵权法的电压暂降综合影响度|D₃(i,j)|的计算方法：

|D₃(i,j)|＝w₁|D₁(i,j)|+w₂|D₂(i,j)|,i＝1,2,…，8,j＝1,2,…，8，9,

其中w₁表示基于熵权法所得的层次分析法的电压暂降综合影响度指标权重，w₂表示基于熵权法所得的权值函数法的电压暂降综合影响度指标权重。