CN115796638A - 基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法 - Google Patents
基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于AHP和CRITIC‑Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法包括:获取楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的数据值,根据评估指标数据值构建判断矩阵和概率矩阵;利用改进的层次分析法对判断矩阵进行处理获得各个评估指标的主观对应权重,基于CRITIC‑Entropy对概率矩阵进行求解得到各个评估指标的客观对应权重;将主观对应权重和客观对应权重进行综合获得综合权重系数,通过综合权重系数和概率矩阵确定最终评估结果;本发明利用改进的层次分析法结合专家经验针对各个指标进行主观的赋权,使用CRITIC‑Entropy的混合算法求解指标的客观权值,可以更有效地提高电能质量评估的科学性和实际性,更准确的为楼宇屋顶光伏系统提供电能质量评估服务。
Description
技术领域
本发明涉及数据分析和统计学技术领域,具体为基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法。
背景技术
在智能电网建设加速推进以及“碳达峰”“碳中和”双碳政策加快落实的背景下,光伏产业得到迅速的发展,基于我国东西部人口经济与光伏资源相矛盾的现状,分布式光伏应运而生,分布式光伏充分利用了城镇和农村地区的屋顶乃至农业大棚的屋顶闲置区域,实现了能源利用与惠利人民相结合,得到了社会和政府的广泛支持;但是鉴于光伏发电具有间歇性和波动性,将分布式光伏直接接入电网将会对配电网造成各种冲击,影响到电能质量,因此对分布式光伏进行电能质量的评估是必要的。
当前主流的电能质量评估方法主要是基于电力专家的经验,对影响电能质量相关指标进行如层次分析法等主观赋权的方法,因此即使某一项指标剧烈的波动,按照固定的权重分配,也不能相应的增加此项指标的权重值,因此无法很好地反映电能质量的波动性,所以需要建立一种可以反应指标波动特性的评估方法去更好的应对波动情况较大的分布式光伏设备。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明解决的技术问题是:现有楼宇屋顶光伏电能质量评估方法评估方式单一,过于依赖专家经验,难以适应电能质量指标波动性较大的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,包括:获取楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的数据值,根据所述评估指标数据值构建判断矩阵和概率矩阵;利用改进的层次分析法对所述判断矩阵进行处理获得各个评估指标的主观对应权重,基于CRITIC-Entropy对所述概率矩阵进行求解得到各个评估指标的客观对应权重;将所述主观对应权重和所述客观对应权重进行综合获得综合权重系数,通过所述综合权重系数和所述概率矩阵确定最终评估结果。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述楼宇屋顶光伏电能质量评估指标包括谐波含量、频率偏移和三相电压不平衡度。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述判断矩阵的构建包括,
确定各个评价指标的重要程度,从大到小分别是频率偏移、谐波含量、三相电压不平衡度,根据所述各个指标的重要程度构建判断矩阵;
所述判断矩阵C的计算包括,
其中,cmm表示评价指标两两比较得到判断矩阵中的各元素。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述概率矩阵的构建包括,
根据国标中电能质量各个指标的具体规定将各指标划分为五级,从小到大分别是优秀、良好、中等、合格和不合格;
对采集到的的电能数据按照分级情况进行分析并获取概率矩阵;
所述概率矩阵F的计算包括,
其中,T表示总统计时长,tf1-5表示频率偏差在五个等级内对应等级的统计时长,tx1-5表示谐波含量在五个等级内对应等级的统计时长,th1-5表示三相不平衡度在五个等级内对应等级的统计时长。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述主观对应权重的获取包括,
通过改进的层次分析法获取所述判断矩阵的完全一致性矩阵,利用所述完全一致性矩阵的最大特征根和特征向量求取所述楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的权重值;
所述楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的权重值的计算包括,
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:还包括,
对所述完全一致性矩阵的每一行元素乘积进行m次方根处理,并将所述m次方根处理后的向量进行正规化处理获得所述主观对应权重;
所述主观对应权重wi的计算包括,
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述客观对应权重的获取包括,
利用熵权法确定各个指标的熵值和差异化系数;
根据所述差异化系数求取所述各个指标的客观权重值;
其中,di表示指标i的差异性系数。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:还包括,
利用CRITIC法根据各个指标内的对比性和各个指标间的冲突性综合求解所述各个指标的客观权重值;
所述CRITIC法客观权重值Wci的计算包括,
其中,Ci表示第i项指标包含的信息量;
将利用熵权法计算得到的客观权重值和利用CRITIC法得到的客观权重值相结合得到所述各个指标的组合客观权重;
所述组合客观权重Wki的计算包括,
其中,σi表示指标i的标准差,ei表示指标i的熵,rij表示评价指标i和指标j间的相关系数。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述综合权重系数的获取包括,
wzi=awi+bwki
其中,wzi表示第i项指标的综合权重,a表示主观权重系数的综合赋值系数,b表示客观权重系数的综合赋值系数。
作为本发明所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的一种优选方案,其中:所述最终评估结果的确定包括,
B=wzi·F
其中,B表示评估结果;
其中,x表示每项指标评估数量,bx表示第x项指标的评估结果。
本发明的有益效果:本发明提供基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,针对电能质量的影响因素,利用改进的层次分析法结合专家经验针对各个指标进行主观的赋权,并使用CRITIC-Entropy的混合算法分析影响电能质量的各个指标,针对各个指标的内在联系以及指标的对比性和冲突性来综合求解指标的客观权值,可以更有效地提高电能质量评估的科学性和实际性,更准确的为楼宇屋顶光伏系统提供电能质量评估服务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例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,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明一个实施例提供的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的整体流程图;
图2为本发明第二个实施例提供的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法中电网频率的采样图;
图3为本发明第二个实施例提供的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法中电压总谐波率的采样图;
图4为本发明第二个实施例提供的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法中三相电压不平衡度的采样图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1为本发明的一个实施例,提供了基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,包括:
S1:获取楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的数据值,根据评估指标数据值构建判断矩阵和概率矩阵。需要说明的是:
楼宇屋顶光伏电能质量评估指标包括谐波含量、频率偏移和三相电压不平衡度;
进一步的,根据专家意见确定各个评价指标的重要程度,从大到小分别是频率偏移、谐波含量、三相电压不平衡度,根据各个指标的重要程度构建判断矩阵,判断矩阵C的计算包括,
其中,cmm表示评价指标两两比较得到判断矩阵中的各元素;
应说明的,判断矩阵中第i行第j列元素的取值为,若元素j比元素i重要,则判断矩阵的取值为-1;若元素j和元素i相同重要,则判断矩阵的取值为0;若元素i比元素j重要,则判断矩阵的取值为1;
在本发明中根据专家意见构建的判断矩阵如下,
应说明的,判断矩阵的行和列分别表示频率偏移、谐波含量和三相不平衡度;
再进一步的,根据国标中电能质量各个指标的具体规定将各指标划分为五级,从小到大分别是优秀、良好、中等、合格和不合格,具体的分级情况如表1所示;
表1:各个指标分级的具体情况。
等级 | 频率偏移/Hz | 谐波含量/% | 三相不平衡度/% |
1 | ≤0.05 | ≤1 | ≤0.5 |
2 | ≤0.1 | ≤2 | ≤1 |
3 | ≤0.15 | ≤3 | ≤1.5 |
4 | ≤0.2 | ≤4 | ≤2 |
5 | >0.2 | >4 | >2 |
更近一步的,对采集到的的电能数据按照分级情况进行分析并获取概率矩阵,概率矩阵F的计算包括,
其中,T表示总统计时长,tf1-5表示频率偏差在五个等级内对应等级的统计时长,tx1-5表示谐波含量在五个等级内对应等级的统计时长,th1-5表示三相不平衡度在五个等级内对应等级的统计时长。
S2:利用改进的层次分析法对判断矩阵进行处理获得各个评估指标的主观对应权重,基于CRITIC-Entropy对概率矩阵进行求解得到各个评估指标的客观对应权重。需要说明的是:
通过改进的层次分析法获取判断矩阵的完全一致性矩阵,利用完全一致性矩阵的最大特征根和特征向量求取楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的权重值;
楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的权重值的计算包括,
进一步的,对完全一致性矩阵的每一行元素乘积进行m次方根处理,并将m次方根处理后的向量进行正规化处理获得主观对应权重,主观对应权重wi的计算包括,
应说明的,本发明利用改进的层次分析法获取判断矩阵的完全一致性矩阵的依据包括,
①对反对称矩阵的相关定义如下,
定义2:当反对称矩阵A满足aij=aik+akj时,则称反对称矩阵A为一个传递矩阵;
②求取最优传递矩阵的相关定理如下,
③构造完全一致性矩阵的相关定义和定理取下,
定义4:若矩阵A中的元素满足aikakj=aij,则称A为完全一致性矩阵;
定理2:对于反对称矩阵A,矩阵B为矩阵A的一个最优传递矩阵,那么A*=eB则是A的一个完全一致性矩阵;
再进一步的,客观对应权重的获取包括,
利用熵权法确定各个指标的熵值和差异化系数;
各个指标的熵值的计算包括,
其中,ei表示第i项指标的熵值,n表示指标等级数量,fij表示概率矩阵中第i行第j列的元素,当fij=0或fij=1时,认为fij·lnfij=0;
差异化系数的计算包括,
di=1-ei
其中,di表示指标i的差异性系数;
利用CRITIC法根据各个指标内的对比性和各个指标间的冲突性综合求解各个指标的客观权重值,CRITIC法客观权重值Wci的计算包括,
其中,Ci表示第i项指标包含的信息量;
应说明的,第i项指标包含的信息量Ci的计算包括,
其中,δi表示标准差,rij表示评价指标i和指标j间的相关系数,Ci越大代表第i项指标含有较多的信息量,进而指标的重要程度也相应变大;
更近一步的,将利用熵权法计算得到的客观权重值和利用CRITIC法得到的客观权重值相结合得到各个指标的组合客观权重,组合客观权重Wki的计算包括,
其中,σi表示指标i的标准差,ei表示指标i的熵,rij表示评价指标i和指标j间的相关系数。
S3:将主观对应权重和客观对应权重进行综合获得综合权重系数,通过综合权重系数和概率矩阵确定最终评估结果。需要说明的是:
综合权重系数的获取包括,
wzi=awi+bwki
其中,wzi表示第i项指标的综合权重,a表示主观权重系数的综合赋值系数,b表示客观权重系数的综合赋值系数,满足a+b=1,本发明中取a=b=0.5;
进一步的,最终评估结果的确定包括,
B=wzi·F
其中,B表示评估结果;
其中,x表示每项指标评估数量,bx表示第x项指标的评估结果。
应说明的,本发明提供基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,针对电能质量的影响因素,利用改进的层次分析法结合专家经验针对各个指标进行主观的赋权,并使用CRITIC-Entropy的混合算法分析影响电能质量的各个指标,针对各个指标的内在联系以及指标的对比性和冲突性来综合求解指标的客观权值,可以更有效地提高电能质量评估的科学性和实际性,更准确的为楼宇屋顶光伏系统提供电能质量评估服务。
实施例2
参照图2~4为本发明的第二个实施例,该实施例不同于第一个实施例的是,提供了基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法的验证测试,为对本方法中采用的技术效果加以验证说明,本实施例采用传统技术方案与本发明方法进行对比测试,以科学论证的手段对比试验结果,以验证本方法所具有的真实效果。
选取南京市江宁区楼宇屋顶光伏短期功率预测,包含两家用户屋顶1h数据,取1s为一个间隔,每小时包含数据点数为3600,根据实际选用的数据集,输入序列为连续一小时的9:00-10:00采样频率为1s的3600*3光伏电能质量指标数据,图2~4为本发明三项指标在9:00-9:30的采样图。
表1为两家用户屋顶各电能指标处于各等级的时间统计,表2为传统方法与本发明提供的基于AHP和CRITIC-Entropy方法的评估结果对比。
表1:评估指标处在各等级时间统计。
表2:用户1和用户2的电能质量评估结果。
从表1可以看出用户1在各个电能指标的波动情况不大,用户2三相不平衡指标相对频率偏移和谐波含量变动较为剧烈;从表2可以看出,两种方法在评估用户1时有较为接近的结果,在评估用户2时差异则较大,在评估用户2时针对三相不平衡变动剧烈的情况理应增加相应权重,但是传统的方法并不会改变相应权重,不符合客观实际,但是本发明的方法可以有效的反应到指标变化情况,相对应的增加其权重占比,更能符合客观现实,因此本发明可以更有效的反应客观实际和指标波动情况。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,其特征在于,包括:
获取楼宇屋顶光伏电能质量评估指标的数据值,根据所述评估指标数据值构建判断矩阵和概率矩阵;
利用改进的层次分析法对所述判断矩阵进行处理获得各个评估指标的主观对应权重,基于CRITIC-Entropy对所述概率矩阵进行求解得到各个评估指标的客观对应权重;
将所述主观对应权重和所述客观对应权重进行综合获得综合权重系数,通过所述综合权重系数和所述概率矩阵确定最终评估结果。
2.如权利要求1所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,其特征在于:所述楼宇屋顶光伏电能质量评估指标包括谐波含量、频率偏移和三相电压不平衡度。
9.如权利要求8所述的基于AHP和CRITIC-Entropy的楼宇屋顶光伏电能质量评估方法,其特征在于:所述综合权重系数的获取包括,
wzi=awi+bwki
其中,wzi表示第i项指标的综合权重,a表示主观权重系数的综合赋值系数,b表示客观权重系数的综合赋值系数。
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