CN106203842A - 基于层次分析法和熵权法的电动汽车充电机评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于层次分析法和熵权法的电动汽车充电机评估方法，包括：从充电机一般性能、安全性能和输出性能三方面共选取15个密切相关的评估试验项；考虑电动汽车充电机运行性能将对配电网、动力电池以及其自身可靠性产生影响，将实际运维数据，采用层次分析法赋予充电机一般性能、安全性能和输出性能的状态指标不同权重值；进行熵权法修正计算。本发明可实现计及多影响因子的充电机运行状态全面评估。

Description

基于层次分析法和熵权法的电动汽车充电机评估方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电机检测技术领域，具体涉及一种充电机运行状态评估方法。

背景技术

伴随电动汽车的大规模应用，充电机作为电动汽车核心充电设备，其安全可靠运行直接关系到电动汽车的推广应用。电动汽车充电机现场运维检测需求急剧增加，完善的充换电设施运维体系亟需配套的状态评估技术，以保障其运行的安全性，切实提高系统可靠性。

目前，电动汽车市场尚不完善，各国标准及产品型号缺乏统一，这使得充电机运行状态评估的复杂性与难度增加。充电机运行性能评估研究偏向对分布式系统及配电网承载能力影响评估，缺乏全面运维性能评估研究，针对充电机运行状态评估技术亟待研发。

发明内容

本发明的目的是考虑充电机对电网、动力电池及其自身运行性能等三方面的影响，提供一种充电机现场运行状态评估方法。本发明可实现充电机整体性能及故障显示，便于后期运维工作的开展，有利于充电机运维系统的完善，切实保障充电机运行的效益及可靠性。

为了实现所属目的，本发明采取如下技术方案。

一种基于层次分析法和熵权法的电动汽车充电机评估方法，包括下列步骤：

步骤一：从充电机一般性能、安全性能和输出性能三方面共选取15个密切相关的评估试验项，将充电机运行状态记为Y，一般性能记为A，包括一般外观性能A1和IP防护等级A2；安全性能记为B，包括软启动性能B1、输入过压保护性能B2、输入欠压保护性能B3、效率和功率因数B4、输入谐波电流B5和输出短路保护性能B6；输出性能记为C，包括限压功能C1、限流功能C2、输出电压误差C3、输出电流误差C4、稳流精度C5、稳压精度C6和纹波系数C7；

步骤二：考虑电动汽车充电机运行性能将对配电网、动力电池以及其自身可靠性产生影响，将实际运维数据，采用层次分析法赋予充电机一般性能、安全性能和输出性能的状态指标不同权重值，方法如下：

(1)构建递阶层次结构，Y为目标层，A、B、C为目的层，A1～C7为指标层；

(2)构造比较判断矩阵，根据指标层各指标之间的关系确定判断矩阵X：

式中，n为试验项总数，x_ij为指标i，1≤i≤n，和指标j，1≤j≤n，相对于目标Y的重要程度，取值范围为1～9，数值越大表示相对重要程度越高，评估过程中，以对配电网、电池以及其自身可靠性影响为衡量指标，并结合充电机实际运维数据及相关领域专家意见予以赋值，最终确定判断矩阵；

(3)计算权重矩阵：采用几何平均法对判断矩阵X进行归一化计算，得出各试验项的权重矩阵A，n为试验项总数：

A＝(a₁ a₂... a_i... a_n)^T (2)

式中，a_i为试验项i，1≤i≤n，的归一化权重，取值范围为0～1；

(4)判断矩阵的一致性检验：计算判断矩阵的最大特征根、随机一致性指标、随机一致性比率，并验证是否满足要求，如不满足则调整判断矩阵中元素，直至满足要求，保证指标权重的合理性；

步骤三：进行熵权法修正计算，步骤如下：

(1)将判断矩阵X各行归一化计算，得到其标准化判断矩阵

(2)将标准化判断矩阵按照式(3)～(5)进行熵权法分析，计算出各试验项熵权矩阵B：

$y_i=1+k\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\stackrel{\‾}{x_{ij}}ln\stackrel{\‾}{x_{ij}},k={\left(\ln n\right)}^{-1}---\left(3\right)$

式中，y_i为各试验项信息熵，为的元素；

$b_i=\frac{y_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}_i}---\left(4\right)$

B＝(b₁... b_i... b_n)^T (5)

(3)综合权重计算：通过熵权矩阵B对权重矩阵A的指标权重进行修正，得出各试验项的综合权重值q_i。

本发明的基于层次分析法和熵权法的电动汽车充电机运行状态评估方法，可针对充电机运行状态对配电网损耗、节点电压及配电变压器寿命，动力电池的使用寿命及其自身可靠性等多方面产生影响，实现计及多影响因子的充电机运行状态全面评估。可以保障电网、电池、充电机等多方面的安全可靠性运行，降低充电机运行带来的影响，完善充电机运维体系，保障电动汽车大规模推广。

附图说明

图1充电机运行状态评估指标体系

图2充电机运行状态评估流程图

具体实施方式

根据检测标准及充电机性能影响分析，从充电机一般性能、安全性能和输出性能三方面共选取15个密切相关的评估指标，如表1所示。

将充电机运行状态记为Y，一般性能记为A，安全性能记为B，输出性能记为C。充电机运行状态评估体系如图1所示。

表1充电机运行状态评估指标对应符号

符号	指标	符号	指标
				A1	一般外观性能	C1	限压功能
A2	IP防护等级	C2	限流功能
				B1	软启动性能	C3	输出电压误差
B2	输入过压保护性能	C4	输出电流误差
				B3	输入欠压保护性能	C5	稳流精度
B4	效率和功率因数	C6	稳压精度
				B5	输入谐波电流	C7	纹波系数
B6	输出短路保护性能

电动汽车充电机运行性能将对配电网、动力电池以及其自身可靠性产生影响。评估过程中，将基于对以上三方面影响的实际运维数据，采用层次分析法和熵权法综合权重分析法，赋予充电机安全性能、输出性能等的状态指标不同权重值，为综合性能评估奠定基础。层次分析法是一种主观赋权的多目标决策方法，而熵权法属于客观权重分析法，其利用各指标的熵值所提供的信息量的大小来决定指标权重，两者结合使各指标权重更具说服力。以下是具体评估方法。

采用层次分析法确定权重的步骤如下：

(1)构建递阶层次结构。首先需要将问题层次化。根据系统可靠性指标、影响因素和子系统可靠性之间的关系，构建多层次分析指标体系，如图1所示。其中，Y为目标层，A、B、C为目的层，A1～C7为指标层。

(2)构造比较判断矩阵。根据指标层各指标之间的关系确定判断矩阵X。

式中，n为试验项总数，x_ij为指标i(1≤i≤n)和指标j(1≤j≤n)相对于目标Y的重要程度，取值范围为1～9，数值越大表示相对重要程度越高。评估过程中，将以对配电网、电池以及其自身可靠性影响为衡量指标，并结合充电机实际运维数据及相关领域专家意见予以赋值，最终确定判断矩阵。

(3)计算权重矩阵。采用几何平均法对判断矩阵X进行归一化计算，得出各项试验项的权重矩阵A。i为试验项总数。

A＝(a₁ a₂... a_i... a_n)^T (2)

式中，a_i为试验项i(1≤i≤n)的归一化权重，取值范围为0～1。

(4)判断矩阵的一致性检验。计算判断矩阵的最大特征根、随机一致性指标、随机一致性比率，并验证是否满足要求，如不满足则调整判断矩阵中元素，直至满足要求，保证试验项权重的合理性。

熵权法修正计算步骤如下：

(1)将判断矩阵各行归一化计算，其标准化矩阵为

(2)熵权矩阵计算。将标准化判断矩阵按照式(3)～(5)进行熵权法分析，计算出各测试项熵权矩阵B。

$y_i=1+k\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\stackrel{\‾}{x_{ij}}ln\stackrel{\‾}{x_{ij}},k={\left(\ln n\right)}^{-1}---\left(3\right)$

式中，y_i为各试验项信息熵，为的元素。。

$b_i=\frac{y_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}_i}---\left(4\right)$

B＝(b₁... b_i... b_n)^T (5)

(3)综合权重计算。通过熵权矩阵B对权重矩阵A的指标权重进行修正，得出各项试验的综合权重值q_i。

$q_i=\frac{a_i{b}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i{b}_i}---\left(6\right)$

Q＝(q₁... q_i... q_n)^T (7)

充电机状态评估过程中，基于多影响因素下的层次分析法和熵权法修正分析，得出综合权重矩阵Q，对被测充电机整体及各试验项运行状态进行量化评估。将为充换电设施提供全面可靠的运维保障，进一步推进电动汽车的普及应用。

图2为充电机运行状态评估流程图。评估步骤概括如下：

(1)初始化充电机输入输出等状态评估所需参数。

(2)基于已投运充电机检测平台运维数据，并以充电机负荷对配电网的影响程度、充电机输出性能对电池的影响程度以及充电机运行状态三者为综合影响因素，采用层次分析法构造权重矩阵，熵权法进行修正，得出各项试验的综合权重矩阵Q。

$Q=\left[\begin{array}{ccccccccccccccc}\frac{1}{42}& \frac{1}{42}& \frac{7}{182}& \frac{7}{182}& \frac{7}{182}& \frac{21}{182}& \frac{8}{273}& \frac{7}{182}& \frac{7}{182}& \frac{7}{182}& \frac{21}{182}& \frac{21}{182}& \frac{21}{182}& \frac{21}{182}& \frac{21}{182}\end{array}\right]$

(3)对充电机进行测试，采集分析各项试验数据，并将所得综合权重值赋予相应评估试验项，进行运行状态评估。

(4)最终，根据被测充电机评估结果，将其运行状态分为优、良、故障三种等级进行显示，并进行后续检修维护。

Claims (1)

1.一种基于层次分析法和熵权法的电动汽车充电机评估方法，包括下列步骤：

步骤一：从充电机一般性能、安全性能和输出性能三方面共选取15个密切相关的评估试验项，将充电机运行状态记为Y，一般性能记为A，包括一般外观性能A1和IP防护等级A2；安全性能记为B，包括软启动性能B1、输入过压保护性能B2、输入欠压保护性能B3、效率和功率因数B4、输入谐波电流B5和输出短路保护性能B6；输出性能记为C，包括限压功能C1、限流功能C2、输出电压误差C3、输出电流误差C4、稳流精度C5、稳压精度C6和纹波系数C7；

步骤二：考虑电动汽车充电机运行性能将对配电网、动力电池以及其自身可靠性产生影响，将实际运维数据，采用层次分析法赋予充电机一般性能、安全性能和输出性能的状态指标不同权重值，方法如下：

(1)构建递阶层次结构，Y为目标层，A、B、C为目的层，A1～C7为指标层；

(2)构造比较判断矩阵，根据指标层各指标之间的关系确定判断矩阵X：

式中，n为试验项总数，x_ij为指标i，1≤i≤n，和指标j，1≤j≤n，相对于目标Y的重要程度，取值范围为1～9，数值越大表示相对重要程度越高，评估过程中，以对配电网、电池以及其自身可靠性影响为衡量指标，并结合充电机实际运维数据及相关领域专家意见予以赋值，最终确定判断矩阵；

(3)计算权重矩阵：采用几何平均法对判断矩阵X进行归一化计算，得出各试验项的权重矩阵A，n为试验项总数：

A＝(a₁ a₂... a_i... a_n)^T (2)

式中，a_i为试验项i，1≤i≤n，的归一化权重，取值范围为0～1；

(4)判断矩阵的一致性检验：计算判断矩阵的最大特征根、随机一致性指标、随机一致性比率，并验证是否满足要求，如不满足则调整判断矩阵中元素，直至满足要求，保证指标权重的合理性；

步骤三：进行熵权法修正计算，步骤如下：

(1)将判断矩阵X各行归一化计算，得到其标准化判断矩阵

(2)将标准化判断矩阵按照式(3)～(5)进行熵权法分析，计算出各试验项熵权矩阵B：

$y_i=1+k\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\stackrel{\‾}{x_{ij}}ln\stackrel{\‾}{x_{ij}},k={\left(\ln n\right)}^{-1}---\left(3\right)$

式中，y_i为各试验项信息熵，为的元素；

$b_i=\frac{y_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}_i}---\left(4\right)$

B＝(b₁... b_i... b_n)^T (5)

(3)综合权重计算：通过熵权矩阵B对权重矩阵A的指标权重进行修正，得出各试验项的综合权重值q_i。