專利名稱：基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，用以合理、綜合評(píng)價(jià)電網(wǎng)、地區(qū)電能質(zhì)量狀況的方法。屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，非線性負(fù)荷在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用大量增加。如大型整流設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、電氣化鐵路機(jī)車、電弧爐等，這些典型的非線性負(fù)荷將從電網(wǎng)吸收或注入諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓畸變。另外，由于其它非線性、沖擊性負(fù)荷的增加，以及電網(wǎng)內(nèi)外發(fā)生故障造成的電壓的不對(duì)稱、動(dòng)態(tài)電壓下降、波動(dòng)等和諧波一起嚴(yán)重地惡化了電網(wǎng)電能質(zhì)量，降低了電網(wǎng)供電的可靠性。另一方面隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，用戶越來越多的使用高、精、尖的電力電子設(shè)備，同時(shí)大量采用緊密連續(xù)的過程控制系統(tǒng)來完成工作處理和管理，這些都需要高質(zhì)量、高可靠性的電網(wǎng)和與之相適應(yīng)的電能。用戶對(duì)電能質(zhì)量提出了比以前更新更高的要求。電能質(zhì)量問題已引起國(guó)內(nèi)外的嚴(yán)重關(guān)注。
電能質(zhì)量管理的目的是使電能質(zhì)量符合有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、質(zhì)優(yōu)經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，向用戶提供合格的電能和維持全社會(huì)的正常用電秩序。要達(dá)到以上的目的，在現(xiàn)有的管理基礎(chǔ)上，必須利用各種新技術(shù)、新方法跟蹤系統(tǒng)中應(yīng)用的各種新技術(shù)、新產(chǎn)品，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)的、有效的跟蹤和分析。
近幾年來，各電力公司在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、普測(cè)、調(diào)查等方面作了大量行之有效的工作，積累了很多電能質(zhì)量方面的經(jīng)驗(yàn)和資料，掌握了大量的電網(wǎng)和用戶的電能質(zhì)量測(cè)試數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。但是在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和綜合查詢、充分利用上還有欠缺，沒有將全省的電能質(zhì)量設(shè)備情況、污染源情況、電能質(zhì)量普測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整合在一個(gè)平臺(tái)上。
另外，在對(duì)電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)上，目前的手段僅僅參考國(guó)家電能質(zhì)量5項(xiàng)國(guó)際，相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有一套系統(tǒng)的電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)復(fù)雜的電網(wǎng)和用戶的電能質(zhì)量狀況不能得到合理的評(píng)估。對(duì)某一區(qū)域、某個(gè)線路的電能質(zhì)量評(píng)估研究得不夠，與目前和將來電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的要求不能適應(yīng)。
一方面，決策者需要及時(shí)迅捷地獲知有關(guān)電網(wǎng)電能質(zhì)量信息，從而為做出正確的電力規(guī)劃和調(diào)度，以及批準(zhǔn)合格的用電設(shè)備入網(wǎng)和簽署合理用電協(xié)議等提供決策依據(jù)；另一方面，電力用戶有權(quán)利且有必要了解自己所在電網(wǎng)電能質(zhì)量情況，從而為安排合理的用電時(shí)段、價(jià)格、容量，以及適當(dāng)?shù)挠秒娫O(shè)備和用電需求等提供技術(shù)參考依據(jù)。尤其是廠網(wǎng)分家后，電網(wǎng)作為發(fā)電方和用電方的中介，有必要從減少電網(wǎng)污染和損耗的角度出發(fā)，對(duì)提供輸送優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量的發(fā)電方和采取措施杜絕電能污染的用電方，利用價(jià)格杠桿，優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)調(diào)劑電力市場(chǎng)。
本發(fā)明人根據(jù)電網(wǎng)電能質(zhì)量管理實(shí)際，利用大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合理論研究，提出基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，經(jīng)過在實(shí)際的省網(wǎng)電能質(zhì)量管理中的應(yīng)用，表明該方法設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，為電網(wǎng)電能質(zhì)量管理提供了很好的方法和手段。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，分析、研究各種負(fù)載對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，評(píng)估各地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量狀況，為進(jìn)一步的電網(wǎng)參數(shù)、系統(tǒng)穩(wěn)定等的分析提供依據(jù)，為電網(wǎng)的規(guī)劃提供參考。
本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，其步驟如下 (1)建立電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系； (2)將電能質(zhì)量指標(biāo)分為幾個(gè)層次，利用層次分析法得到基礎(chǔ)權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上利用變權(quán)法對(duì)基礎(chǔ)權(quán)重進(jìn)行修整得到最終的指標(biāo)權(quán)重向量； (3)根據(jù)模糊理論，根據(jù)評(píng)價(jià)權(quán)重參量和指標(biāo)權(quán)重向量構(gòu)成模糊評(píng)價(jià)隸屬度函數(shù)； (4)利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)不同指標(biāo)、不同用戶的綜合評(píng)價(jià)。
所述的基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于建立了電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是基于標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行綜合、實(shí)用化評(píng)價(jià)的完整體系。
所述的基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于針對(duì)不同電能質(zhì)量指標(biāo)和不同用戶對(duì)電能質(zhì)量要求和影響的變化，利用專家系統(tǒng)對(duì)不同用戶、不同指標(biāo)權(quán)重可變的智能評(píng)價(jià)體系。
本發(fā)明的有益效果是根據(jù)電網(wǎng)電能質(zhì)量管理實(shí)際，利用大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合理論研究，提出基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，經(jīng)過在實(shí)際的省網(wǎng)電能質(zhì)量管理中的應(yīng)用，表明該方法設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，為電網(wǎng)電能質(zhì)量管理提供了很好的方法和手段。研究電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，分析、研究各種負(fù)載對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，評(píng)估全省各地電能質(zhì)量狀況，為進(jìn)一步的電網(wǎng)參數(shù)、系統(tǒng)穩(wěn)定等的分析提供依據(jù)，為電網(wǎng)的規(guī)劃提供參考。



圖1是本發(fā)明電能質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)層次； 圖2是本發(fā)明電壓偏差單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)圖； 圖3是本發(fā)明二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施例方式 如圖1-3所示，本發(fā)明的原理具體敘述如下 (1)技術(shù)方案的第一部分評(píng)價(jià)指標(biāo)確定 對(duì)電能質(zhì)量作綜合評(píng)價(jià)，前提是要確定電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)有的6項(xiàng)電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，確定以下評(píng)價(jià)指標(biāo)電壓偏差、電壓波動(dòng)、電壓閃變包括長(zhǎng)時(shí)間閃變、短時(shí)間閃變、頻率偏差、三相電壓不平衡度、諧波包括總諧波畸變、奇次諧波、偶次諧波)、諧波電流、電壓暫態(tài)。見表1及圖1。 表1二級(jí)待評(píng)分項(xiàng)指標(biāo) 注①如果能提供電壓平均偏差和持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)，則電壓偏差也可用二級(jí)評(píng)價(jià)； ②如果能提供電壓平均波動(dòng)幅度和波動(dòng)次數(shù)，則電壓波動(dòng)也可用二級(jí)評(píng)價(jià)； ③如果能提供頻率平均偏差和持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)，則頻率偏差也可用二級(jí)評(píng)價(jià)； ④如果能提供電壓不平衡度和持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)，則三相電壓不平衡度也可用二級(jí)評(píng)價(jià)。
(2)技術(shù)方案的第二部分隸屬度函數(shù)的確定 將電能質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)，良好，合格，較差，很差五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，基本上可以滿足評(píng)價(jià)的要求。求出每一個(gè)電能指標(biāo)在每一等級(jí)下面的隸屬度函數(shù)，形成判斷矩陣。
隸屬度函數(shù) 電壓偏差和頻率偏差、電壓波動(dòng)和閃變指標(biāo)、電壓波形畸變指標(biāo)和三相電壓不平衡有著相同的隸屬度函數(shù)。以電壓偏差為例，電壓偏差很小的隸屬度函數(shù)為 電壓偏差持續(xù)時(shí)間很短的隸屬度函數(shù)為 式中ΔU、TΔU為電壓偏差的百分比及其相應(yīng)得持續(xù)時(shí)間；U1、U2、Kt1、TΔU為常數(shù)，由實(shí)際情況確定。
單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)舉例 現(xiàn)在以評(píng)價(jià)電壓偏差單項(xiàng)指標(biāo)為例來說明隸屬度函數(shù)中的一些常數(shù)的確定過程。將電壓偏差等級(jí)分為優(yōu)秀、良好、合格、較差和很差五種。
根據(jù)上述所設(shè)定的值，可以畫出電壓偏差評(píng)價(jià)圖，如圖2。圖中橫坐標(biāo)為電壓偏差，單位為％；而縱坐標(biāo)為評(píng)價(jià)結(jié)果，采取的是百分制打分的形式。
對(duì)得到的某變電所電壓偏差數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表2。
表4.2電壓偏差單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果 注其中將優(yōu)秀打分為90分，良好打分為75分，合格打分為60分，較差打分為45分，很差打分為30分。評(píng)價(jià)矩陣 表3評(píng)價(jià)矩陣 將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的隸屬度函數(shù)求出評(píng)價(jià)矩陣R8*5 一般將rij進(jìn)行歸一化處理 (3)技術(shù)方案的第三部分權(quán)重的確定 層次分析法——AHP法 運(yùn)用層次分析法，兩兩比較評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性，然后通過綜合判斷以決定諸因素相對(duì)重要性總的順序。AHP的核心是利用1～9間的整數(shù)及其倒數(shù)作為標(biāo)度來構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，比例的標(biāo)度及其含義見表4。
表4判斷矩陣形成準(zhǔn)則 注①標(biāo)度2、4、6、8代表上述兩相鄰判斷中的中間值； ②倒數(shù)因素i與因素j比較得判斷bij，則因素j與因素i比較得判斷bji＝1/bij。
下一階段可以對(duì)經(jīng)典AHP法評(píng)價(jià)子目標(biāo)的指數(shù)標(biāo)度作進(jìn)一步調(diào)整，使其更符合實(shí)際應(yīng)用。表4中給出的準(zhǔn)則并不符合人的思維習(xí)慣，采用指數(shù)標(biāo)度法用梯形四邊形模糊數(shù)來表示，見表5。
表5指數(shù)梯度法判斷矩陣形成準(zhǔn)則 權(quán)重確定 1)兩兩比較電能質(zhì)量分項(xiàng)指標(biāo)的重要程度，按上表確定相互的比例標(biāo)度aij。
2)一般對(duì)n個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)來說，可得到兩兩判斷矩陣A＝(aij)n×n。此矩陣為正反矩陣，具有以下性質(zhì)①aij＞0 ②aji＝1/aij ③aii＝1。
3)求正反矩陣A的最大特征值λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量W，并對(duì)W進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(歸一化)處理。
4)依照“一致性指標(biāo)”CI進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。如果得到了比較滿意的一致性，則結(jié)束求取程序，輸出計(jì)算結(jié)果；如果不能達(dá)到一致性要求，則修改正反矩陣。
一致性檢驗(yàn) 要驗(yàn)證通過AHP法求出的權(quán)重值是否合理，必須進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。由于客觀事務(wù)的復(fù)雜性，會(huì)使人們的判斷帶有主觀性和片面性，在每次進(jìn)行兩兩比較判斷時(shí)思維標(biāo)準(zhǔn)常常不是一致的，這個(gè)稱為比較判斷的不一致性。當(dāng)判斷偏離一致性過大時(shí)，把判斷矩陣的權(quán)向量計(jì)算結(jié)果作為決策依據(jù)將是不可靠的，為此在求得λmax后需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)的方法為 1)計(jì)算“一致性指標(biāo)”CI 其中λmax為判斷矩陣的最大特征根，n為判斷矩陣的階數(shù)。
2)計(jì)算“隨機(jī)一致性比率”CR CR＝CI/RI，其中RI為判斷矩陣的隨機(jī)一致性指標(biāo)。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。對(duì)于1～8階判斷矩陣，RI的取值見表6。表6 RI值表 (4)技術(shù)方案的第四部分電能質(zhì)量的模糊綜合評(píng)判 本文所介紹的電能質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)需應(yīng)用二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。其模型如圖3所示 針對(duì)性用戶分類 電網(wǎng)的不同用戶對(duì)不同的電能質(zhì)量指標(biāo)有著不同的要求，他們的側(cè)重點(diǎn)也不同。因此，用戶分類可分為煉鋼企業(yè)、煤礦企業(yè)、水泥廠，化工廠、電氣化鐵道、地鐵、整流裝置、紡織造紙行業(yè)、普通家用用戶、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等。根據(jù)不同的電網(wǎng)用戶，確定其各項(xiàng)指標(biāo)的不同權(quán)重。
上述實(shí)施例不任何方式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案均落在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，其步驟如下
(1)建立電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；
(2)將電能質(zhì)量指標(biāo)分為幾個(gè)層次，利用層次分析法得到基礎(chǔ)權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上利用變權(quán)法對(duì)基礎(chǔ)權(quán)重進(jìn)行修整得到最終的指標(biāo)權(quán)重向量；
(3)根據(jù)模糊理論，利用評(píng)價(jià)權(quán)重參量和指標(biāo)權(quán)重向量構(gòu)成模糊評(píng)價(jià)隸屬度函數(shù)；
(4)利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)不同指標(biāo)、不同用戶的綜合評(píng)價(jià)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于建立了電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行綜合、實(shí)用化評(píng)價(jià)的完整體系。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次分析法和模糊算法的電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，其特征在于針對(duì)不同電能質(zhì)量指標(biāo)和不同用戶對(duì)電能質(zhì)量要求和影響的變化，利用專家系統(tǒng)對(duì)不同用戶、不同指標(biāo)權(quán)重可變的智能評(píng)價(jià)體系。
全文摘要
本發(fā)明提出了采用層次分析法和模糊算法相結(jié)合的方法進(jìn)行電網(wǎng)電能質(zhì)量評(píng)估，包括建立電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、對(duì)不同地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估等。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)單指標(biāo)、單點(diǎn)電能質(zhì)量評(píng)價(jià)的局限，形成了較全面的、實(shí)用的電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK101246569SQ200810020219
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者王紅星, 王念春, 群 李, 文 顧, 袁曉冬 申請(qǐng)人:江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司