對(duì)模糊理論電能質(zhì)量評(píng)價(jià)算法的研究

三峽大學(xué)　齊貴廣

對(duì)模糊理論電能質(zhì)量評(píng)價(jià)算法的研究

三峽大學(xué)齊貴廣

本文利用模糊理論對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出了基于模糊理論的電能質(zhì)量一級(jí)評(píng)判、二級(jí)評(píng)判算法。該算法對(duì)影響電能質(zhì)量的每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了完整考慮，并依據(jù)電能質(zhì)量受各項(xiàng)指標(biāo)的影響程度不同，賦予指標(biāo)不同的權(quán)重系數(shù)，對(duì)最終的評(píng)判結(jié)果運(yùn)用加權(quán)平均法進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚⒁袁F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，說(shuō)明該評(píng)價(jià)算法的分析步驟和評(píng)判結(jié)果，驗(yàn)證該算法的正確性和有效性，該算法對(duì)綜合評(píng)價(jià)電能質(zhì)量具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

模糊理論；電能質(zhì)量；評(píng)判算法；加權(quán)平均法

0　引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。部分大工業(yè)用電造成電能質(zhì)量問(wèn)題日益嚴(yán)重，有待解決。在我國(guó)，電力市場(chǎng)改革化，改善電能質(zhì)量是電力行業(yè)面臨的第一步。因此，研究電能質(zhì)量不僅是一個(gè)重要研究方向，而且在學(xué)術(shù)界具有實(shí)際意義。電能質(zhì)量問(wèn)題首先是測(cè)量和分析電力系統(tǒng)中電流、電壓、頻率，通過(guò)精確測(cè)量，并進(jìn)行正確的分析，才能真實(shí)評(píng)價(jià)出影響電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)而采用適當(dāng)措施，進(jìn)行電能質(zhì)量的改善［1］，本文主要是在電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)算法上做一些研究。

1　應(yīng)用模糊理論評(píng)判電能質(zhì)量的方法步驟

利用模糊綜合評(píng)判理論對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可根據(jù)各影響因素的側(cè)重點(diǎn)不同，組成不同的評(píng)判組合和評(píng)判等級(jí)。本論文考慮二級(jí)評(píng)判模型，具體評(píng)判過(guò)程為：

（1）隸屬度的計(jì)算

一般考慮某時(shí)、某地電能質(zhì)量，如采集頻率偏差，形成一組數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)組代入到對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)，便得到各自的隸屬度值。

（2）評(píng)判矩陣的形成

評(píng)定相應(yīng)指標(biāo)的等級(jí)，例如評(píng)判出“質(zhì)量?jī)?yōu)”、“質(zhì)量良”、“質(zhì)量合格”和“質(zhì)量不合格”的等級(jí)界限，分別對(duì)應(yīng)。依據(jù)步驟（1）計(jì)算得到指標(biāo)的所有數(shù)據(jù)組的隸屬度，判斷隸屬度位于之間的比例。

（3）電能質(zhì)量的模糊綜合評(píng)價(jià)模型

1）電壓和頻率偏差、諧波含量、電壓波動(dòng)和閃變以及三相電壓不平衡都是反映電能質(zhì)量的重要技術(shù)性指標(biāo)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)合電能質(zhì)量評(píng)價(jià)要求，得出一級(jí)、二級(jí)待評(píng)分項(xiàng)指標(biāo)，如表1所示。

表1　待評(píng)分項(xiàng)指標(biāo)

2）電能質(zhì)量指標(biāo)模糊模型：

本文采用五級(jí)模糊評(píng)價(jià)集合｛優(yōu)，良，合格，差，很差｝來(lái)描述電能質(zhì)量的優(yōu)劣。

（4）選擇合適的權(quán)重系數(shù)形成權(quán)重向量

利用判斷矩陣分析法確定權(quán)重系數(shù)，形成n階判斷矩陣，矩陣元素是n個(gè)評(píng)價(jià)因素。經(jīng)過(guò)相互比較，并根據(jù)因素的權(quán)重，得出矩陣元素大小，再求出該矩陣最大特征根和特征向量，該特征向量反映評(píng)價(jià)因素重要程度。

（5）一致性檢驗(yàn)

要驗(yàn)證求出的權(quán)重值是否合理，必須進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（6）確定適應(yīng)的評(píng)判算法

最后的評(píng)判結(jié)果在采用模糊綜合評(píng)判方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則需計(jì)算，采用“加乘”運(yùn)算。

2　算例分析

對(duì)某煉鋼廠35kVI段母線的電流波形、電壓波形和頻率波形進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、記錄。某采樣點(diǎn)附近5個(gè)工頻周波內(nèi)的實(shí)測(cè)電壓、頻率和電流波形見(jiàn)圖1～圖3。

圖1　A相電壓波形圖　　圖2 電網(wǎng)頻率波形圖　　　圖3 A相電流波形圖

2.1 電能質(zhì)量模糊的一級(jí)評(píng)判

利用正態(tài)分布、降半F分布作為電壓偏差指標(biāo)、頻率偏差指標(biāo)、持續(xù)時(shí)間的隸屬函數(shù)。利用一組采集后的電能數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)電能質(zhì)量指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，計(jì)算出各數(shù)據(jù)點(diǎn)的隸屬度值，然后建立評(píng)判向量。

表2所示各指標(biāo)的等級(jí)界限取值，得出隸屬度大于Q1、隸屬度在Q1、Q2之間，隸屬度在Q2、Q3之間、隸屬度在Q3、Q4之間、隸屬度小于Q4時(shí)的比例，形成評(píng)判矩陣，然后根據(jù)指標(biāo)不同的重要度，確定各自的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而形成權(quán)重向量，最后計(jì)算出評(píng)判結(jié)果，詳見(jiàn)如下過(guò)程。

對(duì)電壓指標(biāo)中的三項(xiàng)一級(jí)元素的權(quán)重向量可以取為：

表2　指標(biāo)的等級(jí)界限取值

從而可以得到電壓的評(píng)判結(jié)果為：

同理可得其他指標(biāo)的評(píng)判結(jié)果。

其評(píng)判矩陣為：

從而得到：

2.2電能質(zhì)量模糊的二級(jí)評(píng)判

二級(jí)評(píng)判考慮單因素指標(biāo)頻率偏差和一級(jí)評(píng)判中的兩項(xiàng)指標(biāo)，頻率偏差評(píng)判向量為：

該矩陣中行向量對(duì)應(yīng)電壓、頻率、波形畸變?？傻迷u(píng)判結(jié)果為：

2.3電能質(zhì)量綜合評(píng)判的結(jié)果分析

針對(duì)具有多個(gè)評(píng)判對(duì)象，并使用模糊評(píng)判方法進(jìn)行評(píng)判得出的結(jié)果，往往采用加權(quán)平均法進(jìn)行處理。該加權(quán)平均法就是數(shù)量化各個(gè)等級(jí)，例如5個(gè)評(píng)判等級(jí)，則可以量化成1～5；然后根據(jù)隸屬度進(jìn)行加權(quán)平均。加權(quán)平均以上評(píng)判結(jié)果為：

由于加權(quán)平均結(jié)果V=1.86更接近于2，所以評(píng)定電能質(zhì)量為“良好”。采用模糊一級(jí)評(píng)判、二級(jí)評(píng)判算法，多種因素均可考慮進(jìn)去，并對(duì)結(jié)果采用加權(quán)平均法處理，該法可將各種關(guān)系的綜合作用較好的反映出來(lái)［2］，判斷結(jié)果具有全面性和合理性。

3　結(jié)論

本文運(yùn)用該評(píng)判方法，針對(duì)某鋼廠的現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)電能質(zhì)量包括電壓、頻率、波形畸變指標(biāo)進(jìn)行分析、處理。利用電能質(zhì)量模糊綜合一級(jí)評(píng)判、二級(jí)評(píng)判，得到最終評(píng)判結(jié)果；并利用加權(quán)平均法對(duì)電能質(zhì)量綜合評(píng)判的結(jié)果進(jìn)行分析，得出合理的最終評(píng)判結(jié)論。該算法簡(jiǎn)單易懂，廣泛適用于電氣技術(shù)工作人員。

齊貴廣（1984—），山東臨沂人，助教，現(xiàn)供職于三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院。

［1］肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004：10-30.

［2］譚家茂.基于模糊理論的電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法研究［J］.繼電器，2006，02：2-10.