CN106097144A - 一种基于层次分析法的谐波综合评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于层次分析法的谐波综合评估方法，包括获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且计算出各监测点的谐波评估结果；基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到区域电网的综合评估结果。实施本发明，不局限于单个监测点谐波指标评估，能够系统全面的综合评估整个区域谐波，实现区域电网谐波污染情况直观量化。

Description

一种基于层次分析法的谐波综合评估方法及系统

技术领域

本发明涉及电能质量监测与评估技术领域，尤其涉及一种基于层次分析法的谐波综合评估方法及系统。

背景技术

区域电能质量综合评估是电能质量专业的重要业务需求，但由于电能质量监测网涉及的监测点众多，覆盖380V～500kV等多个电压等级，很难实现区域性电能质量数据统计与分析，因此在设计电能质量数据分析和评估时，需将电能质量作为一个综合体考虑，而单纯的评判某项指标是否合格，并不能反映电能质量的整体情况。

鉴于谐波在电网中普遍存在，对电网正常稳定运行带来较大的安全隐患，因此应被重点关注，但是目前大部分研究还停留在通过国标限值去评估单个监测点的谐波指标是否合格，缺少系统全面的综合评估方法，无法快速的综合评价区域谐波污染情况。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于层次分析法的谐波综合评估方法及系统，不局限于单个监测点谐波指标评估，能够系统全面的综合评估整个区域谐波，实现区域电网谐波污染情况直观量化。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于层次分析法的谐波综合评估方法，所述方法包括：

a、获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并根据所述获取到的各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且进一步计算出各监测点的谐波评估结果；其中，所述预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

b、基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；

c、获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据所述各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到所述区域电网的综合评估结果。

其中，所述方法进一步包括：

在所述预设的谐波指标等级表中，根据所述区域电网的综合评估结果，确定所述区域电网的谐波等级及其对应的谐波情况。

其中，所述步骤a具体包括：

获取所述区域电网中各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据及其对应电力线路的电压等级，并进一步将所述各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据求平均值，得到各监测点三相谐波数据的均值；

根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，在所述预设的谐波指标等级表中，确定各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值，以及各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，并将所述确定的各监测点谐波等级上限分别作为各监测点的谐波等级；

根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，以及各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值和各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，计算出各监测点的谐波评估结果。

其中，所述各监测点的谐波评估结果通过公式来实现；其中，

E_S为当前监测点的谐波评估结果；e_MV为当前监测点的谐波等级上限；e_LV为当前监测点的谐波等级上限；V_MV为当前监测点谐波等级上限的指标阈值；V_LV为当前监测点谐波等级下限的指标阈值；V_origin为当前监测点三相谐波数据的均值。

其中，所述步骤c具体包括：

获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据；

将所述获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据累加之和作为分母，并将所述各监测点的谐波等级与其获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据分别相乘之后累加作为分子，分别得到的商作为各评估指标项各自对应的分级评价值；

将所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值分别相乘之后累加，得到的和作为所述区域电网的综合评估结果。

其中，所述多个评估指标项包括监测点短路容量、监测点供电设备容量和监测点主观重要性。

本发明实施例还提供了一种基于层次分析法的谐波综合评估系统，所述系统包括：

单个监测点谐波评估单元，用于获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并根据所述获取到的各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且进一步计算出各监测点的谐波评估结果；其中，所述预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

权重分配单元，用于基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；

区域电网谐波评估单元，用于获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据所述各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到所述区域电网的综合评估结果。

其中，所述系统还包括：

区域电网谐波匹配单元，用于在所述预设的谐波指标等级表中，根据所述区域电网的综合评估结果，确定所述区域电网的谐波等级及其对应的谐波情况。

其中，所述单个监测点谐波评估单元包括：

谐波数据处理模块，用于获取所述区域电网中各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据及其对应电力线路的电压等级，并进一步将所述各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据求平均值，得到各监测点三相谐波数据的均值；

谐波等级查询模块，用于根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，在所述预设的谐波指标等级表中，确定各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值，以及各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，并将所述确定的各监测点谐波等级上限分别作为各监测点的谐波等级；

单个监测点谐波评估模块，用于根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，以及各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值和各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，计算出各监测点的谐波评估结果。

其中，所述区域电网谐波评估单元包括：

评估指标项数据获取模块，用于获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据；

评估指标项分级评价值计算模块，用于将所述获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据累加之和作为分母，并将所述各监测点的谐波等级与其获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据分别相乘之后累加作为分子，分别得到的商作为各评估指标项各自对应的分级评价值；

区域电网谐波评估模块，用于将所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值分别相乘之后累加，得到的和作为所述区域电网的综合评估结果。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，考虑到多种运行参数的影响，定义谐波评估分级标准，并结合层次分析法、权重的概念，实现了谐波评估结果的归一化处理，通过计算单个监测点谐波评估结果进而得到区域谐波综合评估结果，评估结果科学合理，有效的解决了目前电网谐波污染情况无法直观量化的问题，可以作为地区谐波分布特征评估以及治理的重要依据，便于调度和规划部门及时掌握区域谐波概况，并做出应对及治理措施，也有利于实现电能按质定价及供用电双方制定合同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的基于层次分析法的谐波综合评估方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的基于层次分析法的谐波综合评估系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种基于层次分析法的谐波综合评估方法，所述方法包括：

步骤S1、获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并根据所述获取到的各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且进一步计算出各监测点的谐波评估结果；其中，所述预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

具体过程为，获取区域电网中各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据及其对应电力线路的电压等级，并进一步将各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据求平均值，得到各监测点三相谐波数据的均值；

根据得到的各监测点三相谐波数据的均值，在预设的谐波指标等级表中，确定各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值，以及各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，并将确定的各监测点谐波等级上限分别作为各监测点的谐波等级；其中，预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

根据得到的各监测点三相谐波数据的均值，以及各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值和各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，计算出各监测点的谐波评估结果。

其中，各监测点的谐波评估结果通过公式(1)来实现，具体表述如下：

$E_s=e_{LV}+\frac{V_{origin}-V_{LV}}{V_{MV}-V_{LV}}*(e_{MV}-e_{LV})---\left(1\right);$

式(1)中，E_S为当前监测点的谐波评估结果；e_MV为当前监测点的谐波等级上限；e_LV为当前监测点的谐波等级上限；V_MV为当前监测点谐波等级上限的指标阈值；V_LV为当前监测点谐波等级下限的指标阈值；V_origin为当前监测点三相谐波数据的均值。

步骤S2、基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；

具体过程为，基于常用的层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)指标权重计算方法计算各监测点的评估指标项的权重，建立指标权重比例形成准则，重要程度分为：1/9，1/8，1/7，1/6，1/5，1/4，1/3，1/2，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共17个等级，具体如下表1。

表1：

指标权重可以依据公式(2)和(3)来实现：

$w_m={\[1+\underset{k=2}{\overset{m}{\Σ}}\underset{i=k}{\overset{m}{\Π}}{r}_i\]}^{-1}---\left(2\right);$

w_k-1＝r_k×w_k (3)；

式(2)和(3)中，k＝2，3，……，m；m表示指标数量，w_k为指标k的权重，r_i＝W_i-1/W_i表示指标i的重要程度。

在一个实施例中，评估指标项包括短路容量、供电设备容量、监测点主观重要性等三个指标，具体权重计算过程为常用过程，在此不在赘述。

步骤S3、获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据所述各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到所述区域电网的综合评估结果。

具体过程为，获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据；

将获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据累加之和作为分母，并将各监测点的谐波等级与其获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据分别相乘之后累加作为分子，分别得到的商作为各评估指标项各自对应的分级评价值；例如：

将计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值分别相乘之后累加，得到的和作为区域电网的综合评估结果。

其中，所述方法进一步包括：

在预设的谐波指标等级表中，根据区域电网的综合评估结果，确定区域电网的谐波等级及其对应的谐波情况。

在本发明实施例中，对基于层次分析法的谐波综合评估方法的应用场景做进一步说明：

第一步、预设谐波指标等级表，如下表2所示：

表2

第二步、对甲地区7个220kV线路监测点的电压总谐波畸变率指标进行监测，得到的测试结果如下表3所示：

表3

第三步、计算7个监测点的谐波等级评估结果，具体如下表4所示：

表4

例如：计算监测点A的评估结果，首先计算出三相平均值V_origin＝1.097，并在预设的谐波指标等级表2中，找到监测点A的谐波等级上限e_MV＝3，监测点A谐波等级上限的指标阈值V_MV＝1.2，监测点A的谐波等级下限e_LV＝2，监测点A谐波等级上限的指标阈值V_LV＝0.8；

而监测点A的谐波等级＝谐波等级上限e_MV＝3，并根据公式(1)计算出监测点A的谐波评估结果E_S＝2.7425(即2.75)；

以此类推，分别计算出监测点B至G的评估结果。

由上表2和表4可以看出：监测点A、E、F的谐波评估等级为3级，谐波情况为“优良”；监测点B、D、G的谐波评估等级为4级，谐波情况为“良好”；监测点C的谐波评估等级为7级，谐波情况为“中度污染”。

第四步、定义评估指标项只包括监测点短路容量、供电设备容量、监测点主观重要性，并基于AHP指标权重定义计算得到监测点短路容量、供电设备容量、监测点主观重要性等三个因素的权重。

根据专家意见，对三个考虑因素进行排序：监测点主观重要性>监测点供电设备容量>监测点短路容量，并依据表1形成三个指标重要程度的关系：r1＝1，r2＝4，r3＝3，最终根据公式(2)和(3)，计算得到各指标权重以及重要程度，如下表5所示：

表5

第五步、假设7个监测点的短路容量均为2000MVA，供电设备容量为10MW，且认为所有监测点重要程度均为1，根据公式(4)至(6)，可以计算出三个评价考虑因素的分级评价值均为4：

式(4)至(6)中，e_s1、e_s2、e_s3分别表示监测点的短路容量、供电设备容量、监测点主观重要性的分级评价值；

第七步、根据公式(7)，计算得到区域电网的谐波综合评估结果：

$E_A=\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{w}_i\×e_{si}---\left(7\right)$

即：E_A＝0.0625*4+0.1875*4+0.75*4＝4

由计算结果可知，甲地区的谐波综合评估等级为4级，并可在表2中查找到甲地区的谐波情况为良好。

如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种基于层次分析法的谐波综合评估系统，所述系统包括：

单个监测点谐波评估单元210，用于获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并根据所述获取到的各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且进一步计算出各监测点的谐波评估结果；其中，所述预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

权重分配单元220，用于基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；

区域电网谐波评估单元230，用于获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据所述各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到所述区域电网的综合评估结果。

其中，所述系统还包括：

区域电网谐波匹配单元240，用于在所述预设的谐波指标等级表中，根据所述区域电网的综合评估结果，确定所述区域电网的谐波等级及其对应的谐波情况。

其中，所述单个监测点谐波评估单元210包括：

谐波数据处理模块2101，用于获取所述区域电网中各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据及其对应电力线路的电压等级，并进一步将所述各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据求平均值，得到各监测点三相谐波数据的均值；

谐波等级查询模块2102，用于根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，在所述预设的谐波指标等级表中，确定各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值，以及各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，并将所述确定的各监测点谐波等级上限分别作为各监测点的谐波等级；

单个监测点谐波评估模块2103，用于根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，以及各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值和各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，计算出各监测点的谐波评估结果。

其中，所述区域电网谐波评估单元230包括：

评估指标项数据获取模块2301，用于获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据；

评估指标项分级评价值计算模块2302，用于将所述获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据累加之和作为分母，并将所述各监测点的谐波等级与其获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据分别相乘之后累加作为分子，分别得到的商作为各评估指标项各自对应的分级评价值；

区域电网谐波评估模块2303，用于将所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值分别相乘之后累加，得到的和作为所述区域电网的综合评估结果。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，考虑到多种运行参数的影响，定义谐波评估分级标准，并结合层次分析法、权重的概念，实现了谐波评估结果的归一化处理，通过计算单个监测点谐波评估结果进而得到区域谐波综合评估结果，评估结果科学合理，有效的解决了目前电网谐波污染情况无法直观量化的问题，可以作为地区谐波分布特征评估以及治理的重要依据，便于调度和规划部门及时掌握区域谐波概况，并做出应对及治理措施，也有利于实现电能按质定价及供用电双方制定合同。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于层次分析法的谐波综合评估方法，其特征在于，所述方法包括：

a、获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并根据所述获取到的各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且进一步计算出各监测点的谐波评估结果；其中，所述预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

b、基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；

c、获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据所述各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到所述区域电网的综合评估结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述预设的谐波指标等级表中，根据所述区域电网的综合评估结果，确定所述区域电网的谐波等级及其对应的谐波情况。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：

获取所述区域电网中各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据及其对应电力线路的电压等级，并进一步将所述各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据求平均值，得到各监测点三相谐波数据的均值；

根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，在所述预设的谐波指标等级表中，确定各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值，以及各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，并将所述确定的各监测点谐波等级上限分别作为各监测点的谐波等级；

根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，以及各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值和各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，计算出各监测点的谐波评估结果。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各监测点的谐波评估结果通过公式来实现；其中，

E_S为当前监测点的谐波评估结果；e_MV为当前监测点的谐波等级上限；e_LV为当前监测点的谐波等级上限；V_MV为当前监测点谐波等级上限的指标阈值；V_LV为当前监测点谐波等级下限的指标阈值；V_origin为当前监测点三相谐波数据的均值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：

获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据；

将所述获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据累加之和作为分母，并将所述各监测点的谐波等级与其获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据分别相乘之后累加作为分子，分别得到的商作为各评估指标项各自对应的分级评价值；

将所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值分别相乘之后累加，得到的和作为所述区域电网的综合评估结果。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个评估指标项包括监测点短路容量、监测点供电设备容量和监测点主观重要性。

7.一种基于层次分析法的谐波综合评估系统，其特征在于，所述系统包括：

单个监测点谐波评估单元，用于获取一区域电网中各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，并根据所述获取到的各监测点电力线路上的谐波数据及其对应的电压等级，在预设的谐波指标等级表中，得到各监测点的谐波等级，且进一步计算出各监测点的谐波评估结果；其中，所述预设的谐波指标等级表包括电力线路的多个电压等级以及每一电压等级分别对应的谐波等级和谐波情况；

权重分配单元，用于基于层次分析法，对预设的多个评估指标项分别计算出各自对应的权重；

区域电网谐波评估单元，用于获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据，并根据所述各监测点的谐波等级及其对应每一评估指标项的实际数据，计算出各评估指标项对应的分级评价值，且进一步根据所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值，得到所述区域电网的综合评估结果。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

区域电网谐波匹配单元，用于在所述预设的谐波指标等级表中，根据所述区域电网的综合评估结果，确定所述区域电网的谐波等级及其对应的谐波情况。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述单个监测点谐波评估单元包括：

谐波数据处理模块，用于获取所述区域电网中各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据及其对应电力线路的电压等级，并进一步将所述各监测点电力线路上A、B和C三相谐波数据求平均值，得到各监测点三相谐波数据的均值；

谐波等级查询模块，用于根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，在所述预设的谐波指标等级表中，确定各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值，以及各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，并将所述确定的各监测点谐波等级上限分别作为各监测点的谐波等级；

单个监测点谐波评估模块，用于根据所述得到的各监测点三相谐波数据的均值，以及各监测点谐波等级上限及其对应的指标阈值和各监测点谐波等级下限及其对应的指标阈值，计算出各监测点的谐波评估结果。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述区域电网谐波评估单元包括：

评估指标项数据获取模块，用于获取各监测点对应每一评估指标项的实际数据；

评估指标项分级评价值计算模块，用于将所述获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据累加之和作为分母，并将所述各监测点的谐波等级与其获取到的各监测点同一评估指标项的实际数据分别相乘之后累加作为分子，分别得到的商作为各评估指标项各自对应的分级评价值；

区域电网谐波评估模块，用于将所述计算出的各评估指标项的权重及其对应的分级评价值分别相乘之后累加，得到的和作为所述区域电网的综合评估结果。