基于層次分析法的沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量綜合評價研究

銀川能源學(xué)院電力學(xué)院 陳芳 蔡圣清 湯燕 顧凌云

0 引言

沼氣發(fā)電技術(shù)是集環(huán)保和節(jié)能于一體的能源綜合利用新技術(shù)，沼氣發(fā)電站是一種分布廣泛且價廉的分布式電源。它是利用工業(yè)、農(nóng)業(yè)或城鎮(zhèn)生活中的大量有機廢棄物（例如酒糟液、禽畜糞、城市垃圾和污水等），經(jīng)厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣，驅(qū)動沼氣發(fā)電機組發(fā)電，并可充分將發(fā)電機組的余熱用于沼氣生產(chǎn)。沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量綜合評價的研究主要包括兩部分，一是建立電壓質(zhì)量指標層次模型，二是采用合適的評估方法來對電壓質(zhì)量進行綜合評價，主要以沼氣發(fā)電的電壓質(zhì)量各個指標的實際運行數(shù)據(jù)為依據(jù)，在本文中包括了電壓偏差、電壓波動、電壓閃變、諧波電壓、三相電壓不平衡和電壓暫降等6個指標數(shù)據(jù)。目前，針對中小型養(yǎng)殖場沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量綜合評價方面的研究較少，本文是基于矩陣理論及層次分析法來研究沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量，并綜合評價，為相關(guān)人員提供參考。

1 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是將與決策有關(guān)的元素分解成目標、準則、方案等層次，并進行定性和定量分析的決策方法。是由美國運籌學(xué)家薩蒂于20世紀70年代初，在為美國國防部研究“根據(jù)各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻大小而進行電力分配”課題時，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標綜合評價方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法?？蔀槎嗄繕恕⒍鄿蕜t、無結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜非線性問題提供易操作及有效的解決方案。

1.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

在深入分析目標的基礎(chǔ)上，將有關(guān)的影響因素按照不同屬性自上而下地分解成若干層次，同一層的因素從屬于上一層的因素或?qū)ι蠈右蛩赜杏绊?，同時又支配下一層的因素或受到下層因素的作用。最上層為目標層，通常只有1個因素，最下層通常為測量方案層，中間通常為指標層。

1.2 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

對各指標之間進行兩兩對比之后，然后按9分位比率排定各評價指標的相對優(yōu)劣順序，依次構(gòu)造出評價指標的兩兩判斷矩陣。

由專家給出每一層元素相互間重要性程度的矩陣A=（aij）nxn，其中

當(dāng)i=j時，aij=0

1.3 構(gòu)造一致性矩陣

同一層次兩元素重要性的比較是通過專家進行定性分析后判斷確定的，由于客觀事物的復(fù)雜性和人們認識的多樣性，結(jié)果存在一定的誤差，客觀一致性也較差，本研究運用矩陣理論，構(gòu)造優(yōu)化一致性矩陣，讓矩陣滿足了一致性要求。

（1） 構(gòu)造反對稱矩陣

由專家進行指標間重要程度的判斷，得出兩兩比較判斷矩陣A，且為反對稱矩陣。

（2）求最優(yōu)傳遞矩陣

求出A的最優(yōu)傳遞矩陣B。

（3）求解擬優(yōu)矩陣

實數(shù)矩陣A，對Vi，j，k∈N，若有aikajk=aij，則稱A為完全一致性矩陣。A又是反對稱性矩陣，B為A的最優(yōu)傳遞矩陣，那么A＊＝10B是A的一個擬優(yōu)矩陣。

求出A的擬優(yōu)矩陣A＊。

1.4 求權(quán)重值

權(quán)重值是根據(jù)判斷矩陣計算對于上一層元素而言本層次與之有關(guān)聯(lián)的元素重要性次序的值，可以歸結(jié)為計算判斷矩陣的最大特征根及其特征相量。

本研究采用幾何平均法（方根法）來計算判斷矩陣權(quán)重。

一致性矩陣A＊=W=λmaxW,則Wn]T即為對應(yīng)的特征相（向）量，W表示該層n個元素的權(quán)重值。

2 電壓質(zhì)量測試

電壓質(zhì)量測量圖如圖1所示。

3 電壓質(zhì)量評級

電能質(zhì)量就是導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容主要包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變、電壓暫降與短時間中斷以及供電連續(xù)性等，所以參照電能質(zhì)量等級評定劃分原則，可將電壓質(zhì)量等級也劃分為：極度污染（0～30分）、重度污染（30～40分）、中度污染（40～50分）、輕度污染（50～60分）、合格（60～70分）、良好（70～80分）、優(yōu)質(zhì)（80～90分）、特優(yōu)（90～100分），采用打分標準對電壓質(zhì)量進行評估，并對測量數(shù)據(jù)進行無量綱化處理[1]。

式中，x為評價指標的實際測量值；Xmin為實測指標中的最小值；U(x)為歸一后無量綱化的值。

4 某農(nóng)村沼氣發(fā)電廠實測數(shù)據(jù)分析

4.1 測量值

含沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量各指標監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示，不含沼氣發(fā)電電網(wǎng)電壓質(zhì)量各指標監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。

4.2 建立電壓質(zhì)量層級

層次分析法電壓質(zhì)量層級如圖2所示。

圖1 電壓測量圖

表1 含沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量各指標監(jiān)測數(shù)據(jù)

表2 不含沼氣發(fā)電電網(wǎng)電壓質(zhì)量各指標監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖2 層次分析法電壓質(zhì)量層級圖

圖中，1、2、3、4、5分別代表各監(jiān)測點。

4.3 建立兩兩判斷矩陣

根據(jù)專家意見，得出兩兩判斷矩陣

4.5 電壓質(zhì)量評分及分級

將表1、表2中各監(jiān)測點質(zhì)量進行評分并分級的情況如表3、表4所示。

表3 含沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量評分表及等級

表4 不含沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量評分表及等級

5 結(jié)束語

運用層次分析法對含沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量進行綜合測評，與不含沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量進行比較，證明沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量得到改善，提供的方法的結(jié)論與實際生產(chǎn)結(jié)果相符，對于沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量綜合評價具有一定的參考意義。

[1]肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京.中國電力出版社,2010.

[2]方潔.電能質(zhì)量參數(shù)檢測與實現(xiàn) [D].安徽:安徽大學(xué),2008.

[3]王躍輝.電壓暫降與短時中斷分析[D].北京:華北電力大學(xué),2005.

[4]傅林炎,黃亞萍,黃雅婷.電能質(zhì)量淺談[J].中國科技投資,2013年(33).

[5]石莉.淺談提高電能質(zhì)量的有效措施 [J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2011(24).

[6]曹云東,韓先鶴,劉曉明等.低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J].電工文摘,2011(4).

[7]趙憲,周力行,熊家偉,等.含分布式電源配電網(wǎng)電壓質(zhì)量綜合評價[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,2013(4).