CN111177650B - 一种配电网电能质量监测与综合评估系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网电能质量监测与综合评估系统及方法，包括如下步骤：S1:通过电能质量监测终端监测电能质量指标并由监控中心主站汇总；S2：将电能质量指标通过极差变化进行无量纲化处理，运用CRITIC法得到电能质量客观权重；S3：运用改进专家打分法获得主观权重；S4：进行主客观结合获得组合权重；S5：将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级。本发明基于电能质量监测终端监测电能质量指标，并进行组合评估分析，避免了单一赋权法对电能质量评价的局限性。

Description

一种配电网电能质量监测与综合评估系统及方法
技术领域
本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种配电网电能质量监测及综合评估系统及方法。
背景技术
用电负荷的激增，计算机、电力电子敏感负荷的普及和使用，电能质量的好坏直接影响到人们的生活质量和国民经济的总体效益。科学合理地检测和评估电能质量，客观准确地衡量电能质量的优劣，有利于推动电能质量的综合治理，建立公正的电力市场。电能质量评估是当前电能质量问题的研究热点内容之一。电能质量通常由多个指标综合描述其优劣程度，因此电能质量评估研究的核心内容是将一个多指标问题加权并归一为单一量化指标问题。
电能质量加权评估可分为主观权重法和客观权重法。主观权重法主要有层次分析法、专家打分法，根据专家经验结合数学理论对电能质量进行评估。客观权重法主要有熵权法、变异系数法，根据实测数据确定各项指标的权重，客观性较好，但是忽略了指标本身的重要性。主客观结合的电能质量综合评估方法可以很好地综合主观赋权法和客观赋权法的优点。
对此，一些文献对电能质量加权评估方法进行了研究。目前使用较多的主观权重法，方法简单，由行业专家直接给出权重，在专家数量较多情况下该权重可以很好反应客观事实，但在综合专家意见时没有做到求同存异。客观权重法中熵权法存在对数据过于敏感问题，在信息熵接近1时，权重分配偏离实际。目前存在的赋权评估法依然存在不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种配电网电能质量监测及综合评估系统，基于电能质量监测终端监测电能质量指标，并进行组合评估分析，避免了单一赋权法对电能质量评价的局限性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种配电网电能质量监测与综合评估系统，包括配电网电能质量监测系统和配电网电能质量综合评估系统，其中，配电网电能质量监测系统包括电能质量监测终端、工作站、监控中心主站，所述电能质量监测终端用于监测电能质量指标，所述电能质量指标包括母线的频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、三相不平衡，所述工作站与电能质量监测终端和监控中心主站通信，将电能质量监测终端采集的数据发送至监控中心主站；所述配电网电能质量综合评估系统包括电能质量组合权重模块以及电能质量评估分级模块，所述电能质量组合权重模块根据监控中心主站统计的电能质量指标，运用CRITIC法计算得到电能质量客观权重，通过专家打分法获得主观权重，并将主客观结合获得组合权重，所述电能质量评估分级模块将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级。
本发明还提供了一种配电网电能质量监测与综合评估方法，包括如下步骤：
S1:通过电能质量监测终端监测电能质量指标并由监控中心主站汇总；
S2：将电能质量指标通过极差变化进行无量纲化处理，运用CRITIC法得到电能质量客观权重；
S3：运用改进专家打分法获得主观权重；
S4：进行主客观结合获得组合权重；
S5：将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级。
优选的，利用CRITIC法得到电能质量客观权重向量包括如下步骤：
步骤2.1、构建待评价矩阵Xm×n，其中m为带评估节点数量，n为步骤一中电能质量评估体系指标数；
步骤2.2、对评估矩阵进行数据标准化处理获得标准化评价矩阵；
其中，为第j项指标m个待评估节点数据最大值和最小值；
步骤2.3、计算评价指标的信息量，信息量用Cj来衡量；
其中， 为第t个指标的平均值，/>为第j个指标的平均值；
步骤2.4、计算各指标权重；
优选的，把主观权重向量记为V＝(ω1,ω2,…,ωn)，运用改进专家打分法获得主观权重包括如下步骤：
步骤3.1、获得专家指标样本集，假设r个专家{A1,A2,...Ar}对n个指标{P1,P2,...Pn}打分的每一个元素{xij}构成专家样本数据集；
步骤3.2、计算每一个专家对于各项指标给出的权重向量Wj＝(x1j,x2j,...xnj),(j＝1,2,…,r)步骤3.3、利用CRITIC法原理修正专家打分法加权过程；
首先，传统专家打分法加权过程为：
ωi＝(W1+W2+…Wr)/r
然后，利用CRITIC修正专家打分法加权过程，
计算信息量，把步骤2.3CRITIC法中信息量计算公式调整为：
接下来，计算一个专家对应的权重θj，j＝(1,2,…,r)；
加权过程由平均加权变为；
V＝θ1W1+θ2W2+…θrWr
步骤4、主客观权重结合获得组合权重；
优选的，步骤S5包括如下步骤：
步骤5.1、建立指标样本数据，将电能质量d个分级标准值与待评估检测点数据按同一标准转换为无量纲数据记为矩阵Y；
步骤5.2、建立动态加权化决策矩阵Z＝(zij)(d+m)n；
步骤5.3、计算各评价点和标准等级与正负理想解和负理想解的距离，用欧几里得范数作为距离的测度，任意可行点到Aj +、Aj -距离为：
其中，Aj +为正理想解，Aj -为负理想解；
步骤5.4、计算与理想解贴近度，并通过对比各等级分界点与理想解贴近度和各评估点与理想解的贴近度大小，确定每一个评估点电能所处的电能质量等级：
优选的，所述电能质量指标包括母线的频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、三相不平衡。
本发明采用上述技术方案，改进的专家打分法更好的综合了专家意见，同时CRITIC法的使用使得客观权重部分更加准确，主客观组合权重兼顾了两种方法的优点，加权TOPSIS法的使用旨在确定电能质量等级，具有如下有益效果：
通过综合考虑主观专家评价和客观数据评价，对电能质量进行综合评估，避免了单一赋权法对电能质量评价的局限性。而且，本发明利用CTITIC法原理对主观打分法加权过程进行了修正把平均加权过程变为利用CRITIC法加权过程，使得主观打分法可以更好的综合专家的意见，真正做到“求同存异”；客观权重部分利用CRITIC法代替其它文献大多采用的熵权法，使得客观权重不仅能反映样本差异同时将指标差异考虑进去，在一定程度上解决了客观权重部分对数据过于敏感的问题，评估结果更加合理。同时TOPSIS法的使用将电能质量进行分级，使得评估结果更加清晰，明确。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1是根据本发明电能质量评估方法流程图。
具体实施方式
实施例一
一种配电网电能质量监测与综合评估系统，包括配电网电能质量监测系统和配电网电能质量综合评估系统，其中，配电网电能质量监测系统包括电能质量监测终端、工作站、监控中心主站，所述电能质量监测终端用于监测电能质量指标，所述电能质量指标包括母线的频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、三相不平衡，所述工作站与电能质量监测终端和监控中心主站通信，将电能质量监测终端采集的数据发送至监控中心主站；所述配电网电能质量综合评估系统包括电能质量组合权重模块以及电能质量评估分级模块，所述电能质量组合权重模块根据监控中心主站统计的电能质量指标，运用CRITIC法计算得到电能质量客观权重，通过专家打分法获得主观权重，并将主客观结合获得组合权重，所述电能质量评估分级模块将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级。
实施例二
一种配电网电能质量监测与综合评估方法，首先，通过电能质量监测终端监测电能质量指标并由监控中心主站汇总；其次，进行综合评估。
如图1所示，综合评估具体过程包括如下步骤：
步骤一：建立电能质量综合评估体系，并进行电能质量等级划分；
步骤二：利用CRITIC法，得到电能质量客观权重向量；
步骤2.1、构建待评价矩阵Xm×n，其中m为待评估节点数量，n为步骤一中电能质量评估体系指标数；
步骤2.2、对评估矩阵进行数据标准化处理获得标准化评价矩阵；
其中，为第j项指标m个待评估节点数据最大值和最小值；
步骤2.3、计算评价指标的信息量，信息量用Cj来衡量；
其中， 为第t个指标的平均值，/>为第j个指标的平均值；
步骤2.4、计算各指标权重；
把主观权重向量记为V＝(ω1,ω2,…,ωn)，运用改进专家打分法获得主观权重包括如下步骤：
步骤3.1、获得专家指标样本集，假设r个专家{A1,A2,...Ar}对n个指标{P1,P2,...Pn}打分的每一个元素{xij}构成专家样本数据集；
步骤3.2、计算每一个专家对于各项指标给出的权重向量Wj＝(x1j,x2j,...xnj),(j＝1,2,…,r)
步骤3.3、利用CRITIC法原理修正专家打分法加权过程；
首先，传统专家打分法加权过程为：
ωi＝(W1+W2+…Wr)/r
然后，利用CRITIC修正专家打分法加权过程，
计算信息量，把步骤2.3CRITIC法中信息量计算公式调整为：
接下来，计算一个专家对应的权重θj，j＝(1,2,…,r)；
加权过程由平均加权变为；
V＝θ1W1+θ2W2+…θrWr
步骤四、主客观权重结合获得组合权重M＝(υ1，υ2，…,υn)；
步骤五、利用组合权重对评估数据进行加权，并利用TOPSIS法获得各待评估节点综合评价值和电能质量隶属等级；
步骤5.1、建立指标样本数据，将电能质量d个分级标准值与待评估检测点数据按同一标准转换为无量纲数据记为矩阵Y：
步骤5.2、建立动态加权化决策矩阵Z＝(zij)(d+m)n；
步骤5.3、计算各评价点和标准等级与正负理想解和负理想解的距离，用欧几里得范数作为距离的测度，任意可行点到Aj +、Aj -距离为：
其中，Aj +为正理想解，Aj -为负理想解；
步骤5.4、计算与理想解贴近度，并通过对比各等级分界点与理想解贴近度和各评估点与理想解的贴近度大小，确定每一个评估点电能所处的电能质量等级：
为了更好说明本发明的技术效果采用文献[1]张萌萌.基于变权综合的电力质量评价[D].2017.中5个风电场的待评估节点的六项指标作为待评估数据，如表1所示。同时将本专利方法与文献[1]最大熵原理模型和文献[2]孙士强.电能质量综合评估方法的研究[D].湖南大学,2013以及层次分析法、熵权法单一赋权法结果进行对比。
表1
将表1中数据按照本发明步骤可以得到：
主观权重向量：V＝[0.19,0.16,0.17,0.1,0.14,0.24]；
客观权重向量：U＝[0.522,0.113,0.081,0.057,0.04,0.186]；
组合权重向量：M＝[0.201，0.158，0.167，0.099，0.137，0.238]；
将国标电能质量按照GB/T15945-1995,GB12325-2003-T,GB-12326-2000,GB-14549-93,GB-T-15543-2008标准分为4级，分级结果如表2所示。
表2加权TOPSIS法综合评估结果如表3所示。
评估节点 1 2 3 4 5
贴近度 0.5986 0.6199 0.4428 0.639 0.5174
评估结果 3 2 5 1 4
表3
从表3可知本文评估结果即母线4>母线2>母线1>母线5>母线3，同时节点1、2、4、5隶属于等级2，节点3隶属于等级3。
电能质量评估结果和文献[1]、文献[2]以及单一赋权法评估结果对比如表4。
节点 本文方法 文献[1] 文献[2] 熵权法
1 0.5986 0.595 0.5365 0.5466
2 0.6199 0.6132 0.5499 0.5542
3 0.4428 0.4331 0.2035 0.2341
4 0.639 0.6356 0.5272 0.5399
5 0.5174 0.5071 0.5343 0.5414
表4
由表4可以看出本专利组合权重加权TOPSIS法评估结果和文献[1]最大熵规划结果基本一致，即母线4>母线2>母线1>母线5>母线3，本文方法相对最大熵规划物理意义较为明确，同时以电能质量等级分界线作为样本，通过对比待评估点与等级分界线贴近度大小，可以在一定程度上对于电能质量分级，满足不同用户对于电能质量的要求。文献[2]采用基于层次分析-熵权法的连续相乘组合权重法进行电能质量评估，评估结果和单一熵权法评估结果相同:母线2>母线1>母线5>母线4>母线3。比较以上结果发现熵权法以及文献[40]组合权重法现对于最大熵规划以及本文方法在排序上主要差异在母线4，分析母线4原始数据知，母线4的各指标有3项最优，1项次优，一项最差的偏离该项指标最优解仅为55％，整体来看母线4电能质量最优。主要原因由于熵权法对于数据变动过于敏感，在权重分配阶段熵权法主导了评估结果，而母线4最差的指标频率偏差正是差异最大的一项指标，熵权法给予该项指标分配的权重过大主导了评估结果。综合而言认为专利方法以及最大熵规划评价结果较为合理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (3)

1.一种配电网电能质量监测与综合评估系统，其特征在于：包括配电网电能质量监测系统和配电网电能质量综合评估系统，其中，配电网电能质量监测系统包括电能质量监测终端、工作站、监控中心主站，所述电能质量监测终端用于监测电能质量指标，所述电能质量指标包括母线的频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、三相不平衡，所述工作站与电能质量监测终端和监控中心主站通信，将电能质量监测终端采集的数据发送至监控中心主站；所述配电网电能质量综合评估系统包括电能质量组合权重模块以及电能质量评估分级模块，所述电能质量组合权重模块根据监控中心主站统计的电能质量指标，运用CRITIC法计算得到电能质量客观权重，通过专家打分法获得主观权重，并将主客观结合获得组合权重，所述电能质量评估分级模块将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级；
利用CRITIC法得到电能质量客观权重向量包括如下步骤：
步骤2.1、构建待评价矩阵Xm×n，其中m为待评估节点数量，n为步骤一中电能质量评估体系指标数；
步骤2.2、对评估矩阵进行数据标准化处理获得标准化评价矩阵；
其中，为第j项指标m个待评估节点数据最大值和最小值；
步骤2.3、计算评价指标的信息量，信息量用Cj来衡量；
其中， 为第t个指标的平均值，/>为第j个指标的平均值；
步骤2.4、计算各指标权重；
把主观权重向量记为V＝(ω1,ω2,…,ωn)，运用改进专家打分法获得主观权重包括如下步骤：
步骤3.1、获得专家指标样本集，假设r个专家{A1,A2,...Ar}对n个指标{P1,P2,...Pn}打分的每一个元素{xij}构成专家样本数据集；
步骤3.2、计算每一个专家对于各项指标给出的权重向量Wj＝(x1j,x2j,...xnj),(j＝1,2,…,r)
步骤3.3、利用CRITIC法原理修正专家打分法加权过程；
首先，传统专家打分法加权过程为：
ωi＝(W1+W2+…Wr)/r
然后，利用CRITIC修正专家打分法加权过程，
计算信息量，把步骤2.3CRITIC法中信息量计算公式调整为：
接下来，计算一个专家对应的权重θj，j＝(1,2,…,r)；
加权过程由平均加权变为；
V＝θ1W1+θ2W2+…θrWr
步骤4、主客观权重结合获得组合权重；
所述将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级，包括如下步骤：
步骤5.1、建立指标样本数据，将电能质量d个分级标准值与待评估检测点数据按同一标准转换为无量纲数据记为矩阵Y；
步骤5.2、建立动态加权化决策矩阵Z＝(zij)(d+m)n；
步骤5.3、计算各评价点和标准等级与正负理想解和负理想解的距离，用欧几里得范数作为距离的测度，任意可行点到Aj +、Aj -距离为：
其中，Aj +为正理想解，Aj -为负理想解；
步骤5.4、计算与理想解贴近度，并通过对比各等级分界点与理想解贴近度和各评估点与理想解的贴近度大小，确定每一个评估点电能所处的电能质量等级：
2.一种配电网电能质量监测与综合评估方法，用于如权利要求1所述的一种配电网电能质量监测与综合评估系统，其特征在于，包括如下步骤：
S1:通过电能质量监测终端监测电能质量指标并由监控中心主站汇总；
S2：将电能质量指标通过极差变化进行无量纲化处理，运用CRITIC法得到电能质量客观权重；
S3：运用改进专家打分法获得主观权重；
S4：进行主客观结合获得组合权重；
S5：将电能质量标准数据进行分级，并通过加权TOPSIS法获得评估结果以及对应的电能质量等级。
3.根据权利要求2所述的一种配电网电能质量监测与综合评估方法，其特征在于：所述电能质量指标包括母线的频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压、三相不平衡。
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