CN110930049B - 一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，包括：预设若干个单项电能质量指标作为评价标准；将预设的若干个单项电能质量指标分为单项暂态电能质量指标和单项稳态电能质量指标；计算获得每个节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分；加入综合权重，获得每个节点的最后评分，综合权重通过将客观权重与主观权重相结合获得；找出最后评分最低的节点；将最后评分最低的节点中的各单项电能质量指标的评分分别与各单项电能质量指标预设阈值比较，完成电能质量综合评价。本发明克服了各个单项电能质量都及格但是综合起来不及格的这种单项指标评价方式无法解决的情形。
Description
技术领域
本发明属于电网电能质量评价技术领域，特别涉及一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法。
背景技术
电能质量的好坏直接影响着电力效益及国民经济效益。由于电力负荷的急剧增长，特别是冲击性、非线性负荷的不断增多，使得电网发生电压畸变、电压波动、闪变、三相不平衡和电压暂降等电能质量问题。近年来，由于电能质量引发的事故和问题呈上升趋势，对电能质量的管理和对电力污染的治理工作势在必行。随着电能质量问题的日益突出，各国都根据各自的实际情况制定了相关的电能质量标准。但是所制定的标准只是给电能质量指标定了一把尺子，判断其是否合格，实际上更希望能从总体上对电能质量做一综合评价。
电能质量内涵广泛，是一个包含多个指标的综合体，通过单一电能质量指标是否达标无法判断出电能质量的整体优劣水平，更无法满足电力市场交易双方的需求，在实际生产中，电能质量的各项指标往往不属于同一个等级，而是属于多个不同的等级，因此单独的对某一电网的某一项指标进行评价，不能够全而准确地反映该电网电能质量的优劣程度，并且当所有单项指标都及格的时候，无法通过单项指标评价整个电网的优劣程度，只有将电能质量的各个项指标综合起来，通过某种数学手段对电能质量进行整体的评价，才能够全而准确地评估电能质量。所以，改变传统电能质量单一指标评价方式，丰富电能质量内涵，研宄科学、合理的电能质量综合评估方法，才能对电能质量整体水平做出完整、准确的评价。对于电力部门而言，电能质量综合评估可以得到电能质量状况的一个准确、全面的描述，有助于电力部门及时掌握系统运行状况，改善电力供应，提高供电质量，促进电网的安全健康发展。对于电力市场化交易双方而言，电能质量综合评估可以帮助购售电双方了解电能质量的整体情况，并且能够作为电能按质定价的依据以及需求侧用户选择供电服务的参考，对建立公平的市场竞争环境以及电力市场的运营具有积极地推动作用。
综上，亟需一种新的用于综合评价区域配电网电能质量的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明可对电网的电能质量进行综合评价，其通过对电网电能质量的单项指标评分，将主观权重与客观权重相结合，得到电网电能质量的综合评价，从而可找出影响综合评分的单项指标加以改进，进而能够促进提升电网的电能质量。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，包括以下步骤：
步骤1，获取待评价区域配电网的网络拓扑结构以及待评价区域配电网的每个节点的电压、电流和频率参数；根据实际需要，预设若干个单项电能质量指标作为评价标准；
步骤2，将步骤1预设的若干个单项电能质量指标分为单项暂态电能质量指标和单项稳态电能质量指标；
对于每个节点，根据节点的电压、电流和频率参数，计算获得该节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分；
单项稳态电能质量指标评分的计算公式为，
式中，λi是第i个单项稳态电能质量指标的评分，xi是第i个单项稳态电能质量指标的偏差程度，αi和βi是关于第i个单项指标的参数；
单项暂态电能质量指标评分的计算公式为，
式中：tmin，tmax为容忍度曲线上的时间特征值/s，Umin，Umax为容忍度曲线上的幅值特征/V；d为电压暂降事件的持续时间/s；m为电压暂降事件的幅值/V；
MSI为考虑暂降的幅值即深度，DSI为考虑暂降持续时间，MDSI为电压暂降评分；
步骤3，对于每个节点，将节点各单项电能质量指标的评分乘以各单项电能质量指标的综合权重并求和，获得该节点的最后评分；其中，各单项电能质量指标的综合权重通过将客观权重与主观权重相结合获得；
步骤4，根据步骤3获得的各个节点的最后评分，找出评分最低的节点；将所述评分最低的节点中的各单项电能质量指标的评分分别与各单项电能质量指标预设阈值比较，完成电能质量综合评价。
本发明的进一步改进在于，步骤1中，预设的若干个单项电能质量指标包括：电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波和电压暂降。
本发明的进一步改进在于，步骤2中，计算节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分的具体步骤包括：
建立各个单项电能质量指标的评价函数，求出单项指标的评分；
其中，
对于谐波畸变率，当x1＝5％时，即谐波畸变程度到达阈值时，λ1应该为正好及格，即为0.6；当x1＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ1应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α1＝0.0454，β1＝1.669，最终可求得谐波的函数为：
式中，λ1为谐波的分数，x1为谐波的偏差百分数；
对于电压偏差，当x2＝7％时，即电压偏差程度到达阈值时，λ2应该为正好及格，即为0.6；当x2＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ2应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α2＝0.0171，β2＝1.88，最终可求得电压偏差的函数为：
式中，λ2为电压偏差指标的分数，x2为电压偏差的百分数；
对于频率偏差，当x3＝1％时，即频率偏差到达阈值时，λ3应该为正好及格，即为0.6；当x3＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ3应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α3＝0.667，β3＝1.0858，最终可求得频率偏差的函数为：
式中，λ3为频率偏差指标的分数，x3为电压偏差的百分数；
对于三相不平衡，当x4＝2％时，即三相不平衡程度到达阈值时，λ4应该为正好及格，即为0.6；当x4＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ4应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α4＝0.2748，β4＝1.2782，最终可求得三相不平衡的函数为：
式中，λ4为三相不平衡指标的分数，x4为三相不平衡的百分数；
根据各个监测点的电压偏差，频率偏差，三相不平衡和谐波畸变的百分数，代入上式，即可计算出各个指标的单项评分；
电压暂降评分的计算表达式中，tmin＝0.01s，tmax＝60s，Umin＝0.1Uref，Umax＝0.9Uref。
本发明的进一步改进在于，步骤3中，各单项电能质量指标的综合权重的计算步骤包括：
(3.1)通过层次分析法计算主观权重，包括：
(3.1.1)建立层次结构模型，将决策目标、决策准则和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层；
(3.1.2)构造判断矩阵，判断矩阵式为，
其中，wij为第i个指标与第j个指标的相对重要性尺度；
(3.1.3)对判断矩阵每一列归一化，表达式为，
对按列归一化的矩阵，按行进行求和，再将向量进行归一化，表达式为，
(3.1.4)步骤(3.1.3)处理后的判断矩阵的一致性检验；
一致性指标表达式为，
式中，n为准则的数目，λ为判断矩阵的最大特征值；
一致性比率表达式为，
式中，RI是随机一致性指标；
若CR≤0.1，不一致性程度在容许范围内，用W＝(wi)1*n作为权重；若CR>0.1，则跳转步骤(3.1.2)重新构建判断矩阵；
(3.2)客观权重表达式为，
式中，vi为指标i客观权重；λi是第i个单项电能质量指标的评分
综合权重的计算表达式为，
式中：wi为指标i的主观权重，vi为指标i客观权重，ξi为指标i的综合权重。
本发明的进一步改进在于，步骤3中，各个节点评分score的表达式为，
式中，ξi为指标i的综合权重，λi是第i个单项电能质量指标的评分。
本发明的进一步改进在于，还包括：
步骤5，对所述评分最低的节点中，低于预设阈值的单项电能质量指标进行治理
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的方法是一种基于层次分析法和最优隶属度的分布式网络多电能质量的综合评价方法，可实时地对各种暂态稳态电能质量指标进行针对性地评价，可对区域配电网各种电能质量问题进行综合评价。本发明通过对区域配电网电能质量的单项指标评分，将经验丰富的专家确定的主观权重以及通过电网空间结构确定的客观权重相结合，得到区域配电网电能质量的综合评价，从而可以找出影响综合评分的单项指标加以改进，进而提升区域配电网的电能质量。本发明解决了单项指标无法评价包含各个电压等级的电网电能质量问题，克服了各个单项电能质量都及格但是综合起来不及格的这种单项指标评价方式无法解决的情形。
本发明的实施例中，通过十八节点电网综合评价的仿真，本发明的综合评价理论获得了全面测试；结果表明，本发明可以实时的计算网络中各个节点以及各个指标的评分，并通过可视化图片呈现出来，从而为电能质量的针对性治理提供了有效的导向，减少了分析影响网络电能质量因素的难度，提高了电网治理的效率和速度，极大的提高了经济效益。
本发明中，MSI考虑暂降的幅值即深度，DSI考虑暂降持续时间，MDSI为严重性综合指标，其综合考虑了暂降幅值与持续时间。
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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中，稳态电能质量指标评分示意图；图1中的(a)为谐波评分示意图，图1中的(b)为电压偏差评分示意图，图1中的(c)为频率偏差评分示意图，图1中的(d)为电压不平衡评分示意图；
图2是本发明实施例的一种用于综合评价分布式网络多电能质量的方法的结构示意图；
图3是本发明实施例的一种用于综合评价分布式网络多电能质量的方法的流程示意框图；
图4是本发明实施例中应用于IEEE 18节点的综合评价方法的流程示意图；
图5是本发明实施例中，IEEE 18节点网络拓扑图；
图6是本发明实施例中，加入谐波干扰源和不平衡扰动源后的IEEE 18节点网络拓扑图；
图7是本发明实施例中，治理后的IEEE 18节点网络拓扑图；
图8是本发明实施例中，治理前评分示意图；其中，图8中(a)是节点评分及各个指标评分的示意图，图8中(b)是考虑所有指标和节点的网络总分的示意图；
图9是本发明实施例中，治理后评分示意图；其中，图9中(a)是节点评分及各个指标评分的示意图，图9中(b)是考虑所有指标和节点的网络总分的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本发明实施例的一种用于综合评价分布式网络多电能质量的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，获取待评价区域配电网的网络拓扑结构以及待评价区域配电网的每个节点的电压、电流和频率参数；根据实际需要，预设若干个单项电能质量指标作为评价标准的基础。
步骤1中，所述若干个单项电能质量指标包括：电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波和电压暂降。
步骤1中，获取待评价区域配电网的每个节点的电压、电流和频率参数的具体步骤包括：在待评价区域配电网的各个节点上安装监测装置，获取各节点的电压、电流和频率参数。
步骤2，将步骤1中的若干个单项电能质量指标分为单项暂态电能质量指标和单项稳态电能质量指标；对于每个节点，根据节点的电压、电流和频率参数，计算获得该节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分。
步骤2中，单项稳态电能质量指标评分的计算公式为，
式中，λi是第i个单项稳态电能质量指标的隶属度(即评分)，xi是第i个单项稳态电能质量指标的偏差程度，αi和βi是关于第i个单项指标的参数。
具体的，根据每个节点测得的电压、电流参数计算出该节点的单项稳态电能质量指标的偏差程度；
建立各个单项电能质量指标的评价函数，求出单项指标的评分；
其中，
对于谐波畸变率，当x1＝5％时，即谐波畸变程度到达阈值时，λ1应该为正好及格，即为0.6；当x1＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ1应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α1＝0.0454，β1＝1.669，最终可求得谐波的函数为：
式中，λ1为谐波的分数，x1为谐波的偏差百分数。
对于电压偏差，当x2＝7％时，即电压偏差程度到达阈值时，λ2应该为正好及格，即为0.6；当x2＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ2应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α2＝0.0171，β2＝1.88，最终可求得电压偏差的函数为：
式中，λ2为电压偏差指标的分数，x2为电压偏差的百分数。
对于频率偏差，当x3＝1％时，即频率偏差到达阈值时，λ3应该为正好及格，即为0.6；当x3＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ3应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α3＝0.667，β3＝1.0858，最终可求得频率偏差的函数为：
式中，λ3为频率偏差指标的分数，x3为电压偏差的百分数；
对于三相不平衡，当x4＝2％时，即三相不平衡程度到达阈值时，λ4应该为正好及格，即为0.6；当x4＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ4应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α4＝0.2748，β4＝1.2782，最终可求得三相不平衡的函数为：
式中，λ4为三相不平衡指标的分数，x4为三相不平衡的百分数；
根据各个监测点的电压偏差，频率偏差，三相不平衡和谐波畸变的百分数，代入上式，即可计算出各个指标的单项评分。步骤2中，单项暂态电能质量指标评分的计算公式为，
式中：tmin，tmax为容忍度曲线上的时间特征值/s(tmin一般选取0.05个周波，tmax一般在1min左右)Umin，Umax为容忍度曲线上的幅值特征/V；(Umin一般取电压额定值的10％，Umax一般取电压额定值的90％)d为电压暂降事件的持续时间/s；m为电压暂降事件的幅值/V；
MSI考虑暂降的幅值即深度，DSI考虑暂降持续时间，MDSI为电压暂降评分；
步骤3，对于每个节点，将节点各单项电能质量指标的评分乘以各单项电能质量指标的综合权重并求和，获得该节点的最后评分。
步骤3中，将专家系统与模糊理论相结合，获得区域配电网每个节点对综合电能质量指标的评分以及区域配电网整体针对单个电能质量指标的综合评分。
步骤4，根据步骤3计算获得的各个节点的最后评分，找出评分最低的节点；将所述评分最低的节点中的各单项电能质量指标分别与各自的预设阈值比较，完成电能质量综合评价。
优选的，还包括步骤5，区域配电网正常运行时，收集各个监测装置的电流、电压和频率参数，计算获得区域配电网每个节点对综合电能质量指标的评分以及区域配电网整体针对单个电能质量指标的综合评分；对评分低的指标以及节点进行针对性的治理。
本发明，通过对评分低的指标以及节点进行针对性的治理，从而快速的实现的电能质量的提升。
本发明实施例的一种用于综合评价分布式网络多电能质量的方法，具体过程如下：
(1)确定单项稳态电能质量指标以及对其打分
请参阅图1，对于稳态电能质量问题，提出了一种使用柯西分布的最优隶属度方法。柯西分布在式(1)中显示：
式中，λi是第i个单项指标的隶属度(即评分)，xi是第i个单项指标的偏差程度，αi和βi是关于第i个单项指标的参数。
计算节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分的具体步骤包括：
建立各个单项电能质量指标的评价函数，求出单项指标的评分；
其中，
对于谐波畸变率，当x1＝5％时，即谐波畸变程度到达阈值时，λ1应该为正好及格，即为0.6；当x1＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ1应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α1＝0.0454，β1＝1.669，最终可求得谐波的函数为：
式中，λ1为谐波的分数，x1为谐波的偏差百分数。
对于电压偏差，当x2＝7％时，即电压偏差程度到达阈值时，λ2应该为正好及格，即为0.6；当x2＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ2应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α2＝0.0171，β2＝1.88，最终可求得电压偏差的函数为：
式中，λ2为电压偏差指标的分数，x2为电压偏差的百分数。
对于频率偏差，当x3＝1％时，即频率偏差到达阈值时，λ3应该为正好及格，即为0.6；当x3＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ3应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α3＝0.667，β3＝1.0858，最终可求得频率偏差的函数为：
式中，λ3为频率偏差指标的分数，x3为电压偏差的百分数。
对于三相不平衡，当x4＝2％时，即三相不平衡程度到达阈值时，λ4应该为正好及格，即为0.6；当x4＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ4应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α4＝0.2748，β4＝1.2782，最终可求得三相不平衡的函数为：
式中，λ4为三相不平衡指标的分数，x4为三相不平衡的百分数。
(2)确定单项暂态电能质量指标以及对其打分。
电网运行中，电压暂降事件出现的概率高达90％，所以暂态电能质量问题可以仅考虑电压暂降，对于电压暂降，IEEE 1564-2014给出的完整的电压骤降评估系统主要包括五个步骤，包括：
1)获取电压监视参数；
2)电压骤降特征值计算；
3)单个事件指标的计算；
4)单节点指标计算；
5)系统指标计算。
单项暂态电能质量指标评分的计算公式为，
MSI考虑暂降的幅值即深度，DSI考虑暂降持续时间，MDSI为严重性综合指标，其综合考虑了暂降幅值与持续时间：
式中：tmin，tmax为容忍度曲线上的时间特征值/s(tmin一般选取0.05个周波，tmax一般在1min左右)Umin，Umax为容忍度曲线上的幅值特征/V；(Umin一般取电压额定值的10％，Umax一般取电压额定值的90％)d为电压暂降事件的持续时间/s；m为电压暂降事件的幅值/V；
MSI考虑暂降的幅值即深度，DSI考虑暂降持续时间，MDSI为电压暂降评分；
(3)确定各个单项电能质量指标的权重，为计算综合评分做准备。
请参阅图2，根据所得各个节点各项指标的评分，层次分析法结构图如图2所示，计算主观权重以及客观权重，从而计算出各项指标的综合权重：
通过层次分析法计算主观权重，包括：
(3.1.1)建立层次结构模型，将决策目标、决策准则和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，绘出层次结构图；
(3.1.2)构造判断矩阵，判断矩阵式为，
其中，wij为第i个指标与第j个指标的相对重要性尺度；
(3.1.3)对判断矩阵每一列归一化，表达式为，
对按列归一化的矩阵，按行进行求和，再将向量进行归一化，表达式为，
(3.1.4)判断矩阵的一致性检验；
一致性指标表达式为，
式中，n为准则的数目，λ为判断矩阵的最大特征值；
一致性比率表达式为，
式中，RI是随机一致性指标；
表1.随机一致性指标RI
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| RI | 0 | 0 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 |
若CR≤0.1，不一致性程度在容许范围内，用W＝(wi)1*n作为权重；若CR＞0.1，则跳转步骤(3.1.2)重新构建判断矩阵；
(3.2)客观权重表达式为，
式中，vi为指标i客观权重；λi是第i个单项电能质量指标的评分
综合权重的计算表达式为，
式中：wi为指标i的主观权重，vi为指标i客观权重，ξi为指标i的综合权重。
各个节点评分score的表达式为，
式中，ξi为指标i的综合权重，λi是第i个单项电能质量指标的评分。
(4)请参阅图3，以单项指标的评分和权重为基础，对多节点多项指标进行评分。
步骤一，减少时间这一维度，获得节点和指标的矩阵。通过对各个时间点的电能质量进行评价，可以将包含指标，时间和节点的三维数据集转换为仅包含指标和节点的二维数据集。
步骤二，减小节点维度以获取每个节点的分数，或减小指标维度以获取每个指标的分数。
步骤三，通过每个指标评分或每个节点评分获得网络的总评分。
优选的，本发明需要已知电网的拓扑结构以及各个监测点的电压、电流和频率数据，因此在计算进行综合评价之前需要采集电网各节点的电压电流信息，在计算得出这些必需信息后便可列出单项电能质量评价函数，经过综合权重的计算后，可以获得各个节点的评分以及各项指标的评分。
具体步骤如下：
步骤1：在电网的各个节点上安装实时监测装置，用以获取各节点的电压电流频率信息，建立各个单项电能质量指标的评价函数，并求出单项指标的评分。
电压偏差，频率偏差，三相不平衡，谐波是电力系统中最常见的几种稳态电能质量问题，对标称电压为0.38kV电网，电压总谐波畸变率不得超过5％，20kV及以下三相公共连接点的电压偏差不超过标称电压的±7％，小容量电力系统(300MW以下)的正常频率偏差不得超过±0.5Hz，公共连接点的三相电压不平衡度不应超过2％，短时不超过4％。分别以此建立各个稳态指标的单项评分。
利用公式(1)，得到各个稳态指标的函数：
对于谐波畸变率，当x1＝5％时，即谐波畸变程度到达阈值时，λ1应该为正好及格，即为0.6；当x1＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ1应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α1＝0.0454，β1＝1.669，最终可求得谐波的函数为：
式中，λ1为谐波的分数，x1为谐波的偏差百分数。
对于电压偏差，当x2＝7％时，即电压偏差程度到达阈值时，λ2应该为正好及格，即为0.6；当x2＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ2应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α2＝0.0171，β2＝1.88，最终可求得电压偏差的函数为：
式中，λ2为电压偏差指标的分数，x2为电压偏差的百分数。
对于频率偏差，当x3＝1％时，即频率偏差到达阈值时，λ3应该为正好及格，即为0.6；当x3＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ3应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α3＝0.667，β3＝1.0858，最终可求得频率偏差的函数为：
式中，λ3为频率偏差指标的分数，x3为电压偏差的百分数。
对于三相不平衡，当x4＝2％时，即三相不平衡程度到达阈值时，λ4应该为正好及格，即为0.6；当x4＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ4应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α4＝0.2748，β4＝1.2782，最终可求得三相不平衡的函数为：
式中，λ4为三相不平衡指标的分数，x4为三相不平衡的百分数。
根据各个监测点的电压偏差，频率偏差，三相不平衡和谐波畸变的百分数，代入上式，即可计算出各个指标的单项评分。
对于电压暂降评分的计算步骤如下：
MSI考虑暂降的幅值即深度，DSI考虑暂降持续时间，MDSI为严重性综合指标，其综合考虑了暂降幅值与持续时间：
式中：tmin，tmax为容忍度曲线上的时间特征值/s(tmin一般选取0.05个周波，tmax一般在1min左右)Umin，Umax为容忍度曲线上的幅值特征/V；(Umin一般取电压额定值的10％，Umax一般取电压额定值的90％)d为电压暂降事件的持续时间/s；m为电压暂降事件的幅值/V；
MSI考虑暂降的幅值即深度，DSI考虑暂降持续时间，MDSI为电压暂降评分；
步骤2：确定各个单项电能质量指标的权重，为计算综合评分做准备。
主观权重的计算通过AHP法(层次分析法)，步骤如下所示：
1)建立层次结构模型，将决策的目标、考虑的因素(决策准则)和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，绘出层次结构图。如图2所示。
2)构造判断矩阵，设准则层包括5个准则，C1：电压偏差，C2：频率偏差，C3：三相不平衡，C4：谐波，C5：电压暂降。
利用判断矩阵式(8)
其中，wij为第i个指标与第j个指标的相对重要性尺度。
步骤三，进行层次单排序，
对矩阵每一列归一化，即：
对按列归一化的矩阵，按行进行求和，再将向量进行归一化，即：
步骤四，判断矩阵的一致性检验
一致性指标：
其中n为准则的数目，λ为判断矩阵的最大特征值。
一致性比率：
其中，RI是随机一致性指标，见表1。当CR≤0.1时，不一致性程度在容许范围内，此时可用W＝(wi)1*5作为权重。若CR＞0.1，则需要重新回到步骤2构建判断矩阵。
表1.随机一致性指标RI
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| RI | 0 | 0 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 |
客观权重的确定：
客观权重为：
式中：vi为指标i客观权重；λi为第i个单项电能质量指标的评分。显然，权重的选取和电能质量指标的评分有必然联系，区域配电网综合评分往往很大程度取决于评分最低的指标，我们希望让评分低的指标所占权重更大一些，显然，第i个单项电能质量指标的评分λi越小，指标λi客观权重越大。
综合权重的确定：权重常见的合成方法有：取大、取小、取加和乘。
本发明方法采用乘积的加权形式，避免权重组合时取大取小忽略其中一个权重，或者取加不能够体现很小的权重的缺点。故综合权重的计算表达式为：
式中：wi为指标i的主观权重；vi为指标i客观权重；ξi为指标i的综合权重。
步骤3：将计算得到的综合权重ξi与各单项指标λi评分相乘，得到各个节点的评分score。
式中，ξi为指标i的综合权重，λi是第i个单项电能质量指标的评分。
步骤4：通过计算各个节点的分数，以及各项指标的综合评分，找到影响电网电能质量的节点和指标，从而针对性的对电网进行治理。
请参阅图4至图9，本发明实施例结果验证
为了对本发明进行测试，在MATLAB/Simulink中搭建了一个十八节点的电网系统，该系统包含12.5kV的16条母线和138kV的2条母线(#50和#51)，如图5所示，然后，该系统添加位于总线4、7和24处的六脉冲线路换向转换器，用作干扰源，如图6所示。通过上述发明的计算可以得到各项指标和各个节点的综合评价。
图8包含两个部分，图8中(a)的折线图代表区域网络的各种电能质量指标的综合评分，包含5条折线，分别代表谐波，频率偏差，电压偏差，不平衡度，以及电压暂降等；图8中(a)中的雷达图包含18个节点的实时评分，雷达图中，越接近边缘分数越高，越接近中心评分越低。图8中(b)的折线图代表区域网络的总评分；图8(b)中的雷达图包含5项指标的实时评分。
可以看出在200ms前电网的各项电能质量评分接近90分，但是在200ms后电压不平衡分数和电压偏差分数急剧下降到接近0分，与此同时，电压暂降以及频率偏差和谐波依旧保持在接近90分；进而可以分析得出在200ms时加入了不平衡负载从而使得网络的评分下降到40分左右，而电压偏差分数的下降可能是不平衡负载耦合的缘故。
在400ms时候，谐波的分数从100分降到了20分，而其他指标的分数基本保持不变，可以分析得出是谐波导致了电能质量的进一步下降。
对于各个节点的分数，在图8中也有显示，可以明显看出除了网络的初始端的节点#17，#18的电能质量没有明显的下降外，其他节点的电能质量在200ms后均未超过及格线。
通过发明的结果，能够明确知道网络中的不平衡度以及谐波明显超标，于是，我们对电能质量进行了针对性的治理，分别增加了无功补偿装置和辅助电容器，如图7所示。
图9包含两个部分，图9中(a)的折线图代表区域网络的各种电能质量指标的综合评分，包含5条折线，分别代表谐波，频率偏差，电压偏差，不平衡度，以及电压暂降等；图9中(a)中的雷达图包含18个节点的实时评分，雷达图中，越接近边缘分数越高，越接近中心评分越低。图9中(b)的折线图代表区域网络的总评分；图9中(b)中的雷达图包含5项指标的实时评分。
在400ms的时候明显看到电压偏差和谐波评分显著提高，从不及格到接近90分，说明治理的成效显著，而电压不平衡仍需要进一步治理。
综上，通过十八节点电网综合评价的仿真，本发明的综合评价理论获得了全面测试。结果表明，本发明可以实时的计算网络中各个节点以及各个指标的评分，并通过可视化图片呈现出来，从而为电能质量的针对性治理提供了有效的导向，减少了分析影响网络电能质量因素的难度，提高了电网治理的效率和速度，极大的提高了经济效益。
本发明方法的目的在于对区域配电网的电能质量进行综合评价，通过对区域配电网电能质量的单项指标评分，将经验丰富的专家确定的主观权重以及通过电网空间结构确定的客观权重相结合，得到区域配电网电能质量的综合评价，从而可以找出影响综合评分的单项指标加以改进，进而提升区域配电网的电能质量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取待评价区域配电网的网络拓扑结构以及待评价区域配电网的每个节点的电压、电流和频率参数；根据实际需要，预设若干个单项电能质量指标作为评价标准；
步骤2，将步骤1预设的若干个单项电能质量指标分为单项暂态电能质量指标和单项稳态电能质量指标；
对于每个节点，根据节点的电压、电流和频率参数，计算获得该节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分；
单项稳态电能质量指标评分的计算公式为，
式中，λi是第i个单项稳态电能质量指标的评分，xi是第i个单项稳态电能质量指标的偏差程度，αi和βi是关于第i个单项指标的参数；
单项暂态电能质量指标评分的计算公式为，
式中：tmin，tmax为容忍度曲线上的时间特征值/s，Umin，Umax为容忍度曲线上的幅值特征/V；d为电压暂降事件的持续时间/s；m为电压暂降事件的幅值/V；
MSI为考虑暂降的幅值即深度，DSI为考虑暂降持续时间，MDSI为电压暂降评分；
步骤3，对于每个节点，将节点各单项电能质量指标的评分乘以各单项电能质量指标的综合权重并求和，获得该节点的最后评分；其中，各单项电能质量指标的综合权重通过将客观权重与主观权重相结合获得；
步骤4，根据步骤3获得的各个节点的最后评分，找出最后评分最低的节点；将所述最后评分最低的节点中的各单项电能质量指标的评分分别与各单项电能质量指标预设阈值比较，完成电能质量综合评价；
其中，步骤3中，各单项电能质量指标的综合权重的计算步骤包括：
(3.1)通过层次分析法计算主观权重，包括：
(3.1.1)建立层次结构模型，将决策目标、决策准则和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层；
(3.1.2)构造判断矩阵，判断矩阵式为，
其中，wij为第i个指标与第j个指标的相对重要性尺度；n为准则的数目；
(3.1.3)对判断矩阵每一列归一化，表达式为，
对按列归一化的矩阵，按行进行求和，再将向量进行归一化，表达式为，
式中，wi为指标i的主观权重；
(3.1.4)步骤(3.1.3)处理后的判断矩阵的一致性检验；
一致性指标表达式为，
式中，λ为判断矩阵的最大特征值；
一致性比率表达式为，
式中，RI是随机一致性指标；
若CR≤0.1，不一致性程度在容许范围内，用W＝(wi)1*n作为权重；若CR＞0.1，则跳转步骤(3.1.2)重新构建判断矩阵；
(3.2)客观权重表达式为，
式中，vi为指标i客观权重；λi是第i个单项电能质量指标的评分；
综合权重的计算表达式为，
式中：vi为指标i客观权重，ξi为指标i的综合权重。
2.根据权利要求1所述的一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，其特征在于，步骤1中，预设的若干个单项电能质量指标包括：电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波和电压暂降。
3.根据权利要求1所述的一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，其特征在于，步骤2中，计算节点每个单项暂态电能质量指标和每个单项稳态电能质量指标的评分的具体步骤包括：
建立各个单项电能质量指标的评价函数，求出单项指标的评分；
其中，
对于谐波畸变率，当x1＝5％时，即谐波畸变程度到达阈值时，λ1应该为正好及格，即为0.6；当x1＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ1应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α1＝0.0454，β1＝1.669，最终可求得谐波的函数为：
式中，λ1为谐波的分数，x1为谐波的偏差百分数；
对于电压偏差，当x2＝7％时，即电压偏差程度到达阈值时，λ2应该为正好及格，即为0.6；当x2＝0.001时，即电压偏差程度接近于0时，λ2应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α2＝0.0171，β2＝1.88，最终可求得电压偏差的函数为：
式中，λ2为电压偏差指标的分数，x2为电压偏差的百分数；
对于频率偏差，当x3＝1％时，即频率偏差到达阈值时，λ3应该为正好及格，即为0.6；当x3＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ3应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α3＝0.667，β3＝1.0858，最终可求得频率偏差的函数为：
式中，λ3为频率偏差指标的分数，x3为电压偏差的百分数；
对于三相不平衡，当x4＝2％时，即三相不平衡程度到达阈值时，λ4应该为正好及格，即为0.6；当x4＝0.001时，即频率偏差程度接近于0时，λ4应该接近满分，即为0.99；这样即可求出α4＝0.2748，β4＝1.2782，最终可求得三相不平衡的函数为：
式中，λ4为三相不平衡指标的分数，x4为三相不平衡的百分数；
根据各个监测点的电压偏差，频率偏差，三相不平衡和谐波畸变的百分数，代入上式，即可计算出各个指标的单项评分；
电压暂降评分的计算表达式中，tmin＝0.01s，tmax＝60s，Umin＝0.1Uref，Umax＝0.9Uref。
4.根据权利要求1所述的一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，其特征在于，步骤3中，各个节点评分score的表达式为，
式中，ξi为指标i的综合权重，λi是第i个单项电能质量指标的评分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于综合评价区域配电网电能质量的方法，其特征在于，还包括：
步骤5，对所述评分最低的节点中，低于预设阈值的单项电能质量指标进行治理。
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| CN116613823B (zh) * | 2023-07-18 | 2023-12-08 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 配电网电能质量评估方法、装置及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006243793A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Toshiba Corp | 電力品質評価システムとその方法、およびプログラム |
| CN101750561A (zh) * | 2010-01-08 | 2010-06-23 | 江苏大学 | 一种电能质量监控评估系统 |
| CN107515839A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-12-26 | 国网上海市电力公司 | 经改进赋权算法处理的电能质量模糊评估法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006243793A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Toshiba Corp | 電力品質評価システムとその方法、およびプログラム |
| CN101750561A (zh) * | 2010-01-08 | 2010-06-23 | 江苏大学 | 一种电能质量监控评估系统 |
| CN107515839A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-12-26 | 国网上海市电力公司 | 经改进赋权算法处理的电能质量模糊评估法 |
| CN109858758A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-06-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种配电网电能质量的组合赋权评估方法及系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A Distributed System for Electric Power Quality Measurement;Loredana Cristaldi et al.;《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》;20021210;第51卷(第4期);全文 * |
| Power Quality Comprehensive Evaluation for Low-Voltage DC Power Distribution System;Ding Kai et al.;《2019 IEEE 3rd Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC)》;20190606;全文 * |
| 现代电能质量综合评估体系及其在广东电网的应用;谢善益等;《电器与能效管理技术》;20160715(第13期);全文 * |
| 电力网络的重要节点识别及暂态性能研究;李可;《硕士学位论文》;20171231;全文 * |
Also Published As
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