電能質(zhì)量綜合評價中的灰靶方法

滕 黎

（國網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電分公司，重慶 400015）

電能質(zhì)量綜合評價中的灰靶方法

滕 黎

（國網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電分公司，重慶 400015）

將灰靶方法引入電能質(zhì)量評價，結(jié)合相關指標，提出了電能質(zhì)量綜合評判方法。采用改進灰靶理論對電能等級進行劃分，使用層次分析法和熵權法求出各指標線性加杈組合權重，并計算各待評樣本與標準樣本之間的靶心度距離，建立了電能質(zhì)量綜合評價模型。實際算例表明：應用本文提出方法得出的評價結(jié)果客觀、合理，同時驗證了該方法的正確性、有效性。

灰靶理論；電能質(zhì)量；組合權重；綜合評價

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大量新型電子技術和用電設備的廣泛使用，造成一些非線性、沖擊性負荷接入電網(wǎng)，使得一些電能質(zhì)量問題突出。同時，隨著用戶提出的電能質(zhì)量要求變高，相應的電能質(zhì)量標準被制定頒發(fā)，我國目前有6項電能質(zhì)量國家標準［1］。電能質(zhì)量的評價方法是利用實測或者仿真得到的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，根據(jù)相應評價標準來評價電能質(zhì)量。因為電能質(zhì)量的評價具有綜合性，單一判據(jù)并不能客觀、全面地體現(xiàn)電能質(zhì)量的綜合指標。因此，建立合理、科學的綜合評價方法對電能質(zhì)量優(yōu)劣的評判具有重要的現(xiàn)實意義［2，3］。

目前，為尋找電能質(zhì)量綜合評價新方法，國內(nèi)外學者開展了大量研究。對電能質(zhì)量綜合評價的研究方法主要可以分為模糊評價法、概率統(tǒng)計評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價法等方法［4，5］。文獻［6］利用熵值法確定各指標權重，采用聯(lián)系度概念對電能質(zhì)量綜合評價進行建模，提出一種基于排序穩(wěn)定性的綜合評估方法。文獻［7］提出利用改進的判斷矩陣獲取電能質(zhì)量指標權重，結(jié)合微網(wǎng)中不同類型的分布式電源，運用層次分析法量化綜合指標，能夠較好地進行綜合評估。文獻［8］從雷達圖的面積和周長兩方面對電能質(zhì)量進行評估，實現(xiàn)多角度綜合評價。文獻［9］通過非線性主成分分析法降低數(shù)據(jù)維數(shù)，將方差貢獻率作為權重，得到觀測點電能質(zhì)量的評價排序。文獻［10］建立了基于層次分析法和灰色聚類法的電能質(zhì)量綜合評價方法，但方法中忽略了影響電能質(zhì)量的未超標指標的作用，存在一定的不足。

針對上述方法中的優(yōu)缺點，為了準確地對電能質(zhì)量進行綜合評價，本文提出一種基于灰靶理論的電能質(zhì)量綜合評判方法。將層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）應用于確定電能質(zhì)量各指標的主觀權重中，運用熵權法（Entropy Method，EM）消除各位專家AHP中主觀錯誤，得到電能質(zhì)量各指標的客觀權重，利用各指標線性加權進而得到可靠的電能質(zhì)量綜合權重，并通過灰靶變換計算靶心度。本方法能夠正確得到觀測點的電能質(zhì)量綜合評價結(jié)果，為其綜合評價提供了一種新方法。

1 灰靶理論原理

灰靶理論是一種灰評價和關聯(lián)的分析方法。其主要思想是構建一個標準模式序列，然后將各待評價模式序列與標準模式序列構造成灰靶并比較，通過排序靶心度和等級劃分實現(xiàn)各模式序列的等級劃分［11］。在構造一個標準模式序列時，適中值性POL,mem、極小值性POL,min和極大值性POL,max這三者中的某一極性即作為各個待評價指標的極性。令ωi為電能質(zhì)量的第i個指標，ω(k)為其第(k)個參數(shù)序列，進行標準模式序列構造：

標準序列由計算各項指標得來：

2 電能質(zhì)量的綜合評判

2.1 評判指標及權重確定

本文采用文獻［12］所提出的電壓偏差、電壓波動、電壓閃變、諧波電壓總畸變率、三相不平衡率和頻率偏差這6個影響因素作為電能質(zhì)量的綜合評價指標。

層次分析法（AHP）是決策者通過大腦，結(jié)合數(shù)學方法來達到目標決策的系統(tǒng)方法。AHP存在的不足是，當判斷矩陣不一致時，會經(jīng)過多次修改、調(diào)整和檢驗，且矩陣的一致性與大腦的一致性具有一定的差別［13-14］。AHP在消除專家的主觀意識錯誤上存在潛在問題，這是因為專家在對各個電能質(zhì)量指標進行評價時受到專家的知識經(jīng)驗以及認識愛好的影響，導致判斷上存在誤差。然而，熵權法（EM）能夠克服AHP的缺點，并將電能質(zhì)量各個評價指標間的不同差異體現(xiàn)出來，且將其差異信息反饋在綜合評價中。

基于此，本文考慮到AHP和EM方法各自的優(yōu)缺點，采用主觀與客觀系數(shù)，運用線性加權的方法，綜合兩種方法來獲取電能質(zhì)量評價指標的組合權重值。AHP是將事物的相關因素按相應的規(guī)則排列成一定的層次結(jié)構，而各個指標的權重確定是通過采用標度來實現(xiàn)專家的大腦判斷結(jié)果，并構造判斷矩陣，經(jīng)過比較相關因素的重要度，得到判斷矩陣的特征向量。同時，還將對判斷矩陣進行一致性檢驗，并獲取各個指標的權重值。本文采用0.1至0.9九標度法來定量判斷［15］，如表1所示。

表1 AHP標度方法

為了不讓電能質(zhì)量指標值變成負數(shù)，采用坐標平移的方法來解決。由熵的定義可知，待評價指標的熵表達式為

2.2 電能質(zhì)量綜合評價等級劃分

電能質(zhì)量綜合評判結(jié)果的分級應該適宜，考慮到我國電能質(zhì)量的具體現(xiàn)狀和上述靶心度，將評價等級分為4檔，對電能質(zhì)量綜臺評判的等級界限值做了分級處理。表2是本文使用的指標評價等級表。

表2 電能質(zhì)量評價等級

3 算例應用及結(jié)果分析

本文采用文獻［12］中的算例數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)，監(jiān)測了該變電站兩臺主變的110 kV側(cè)數(shù)據(jù)，表3所示為采集數(shù)據(jù)。

表3 某個110 kV變電站的電能質(zhì)量測試數(shù)據(jù)（95%概率值）

本文電能質(zhì)量的等級界限值如表4所示，標準模式序列由表4可得到。

表4 各個電能質(zhì)量評價指標的等級界限

因此，得到標準模式序列為：

={0.5,0.5,0.2,0.1,0.2,0.05}。進行灰靶變換可得。

0ω

從表3得到，電鐵經(jīng)過前的1號主變的待評價電能質(zhì)量的模式序列為：

由待評價的模式序列的灰靶變換

得到：

主觀權重采用AHP方法得到，而客觀權重采用EM方法得到，利用式（6）確定其組合權重：

對比表2電能質(zhì)量的評判等級可知，該序列的等級評定為優(yōu)良質(zhì)量的I級。對表3中剩余的電能質(zhì)量待評價模式序列進行同樣方法的計算處理。其表5為評價處理結(jié)果。

表5 各評價指標的評價結(jié)果

表6 某個110 kV變電站的電能質(zhì)量測試數(shù)據(jù)（95%概率值）

此外，為了進一步驗證本文提出的灰靶綜合評價方法的正確性，對另外案例中的某110 kV變電站數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，具體測試數(shù)據(jù)如表6所示。

同理，經(jīng)過靶心度計算，得到電鐵經(jīng)過前的靶心度為0.652 3，對比表2可知為II等級；電鐵經(jīng)過時的靶心度為0.453 1，由表2可知為III等級。此外還應用文獻［8］的方法對該算例進行對比驗證，評判結(jié)果表明兩種方法一致，證明了本文方法的正確性和有效性。

4 結(jié)論

本文提出了采用灰靶方法的電能質(zhì)量綜合評價方法。在權重的確定過程中，利用層次分析法確定主觀權重和熵權法確定客觀權重相結(jié)合來確定電能質(zhì)量綜合評價中各指標的組合權重，克服了單一賦權法的不足之處，取得的權重值較合理，確保了評價結(jié)果的正確性。通過實例研究，運用灰靶理論評價電能質(zhì)量可以有效地實現(xiàn)其等級評價。本文方法具有較好的適應性，可以應用于需要監(jiān)測的任意電能質(zhì)量待評價指標，提高了電能質(zhì)量綜合評價的客觀性，為實際應用提供了參考。

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A Study on the Comprehensive Evaluation of Power Quality Based on the Gray Target Theory

TENG Li
（Urban Power Supply Branch of Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400015，China）

This article introduces the application of the gray target theory in power quality evaluation as well as putting forward a method for the comprehensive evaluation of power quality based on relevant indexes．The improved gray target theory has been used in dividing power quality levels，the AHP and the EM have been applied in obtaining the linear combination weights of the indexes，the approaching degrees between the unevaluated samples and the standard samples have been calculated，and the comprehensive evaluation model of power quality has been established．The actual examples have not only shown the objectivity and rationality of the evaluation results based on the method introduced in this article but also verified its validity and effectiveness．

gray target theory；power quality；combination weight；comprehensive evaluation

TM711

A

1008-8032（2015）06-0038-04

2015-02-06

該文獲重慶市電機工程學會2014年學術年會優(yōu)秀論文三等獎

滕 黎（1987-），工程師，研究方向為電氣設備診斷技術和電能質(zhì)量評估。