CN116629632A - 一种配电网电能质量综合评估方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网电能质量综合评估方法、装置及存储介质，涉及电力系统技术领域，所述方法包括：获得配电网中各监测点的电能质量指标参数，并建立电能质量综合评估体系；基于改进的AHP法确定电能质量综合评估体系中的主观权重；改进熵权法和CRITIC法，将熵权法中的熵值与CRITIC法中的信息量相结合，确定电能质量综合评估体系中的客观权重；根据Lagrange乘子法将主客观权重相结合得到综合权重；基于VIKOR模型对电能质量各指标的综合评价值进行优劣排序从而确定电能质量等级。本方法简化了评估体系的判断矩阵且统筹考虑了指标间的离散程度、相关度和对比度，能够简便、准确地得到电能质量综合评估结果。

Description

一种配电网电能质量综合评估方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及一种配电网电能质量综合评估方法、装置及存储介质，涉及电力系统技术领域。
背景技术
以光伏(PV)为代表的新能源分布式发电向用户提供“绿色电力”，建立包含大量分布式光伏电源的新型智能配电网已成为电力系统发展的必然趋势。大量分布式电源的并网运行使得配电网由无源网络变成有源网络，改变了系统的潮流分布，给配电网的优化运行带来了新问题。高渗透率的分布式电源加剧了电能质量的恶化。接入的位置、注入功率的大小以及功率因数的变化，都对网络重构方案造成较大的影响，使得配电网电能质量优化的数学模型较为复杂，具有解空间复杂、多约束、多级值、多不确定性等特点，且目标函数和约束条件均含有非线性方程，其控制变量常混杂有离散变量与连续变量，往往需要同时考虑多个优化目标，这就使得求解方程含分布式电源的配电网电能质量综合评估问题更加困难。
为解决电网的电能质量污染治理问题，且随着电力电子技术发展，相比传统装置，基于电力电子技术的电能质量补偿器不受电网参数影响，可进行动态、快速精细化补偿。向电网注入电能质量污染的源头主要是电网末梢的大功率冲击性、非线性负荷及间歇性、波动性的分布式电源。然而电力电子设备的大量应用导致电网存在严重的电能质量问题其中最主要为谐波畸变和电压暂降。谐波会降低设备工作效率和工作年限，增大电网网损，影响附近通信。电压暂降会导致设备非正常停机，给生产生活带来巨大的影响和经济损失。另外，智能电网的多样化需求蕴含了使供电质量水平进一步恶化的危险，这将使用户用电特性空前复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种配电网电能质量综合评估方法、装置及存储介质，能够给决策者在电能质量各评价指标间产生冲突时提供一种折中解决的方案，通过AHP-Entropy-CRITIC主客观权重相结合的方法避免了单一赋权法的不足，以便客观合理地对电能质量进行评估。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种配电网电能质量综合评估方法，包括：
获取配电网中m个监测点n个电能质量指标；
采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi；
利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj；
根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W；
根据预先建立的基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′；
利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z；
通过Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi；
根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量。
进一步的，还包括：从幅值质量、波形质量和频率质量三个维度建立电能质量综合评估体系，所述特征参数包括：频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压和三相不平衡，根据国家标准将电能质量指标分为优秀、良好、中等、合格与不合格5个指标等级。
进一步的，在求取权重之前采用临界值法对各电能质量指标进行无量纲化处理，若指标数值越大越好则为正向指标，反之为逆向指标，正向指标与逆向指标无量纲化公式分别如下式(1)和式(2)所示：
式中：i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。
进一步的，所述采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi，包括：
采用改进AHP法，将传统的9标度AHP法用重要、同等重要和不重要3个标度替代，其对应的标度分别为1、0、-1；
根据3标度对指标的重要程度进行两两比较并构造判断矩阵A：
其中：标度1表示i元素比j元素重要；标度0表示i元素与j元素同等重要；标度-1表示i元素没有j元素重要；
构建判断矩阵A的最优传递矩阵R：
式(4)中：
其中：为指标数的倒数；
根据式(4)计算最优传递矩阵R的判断矩阵D：
D＝eR (6)
并由式(7)得到单指标主观权重值Wi：
进一步的，所述利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj,包括：
利用熵权法中概率矩阵p理论，计算每个指标所占的比重：
根据式(8)计算每个指标的熵值ej：
式中：ej≥0。当pij＝0或pij＝1时，pijln(pij)＝0；
利用CRITIC法中表示指标变异性及指标冲突性的理论，分别计算标准差Sj和相关系数Rj：
式中：
由式(9)、式(10)和式(11)计算得到各指标的客观权重值Wj：
进一步的，所述根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W，包括：
用Lagrange乘子法公式：
将主观权重值与客观权重值相结合，计算得到电能质量各指标的综合权重W。
进一步的，构造指标数据的初始判断矩阵X，并对其归一化得到X′，利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z，公式如下：
Z＝X′W (16)。
通过加权规范矩阵Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi，公式如下：
式中：0≤η≤1，其为最大化群体效益和最小化个体损失之间的折中系数；
根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量，包括：
根据综合值Qi从小到大进行排序，并以最大化群体效益Qi和最小化个体损失Qi的排序结果进行校验，综合值Qi数值越小表示该监测点的电能质量越优，反之亦然；
记根据综合值Qi的排序结果为Ai，对于综合值Qi最小的监测点A1，妥协解判据如下：
Ⅰ、
Ⅱ、A1点的Si与Ri也为最优；
若仅满足条件Ⅰ不满足条件Ⅱ，最佳妥协解为排序结果Ai中任意一个，其中排名最后的Am应满足若仅满足条件Ⅱ不满足条件Ⅰ，最佳妥协解为A1或A2中任意一个。
第二方面，本发明提供一种配电网电能质量综合评估装置，包括：
获取模块，用于获取配电网中m个监测点n个电能质量指标；
第一计算模块，用于采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi；
第二计算模块，用于利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj；
第三计算模块，用于根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W；
矩阵构造模块，用于根据预先建立的基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′；
加权模块，用于利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z；
第四计算模块，用于通过Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi；
判断模块，用于根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供一种配电网电能质量综合评估方法、装置及存储介质，一方面，是将熵权法中的熵值与CRITIC法中的信息量相结合形成统筹考虑指标间离散程度、相关度和对比度的Entropy-CRITIC客观权重法，并通过Lagrange乘子法将主客观权重相结合，既可避免主观赋权法易受人为因素影响的不足，又确保各评估结果具备横向可比性；另一方面，将多准则妥协解排序引入电能质量综合评估，其能够当决策者对评价准则间产生冲突时能折中解决的方案，采用VIKOR法对电能质量各指标的综合评价值进行优劣排序，并结合电能质量各指标的国家标准得到最终的评估结果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种配电网电能质量综合评估方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的电能质量综合评估指标集；
图3是本发明实施例提供的不同赋权法的权重分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例介绍一种配电网电能质量综合评估方法，包括：
获取配电网中m个监测点n个电能质量指标；
采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi；
利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj；
根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W；
根据预先建立的基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′；
利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z；
通过Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi；
根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量。
本实施例提供的配电网电能质量综合评估方法，其应用过程具体涉及如下步骤：
步骤一：根据分布式电源对电能质量的影响，选取配电网中m个监测点n个电能质量指标作为评估对象并建立电能质量综合评估体系；根据国家标准将电能质量指标分为优秀、良好、中等、合格与不合格5个指标等级。
步骤二：为了避免电能质量各指标量纲的不同而影响最终的评估结果，在求取权重之前采用临界值法对各指标的实测数据进行无量纲化处理，若指标数值越大越好则为正向指标，反之为逆向指标，正向指标与逆向指标无量纲化公式分别如下式(1)和式(2)所示：
式中：i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。
步骤三：采用改进AHP法，即将传统的9标度AHP法用重要、同等重要和不重要3个标度替代，其对应的标度分别为1、0、-1。
根据3标度对指标的重要程度进行两两比较并构造判断矩阵A：
其中：标度1表示i元素比j元素重要；标度0表示i元素与j元素同等重要；标度-1表示i元素没有j元素重要。
构建判断矩阵A的最优传递矩阵R：
式(4)中：
其中：为指标数的倒数。
根据式(4)计算最优传递矩阵R的判断矩阵D：
D＝eR (6)
并由式(7)得到单指标主观权重值Wi：
步骤四：利用熵权法中概率矩阵p理论，计算每个指标所占的比重：
根据式(8)计算每个指标的熵值ej：
式中：ej≥0。当pij＝0或pij＝1时，pijln(pij)＝0。
利用CRITIC法中表示指标变异性及指标冲突性的理论，分别计算标准差Sj和相关系数Rj：
式中：
由式(9)、式(10)和式(11)计算得到各指标的客观权重值Wj：
步骤五：用Lagrange乘子法公式
将主观权重值与客观权重值相结合，计算得到电能质量各指标的综合权重W。
步骤六：建立基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′：
Z＝X′W (16)
并利用综合权重W对其进行加权得到加权规范矩阵Z。随后用公式
计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri和综合值Qi。
式中：0≤η≤1，其为最大化群体效益和最小化个体损失之间的折中系数。
根据综合值Qi从小到大进行排序，并以最大化群体效益Qi和最小化个体损失Qi的排序结果进行校验。综合值Qi数值越小表示该监测点的电能质量越优，反之亦然。
记根据综合值Qi的排序结果为Ai，对于综合值Qi最小的监测点A1，妥协解判据如下：
Ⅰ.、
Ⅱ、A1点的Si与Ri也为最优。
若仅满足条件Ⅰ不满足条件Ⅱ，最佳妥协解为排序结果Ai中任意一个，其中排名最后的Am应满足若仅满足条件Ⅱ不满足条件Ⅰ，最佳妥协解为A1或A2中任意一个。
下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及到的内容进行说明。
本实施例中，如图1所示，一种基于AHP-Entropy-CRITIC组合赋权和VIKOR的电能质量评估方法，一方面，是将熵权法中的熵值与CRITIC法中的信息量相结合形成统筹考虑指标间离散程度、相关度和对比度的Entropy-CRITIC客观权重法，并通过Lagrange乘子法将主客观权重相结合，既可避免主观赋权法易受人为因素影响的不足，又确保各评估结果具备横向可比性；另一方面，将多准则妥协解排序引入电能质量综合评估，其能够当决策者对评价准则间产生冲突时能折中解决的方案，采用VIKOR法对电能质量各指标的综合评价值进行优劣排序，并结合电能质量各指标的国家标准得到最终的评估结果。其步骤如下：
步骤一：根据分布式电源对电能质量的影响，选取配电网中m个监测点n个电能质量指标作为评估对象，从幅值质量、波形质量和频率质量三个维度建立电能质量综合评估指标集，如图2所示，其中，幅值质量考虑了配电网的电压偏差和三相不平衡，波形质量包含电压波动、电压闪变和谐波电压，频率质量考虑了配电网的频率偏差。根据国家标准对电能质量指标进行等级划分，如下表1所示：
表1电能质量指标等级界限
步骤二：选取某地5个监测点的电能质量6个指标数据的实测数据，其如下表2所示：
表2实测数据
整理实测数据构建初步评价矩阵X：
由于选用的6个电能质量指标均为逆向指标，故根据式(2)对初步评价矩阵X进行无量纲化处理得到X′：
步骤三：根据专家的意见并结合3标度法可得改进AHP法的判断矩阵A：
根据式(4)可得到判断矩阵A的最优传递矩阵R：
根据式(6)可得到最优传递矩阵R的判断矩阵D：
根据式(7)可得到改进AHP法的主观权重W1：
W1＝[0.3292 0.0868 0.1431 0.1431 0.2358 0.0621]
步骤三：根据式(8)～(9)可得到各指标的熵值ej：
ej＝[0.8450 0.8122 0.8021 0.7778 0.7387 0.7969]
根据式(10)～(13)可分别得到变异性指标，即标准差Sj和相关系数Rj：
Sj＝[0.377 0.404 0.408 0.387 0.381 0.38]
Rj＝[4.32 2.339 1.811 2.759 2.996 3.621]
根据式(14)可得到客观权重W2：
W＝[0.2961 0.1116 0.1258 0.1523 0.1988 0.1156]
如图3所示，反映了改进AHP法、熵权法、CRITIC法、Entropy-CRITIC客观赋权法与本文利用Lagrange乘子法将主客观有机结合得到的组合赋权法的权重分布。从图中可以很直观地显现出组合赋权的合理性和客观性。
步骤四：将电能质量指标等级、实测数据和正、负理想解进行整理构造指标数据的初始判断矩阵X：
将初始判断矩阵X进行无量纲化处理得到归一化后的矩阵X′：
根据式(16)对X′进行加权得到加权规范矩阵Z：
根据式(17)～(19)求得最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri和综合值Qi，其计算结果如表3所示：
表3计算结果
根据表3可以确定电能质量综合评估等级区间，如表4所示：
表4电能质量综合评估等级区间
等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
C ≤0.1483 ≤0.2861 ≤0.4252 ≤0.6568 >0.6568
根据表3的计算结果与表4的电能质量综合评估等级区间可得到本文方法所得出的电能质量综合评估结果，并与其他评估方法进行比较，其评估结果如表5所示：
表5评估结果对比分析
由表5可以看出，本文方法与采用加权理想解与灰色关联度融合的综合贴进度改进TOPSIS法的评估结果一样；采用改进的灰色关联投影法的评估结果中监测点E的电能质量优于监测点D，但从表2的实测数据来看，监测点D仅频率偏差略高于监测点E，而其余5个电能质量指标均低于监测点E，因此监测点D的电能质量实际上应优于监测点E；采用改进AHP法中监测点D的电能质量优于监测点A，但其仅采用了单一的主观赋权法，并未将主客观赋权相结合，故其评估结果不够客观。综上所述，本文采用的评估方法是客观有效的。
实施例2
本实施例提供一种配电网电能质量综合评估装置，包括：
获取模块，用于获取配电网中m个监测点n个电能质量指标；
第一计算模块，用于采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi；
第二计算模块，用于利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj；
第三计算模块，用于根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W；
矩阵构造模块，用于根据预先建立的基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′；
加权模块，用于利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z；
第四计算模块，用于通过Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi；
判断模块，用于根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量。
实施例3
本实施例提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1中任一项所述方法的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，包括：
获取配电网中m个监测点n个电能质量指标；
采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi；
利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj；
根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W；
根据预先建立的基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′；
利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z；
通过Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi；
根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量。
2.根据权利要求1所述的配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，还包括：从幅值质量、波形质量和频率质量三个维度建立电能质量综合评估体系，所述特征参数包括：频率偏差、电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压和三相不平衡，根据国家标准将电能质量指标分为优秀、良好、中等、合格与不合格5个指标等级。
3.根据权利要求1所述的配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，在求取权重之前采用临界值法对各电能质量指标进行无量纲化处理，若指标数值越大越好则为正向指标，反之为逆向指标，正向指标与逆向指标无量纲化公式分别如下式(1)和式(2)所示：
式中：i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。
4.根据权利要求3所述的配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，所述采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi，包括：
采用改进AHP法，将传统的9标度AHP法用重要、同等重要和不重要3个标度替代，其对应的标度分别为1、0、-1；
根据3标度对指标的重要程度进行两两比较并构造判断矩阵A：
其中：标度1表示i元素比j元素重要；标度0表示i元素与j元素同等重要；标度-1表示i元素没有j元素重要；
构建判断矩阵A的最优传递矩阵R：
式(4)中：
其中：为指标数的倒数；
根据式(4)计算最优传递矩阵R的判断矩阵D：
D＝eR (6)
并由式(7)得到单指标主观权重值Wi：
5.根据权利要求3所述的配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，所述利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj,包括：
利用熵权法中概率矩阵p理论，计算每个指标所占的比重：
根据式(8)计算每个指标的熵值ej：
式中：ej≥0。当pij＝0或pij＝1时，pijln(pij)＝0；
利用CRITIC法中表示指标变异性及指标冲突性的理论，分别计算标准差Sj和相关系数Rj：
式中：
由式(9)、式(10)和式(11)计算得到各指标的客观权重值Wj：
6.根据权利要求4和5所述的配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，所述根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W，包括：
用Lagrange乘子法公式：
将主观权重值与客观权重值相结合，计算得到电能质量各指标的综合权重W。
7.根据权利要求6所述的配电网电能质量综合评估方法，其特征在于，构造指标数据的初始判断矩阵X，并对其归一化得到X′，利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z，公式如下：
Z＝X′W (16)。
通过加权规范矩阵Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi，公式如下：
式中：0≤η≤1，其为最大化群体效益和最小化个体损失之间的折中系数；
根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量，包括：
根据综合值Qi从小到大进行排序，并以最大化群体效益Qi和最小化个体损失Qi的排序结果进行校验，综合值Qi数值越小表示该监测点的电能质量越优，反之亦然；
记根据综合值Qi的排序结果为Ai，对于综合值Qi最小的监测点A1，妥协解判据如下：
Ⅰ、
Ⅱ、A1点的Si与Ri也为最优；
若仅满足条件Ⅰ不满足条件Ⅱ，最佳妥协解为排序结果Ai中任意一个，其中排名最后的Am应满足若仅满足条件Ⅱ不满足条件Ⅰ，最佳妥协解为A1或A2中任意一个。
8.一种配电网电能质量综合评估装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取配电网中m个监测点n个电能质量指标；
第一计算模块，用于采用改进AHP法，计算得到各电能质量指标的主观权重值Wi；
第二计算模块，用于利用熵权法和CRITIC法，计算得到各电能质量指标的客观权重值Wj；
第三计算模块，用于根据Lagrange乘子法将主观权重值与客观权重值相结合得到综合权重W；
矩阵构造模块，用于根据预先建立的基于VIKOR法的电能质量综合评估模型，构造指标数据的初始判断矩阵X，对X采用临界值法进行无量纲化处理得到X′；
加权模块，用于利用综合权重W对X′进行加权得到加权规范矩阵Z；
第四计算模块，用于通过Z计算得到最大化群体效益Si、最小化个体损失Ri，并通过Si、Ri计算得到综合值Qi；
判断模块，用于根据综合值Qi的大小，判断监测点的电能质量。
9.一种电子设备，包括处理器及存储介质，其特征在于，所述存储介质用于存储指令，所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
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