CN109284902A

CN109284902A - 一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法

Info

Publication number: CN109284902A
Application number: CN201810975913.3A
Authority: CN
Inventors: 王宝华; 邹德龙; 吕珺平; 庞伟; 陈冲
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-01-29

Abstract

本发明提出一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，根据光伏实际情况得到电能指标的重要程度，形成判断矩阵和各个电能指标的等级划分；通过改进的层次分析法对判断矩阵进行分析，求出各个电能指标所占的权重系数；采集电能质量各项指标在各个等级的概率矩阵，利用改进的熵权法对概率矩阵进行求解，得到各个电能指标的熵权系数；对权重系数和熵权系数进行综合，得到综合的权重系数；根据综合权重系数和概率矩阵，确定最终的电能质量评估结果。本发明将层次分析法与熵权法结合起来，构成复合的权重系数，在保留主观意见的基础上将实际情况也通过熵权法引入了进来，使得评估结果更加符合客观实际，也更为准确。

Description

一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析领域，特别是涉及一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，具有储量大，分布广，无污染等诸多优点，因此得到了各地政府的大力推广。由于我国东南部地区土地资源紧张，利用大量的土地资源建设大型光伏电站的效益并不高，而利用屋顶的空置空间来布置光伏更加符合实际的利益。但太阳能具有间歇性和波动性，接入电网后无疑将会对配电网的电能质量造成影响。但传统的电能质量评估所用方法如层次分析法却容易受到人为的主观因素的影响使得其不能很好地反应电能质量的波动性。因为其权重值是固定的值，即使某一项指标剧烈波动对电能质量造成巨大的影响，也不能相应的增大此项指标的权重值，因此不能很好的反应电能质量的波动性，特别是在每日正午时分光照强度最大时，光伏造成的波动也最大，此时传统的电能质量评估偏离实际的现象也最严重。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估，权重系数能随着电能各项指标的波动而变化，评估结果更加符合光伏的实际运行情况。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，包括以下步骤：

步骤1、根据光伏实际情况得到电能指标的重要程度，形成判断矩阵和各个电能指标的等级划分；

步骤2、通过改进的层次分析法对判断矩阵进行分析，求出各个电能指标所占的权重系数；

步骤3、采集电能质量各项指标在各个等级的概率矩阵，利用改进的熵权法对概率矩阵进行求解，得到各个电能指标的熵权系数；

步骤4、对步骤2求得的权重系数和步骤3求得的熵权系数进行综合，得到综合的权重系数；

步骤5、根据综合权重系数和概率矩阵，确定最终的电能质量评估结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明根据电能质量各项指标的波动情况，通过改进的熵权法让波动大的电能指标的权重系数得到相应的提升，结合改进的层次分析法对电能质量进行评估，使得电能质量评估可以跟随电能质量各项指标的波动情况，电能质量评估更加符合实际情况。

附图说明

图1为本发明一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法的流程图。

图2为本发明一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估进行仿真所用接线图。

具体实施例

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明方案。

如图1所示，改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，包括以下步骤：

步骤1、根据光伏实际情况得到电能指标的重要程度，形成判断矩阵和各个电能指标的等级划分，具体如下：

判断矩阵应由对光伏的实际分析得出，针对光伏系统的特点，给出的各指标间的相对重要程度为：频率偏移>谐波含量>电压偏移＝电压波动>三相不平衡度，据此将各指标按照重要程度进行排序，结合表1即得判断矩阵C，其元素C_ij分别表示第i个指标相较于第j个指标的相对重要程度；

表1各标度值的含义

值	含义
		2	表示元素i与元素j相比极端或强烈重要
1	表示元素i与元素j相比明显或稍微重要
		0	表示元素i与元素j相同重要
-1	表示元素j与元素i相比极端或强烈重要
		-2	表示元素j与元素i相比明显或稍微重要

各电能指标等级的划分应按照国家标准进行，根据国标中电能质量各指标的具体规定，将各指标分为5级，1-4级中各级k的范围q_k分别为：

其中，x为国标对该项指标的限值。若各指标的偏移程度超出了国标的规定则为第5级。1～5级分别对应优秀、良好、中等、合格、不合格5个评价。

步骤2、通过改进的层次分析法对判断矩阵进行分析，求出各个电能指标所占的权重系数；改进层次分析法是通过构造一致性矩阵来避免层次分析法中的一致性校验，一致性矩阵具体构建方法如下：

定义1：对于实数矩阵A，对始终有a_ij＝-a_ji，则称A为反对称矩阵。

而当一个矩阵A为反对称矩阵并且满足a_ij＝a_ik+a_kj时，称矩阵A为一个传递矩阵。而对于A的最优传递矩阵B的定义如下：

定义2：若B为A的一个最优传递矩阵，则必将取得最小值。

为此，为了求取最优传递矩阵可以参照如下定理：

定理1：若B为A的一个最优传递矩阵，其各个元素则应当满足

因此根据定义1易知电能质量各项指标所形成的判断矩阵C一定为一个反对称矩阵，故矩阵C的一个最优传递矩阵B的各项元素必然满足下式：

为了构造一个完全一致性矩阵我们首先给出完全一致性矩阵的定义：

定义3：当存在时，则称C^*为完全一致性矩阵。

同时存在定理：

定理2：对于反对称矩阵C来说C^*＝e^B必然是矩阵C的一个完全一致性矩阵。

再根据下列公式求取各个电能指标的权重系数W_i：

步骤3、采集电能质量各项指标在各个等级的概率矩阵，利用改进的熵权法求解各个电能指标的熵权系数；改进熵权法对普通的熵权法进行改进，使得在e_i→1熵权依然能够有效的给出合理的熵权，改进后的熵权表达式为：

式中，f_ij表示概率矩阵F的元素，n表示电能指标的个数，ε为一较小值，该值越小则与传统熵权法得出的值越为接近，但同样对e_i→1的情况处理效果也就越差，综合考虑后可取ε＝0.1。

步骤4、对步骤2求得的权重系数和步骤3求得的熵权系数进行综合，得到综合的权重系数；对两种权重进行综合应当按下式进行，

w_zi＝αw_i+βw_ei (7)

其中α和β应当满足α+β＝1，可选取α＝β＝0.5，即认为综合权重系数由同等重要的两种权重组合而成。

步骤5、根据综合权重系数和概率矩阵，确定最终的电能质量评估等级，即按B＝W_zi·F求得B，并对B进行归一化处理得到最终的电能质量评估结果。

本发明建立了一种可以反应光伏波动性的评估方法去对屋顶光伏接入配电网的系统电能质量进行评估，当某项电能指标剧烈波动的时候会适当的提高该项电能指标在电能质量评估中的权重值，使评估结果更加符合实际情况。

实施例1

为了验证本发方案的有效性，采用本发明方法进行如下实验。

步骤1、分析频率偏移、谐波含量、电压偏移、电压波动和三相不平衡度5个电能指标，针对光伏系统的特点，给出各指标间的相对重要程度为：频率偏移>谐波含量>电压偏移＝电压波动>三相不平衡度，将各指标按照重要程度进行排序，结合表1即可得到判断矩阵C：

其中，C_ij分别表示第i个指标相较于第j个指标的相对重要程度。

此外，根据国标中电能质量各指标的具体规定，将各指标分为5级，设x为国标对该项指标的限值，若各指标的偏移程度超出了国标的规定，则为第5级，否则属于1～4级，在1～4级中各级k的范围q_k分别为：

其中1～5级分别对应优秀、良好、中等、合格、不合格5个评价。

步骤2、求取判断矩阵C的最优传递矩阵B，并根据C^*＝e^B求出完全一致性矩阵：

进一步结合公式4求出各个电能指标所占的权重系数:

W＝[0.126 0.42 0.281 0.126 0.046]

步骤3、采集电能质量各项指标在各个等级时间求取概率矩阵F，采集数据仿真模型如图2所示，模拟时长为1h，各电能指标在各个概率的时间如下表所示。

表3各电能指标处于各等级的时间统计

根据上表，易得概率矩阵F为：

对普通的熵权法进行改进，让其在在e_i→1的情况下依然可以有效的给出合理的熵权，并利用改进的熵权法即公式5和公式6求解各个电能指标的熵权系数：

W_e＝[0.201 0.242 0.148 0.149 0.26]

步骤4、对两种方法获得的权重进行综合，此处选取α＝β＝0.5，即认为综合权重由同等重要的两种权重组合而成，可得到综合权重W_z：

W_z＝[0.173 0.342 0.221 0.143 0.121]

步骤5、按B＝W_zi·F求得B,并对B进行归一化处理得到最终的电能质量评估结果，评估结果为电能质量处于良好与中等之间。

本发明针对传统的层次分析法在权重值方面不能跟随光伏出力实际出力情况的变化而变化，易受到主观因素影响而造成评估结果偏离实际的特性，本文将层次分析法与熵权法结合起来，构成复合的权重系数，在保留主观意见的基础上将实际情况也通过熵权法引入了进来，使得评估结果更加符合客观实际，也更为准确。

Claims

1.一种改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，步骤1分析的电能指标包括频率偏移、谐波含量、电压偏移、电压波动和三相不平衡度，针对光伏系统的特点，给出各指标间的相对重要程度为：频率偏移>谐波含量>电压偏移＝电压波动>三相不平衡度，据此将各指标按照重要程度进行排序，结合表1即得判断矩阵C，其元素C_ij分别表示第i个指标相较于第j个指标的相对重要程度；

表1各标度值的含义

值含义 2 表示元素i与元素j相比极端或强烈重要 1 表示元素i与元素j相比明显或稍微重要 0 表示元素i与元素j相同重要 -1 表示元素j与元素i相比极端或强烈重要 -2 表示元素j与元素i相比明显或稍微重要

3.根据权利要求1所述的改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，步骤1中各电能指标等级的划分应按照国家标准进行，根据国标中电能质量各指标的具体规定，将各指标分为5级，设x为国标对该项指标的限值，若各指标的偏移程度超出了国标的规定，则为第5级，否则属于1～4级，在1～4级中各级k的范围q_k分别为：

4.根据权利要求1所述的改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，步骤2中改进层次分析法是通过构造一致性矩阵来避免层次分析法中的一致性校验，一致性矩阵具体构建方法如下：

对于反对称矩阵有如下定义：

定义1：对于n阶的实数矩阵A，对始终有a_ij＝-a_ji，则称A为反对称矩阵；

而当一个矩阵A为反对称矩阵并且满足a_ij＝a_ik+a_kj时，称矩阵A为一个传递矩阵；而对于A的最优传递矩阵B的定义如下：

定义2：若B为A的一个最优传递矩阵，则必将取得最小值；

为此，为了求取最优传递矩阵参照如下定理：

定理1：若B为A的一个最优传递矩阵，其各个元素则应当满足

为了构造一个完全一致性矩阵，首先给出完全一致性矩阵的定义：

定义3：当存在时，则称C^*为完全一致性矩阵；

同时存在定理：

定理2：对于反对称矩阵C来说C^*＝e^B必然是矩阵C的一个完全一致性矩阵；

据此得到C的一个完全一致性矩阵C^*，再根据下列公式求取各个电能指标的权重系数W_i；

5.根据权利要求1所述的改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，步骤3中改进熵权法对普通的熵权法进行改进，使得在e_i→1熵权依然能够有效的给出合理的熵权，改进后的熵权表达式为：

式中，f_ij表示概率矩阵F的元素，n表示电能指标的个数，ε为一较小值，该值越小则与传统熵权法得出的值越为接近，但同样对e_i→1的情况处理效果也就越差，综合考虑后取ε＝0.1。

6.根据权利要求1所述的改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，步骤4对两种权重进行综合的公式为：

w_zi＝αw_i+βw_ei

式中，W_zi表示综合的权重系数，α和β应当满足α+β＝1，α、β分别为各个电能指标的权重系数W_i和熵权系数W_ei所占的比重。

7.根据权利要求1所述的改进的屋顶光伏接入系统电能质量综合评估方法，其特征在于，步骤5将各个等级的概率矩阵和综合的权重系数相乘，并对乘积进行归一化处理，得到最终的电能质量评估等级。