長時間尺度下電能質(zhì)量治理項目成功度評價

摘要：“雙碳”背景下，電能質(zhì)量治理項目呈現(xiàn)增多的態(tài)勢，但目前關(guān)于電能質(zhì)量治理項目綜合效益的后評價研究較少，在一定程度上制約電能質(zhì)量控制技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用推廣?，F(xiàn)有治理項目后評價研究存在評價指標(biāo)單一、指標(biāo)關(guān)聯(lián)性關(guān)注較少、長時間尺度下數(shù)據(jù)質(zhì)量研究匱乏等問題。以服務(wù)機構(gòu)為視角，基于網(wǎng)絡(luò)分析法和數(shù)據(jù)驅(qū)動理論，從評價指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和數(shù)據(jù)質(zhì)量三個方面進(jìn)行研究，構(gòu)建長時間尺度下電能質(zhì)量治理項目的成功度評價模型。將研究成果應(yīng)用于某機場行李系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理項目中，得到該治理項目三個治理點的成功度等級分別為A級（72.91）、A級（68.65）、A級（68.84）。該方法可有效提高治理項目后評價的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，具有一定的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量治理；項目后評價；ANP；成功度評價

0引言

我國電力低碳轉(zhuǎn)型對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有全局性意義[1]。隨著能源供需兩側(cè)清潔化進(jìn)程的推進(jìn)，電力系統(tǒng)中的風(fēng)、光接入比例顯著增加，呈現(xiàn)出“雙高”（高比例可再生能源接入與高比例電力電子設(shè)備應(yīng)用）特點[2]。同時，大規(guī)模儲能、電動汽車、數(shù)據(jù)中心等非線性負(fù)荷接入電網(wǎng)[3-5]。將引起寬頻帶、強耦合等新型擾動問題，導(dǎo)致電能質(zhì)量污染問題更加復(fù)雜和嚴(yán)峻。

目前，關(guān)于電能質(zhì)量治理項目后評價的研究相對較少。在評價指標(biāo)方面，盧文安[6]在考慮用戶滿意度情況下，從經(jīng)濟效益、技術(shù)效益、管理效益和社會效益4個維度對電能質(zhì)量同步補償裝置改造項目進(jìn)行了后評價。嚴(yán)霜[7]針對配電臺區(qū)存在的電能質(zhì)量問題，提出一種電能質(zhì)量治理方案，通過對裝置安裝后的運行效果進(jìn)行分析，計算該項目的經(jīng)濟效益和社會效益，驗證了項目的可行性。劉方[8]在安裝諧波與無功補償治理裝置后，進(jìn)行治理前后的數(shù)據(jù)比對分析，著重對諧波治理的經(jīng)濟效益進(jìn)行了分析。在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面，楊成鋼等[9]針對電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集中存在的問題，提出一種基于優(yōu)化感知壓縮的數(shù)據(jù)采集方法。張逸等[10]基于移動Agent技術(shù)，實現(xiàn)了一種新的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)管理方案，解決了現(xiàn)有監(jiān)測模式對網(wǎng)絡(luò)條件要求高、檢索效率低、可靠性差的問題；陳子輝等[11]利用電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的可靠性評估?，F(xiàn)有電能質(zhì)量治理項目后評價研究還存在評價指標(biāo)單一、指標(biāo)關(guān)聯(lián)性關(guān)注較少、長時間尺度下數(shù)據(jù)質(zhì)量研究匱乏等問題。

隨著新版《電能質(zhì)量管理辦法（暫行）》的實施，加強電能質(zhì)量治理項目綜合效益評價，可以有效促進(jìn)電能質(zhì)量控制技術(shù)的創(chuàng)新和治理項目的應(yīng)用推廣，改善電能質(zhì)量，助力電力低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程的推進(jìn)。

1基本方法

1.1網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）將系統(tǒng)元素分為兩部分，一部分稱為控制層，由問題目標(biāo)及決策準(zhǔn)則構(gòu)成；另一部分為網(wǎng)絡(luò)層，由所有受控制層支配的元素構(gòu)成。元素之間相互依存、支配，元素和層次間內(nèi)部不獨立，遞階層次結(jié)構(gòu)中的每個準(zhǔn)則支配的不是一個簡單的內(nèi)部獨立元素，而是一個相互依存、反饋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)分析層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2成功度評價法

項目成功度評價需要對照項目立項階段所確定的目標(biāo)，分析實際結(jié)果與其差別，以評價項目目標(biāo)的實現(xiàn)程度。成功度評價法是一種依靠專家打分，綜合各項指標(biāo)的評價結(jié)果，對項目的成功度做出定性的結(jié)論的方法。成功度評價通常以項目目標(biāo)的實現(xiàn)程度和經(jīng)濟效益分析為基礎(chǔ)，以項目目標(biāo)和效益為核心。項目的成功度評價可以分為5個等級：完全成功81～100分（AA級）、基本成功61～80分（A級）、部分成功41～60分（B級）、不成功21～40分（C級）、失敗1～20分（D級）。

2指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1指標(biāo)維度

通過相關(guān)文獻(xiàn)材料分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，得到電能質(zhì)量治理項目后評價的4個一級指標(biāo)：目標(biāo)后評價、技術(shù)后評價、影響后評價和可持續(xù)后評價。

2.2指標(biāo)識別

依據(jù)構(gòu)建電能質(zhì)量治理項目后評價指標(biāo)體系的原則，結(jié)合治理設(shè)備參數(shù)、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范[12-20]，參考國內(nèi)外研究中關(guān)于電能質(zhì)量治理項目后評價的相關(guān)文獻(xiàn)[21-22]，將收集的評價指標(biāo)進(jìn)行歸納與整理，綜合形成18個項目后評價二級指標(biāo)，后評價指標(biāo)體系見表1。

3基于ANP的后評價模型

3.1網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)構(gòu)

電能質(zhì)量治理項目后評價指標(biāo)屬性決定了各指標(biāo)并非簡單的層次關(guān)系，元素組之間存在互相影響（反饋或依賴），各個元素組內(nèi)部元素也是相互關(guān)聯(lián)、相互作用關(guān)系。依據(jù)指標(biāo)關(guān)聯(lián)情況構(gòu)建電能質(zhì)量治理項目后評價指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。各元素組和子元素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系用箭頭表示，單箭頭表示元素或子元素之間只存在單方面的影響，而雙箭頭則表示元素組或元素之間存在交叉影響，循環(huán)箭頭則表明元素組內(nèi)部子元素之間的關(guān)聯(lián)情況。

3.2后評價模型

根據(jù)指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在Super Decisions軟件上構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分析模型，邀請專家對指標(biāo)進(jìn)行打分，并進(jìn)行兩兩判斷和一致性檢驗，若檢驗不通過，調(diào)整判斷矩陣。同時，舍去權(quán)重小于0.01的指標(biāo)（直流側(cè)電壓B6、頻率偏差C2）后，重新計算其權(quán)重。電能質(zhì)量治理項目后評價模型見表2。

4長時間尺度下的數(shù)據(jù)預(yù)處理

對長時間尺度下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用電能質(zhì)量治理裝置自帶通信協(xié)議和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的電能質(zhì)量治理項目數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了79個治理數(shù)據(jù)的實時顯示、治理效果比對、歷史曲線、異常報警、報告分析、GIS等功能，并將歷史數(shù)據(jù)存儲于本地服務(wù)器中。

4.1數(shù)據(jù)質(zhì)量問題分析

在實際治理項目中，設(shè)備調(diào)試、設(shè)備故障、人員誤操作、非故障停機等外部因素，以及通信故障、網(wǎng)絡(luò)延遲、軟件缺陷等內(nèi)部因素，導(dǎo)致統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在質(zhì)量問題，從而影響數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和可用性。對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，將數(shù)據(jù)質(zhì)量問題分為以下三類。

4.1.1數(shù)據(jù)持續(xù)為零或空值

數(shù)據(jù)持續(xù)為零或空值的主要原因是該參數(shù)沒有被記錄或其值太小，可以忽略不計。以15次諧波電壓含有率（HRU15）為例，數(shù)據(jù)特征表現(xiàn)為連續(xù)采樣周期內(nèi)全部數(shù)據(jù)長時間為零或存在缺口。15次諧波電壓含有率如圖3所示。

4.1.2部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失

數(shù)據(jù)丟失主要源于通信故障、網(wǎng)絡(luò)延遲和軟件缺陷等內(nèi)部因素。以3次諧波電流含有率（HRI3）為例，在設(shè)定的采樣間隔下，其數(shù)據(jù)特征表現(xiàn)為部分?jǐn)?shù)據(jù)為0或1（空值）。數(shù)據(jù)質(zhì)量問題為部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，3次諧波電流含有率如圖4所示。

4.1.3數(shù)據(jù)異常

數(shù)據(jù)異常主要是指設(shè)備非正常運行下，依然存在數(shù)據(jù)傳輸失真的情況。以直流側(cè)電壓（DC）為例，其數(shù)據(jù)特征表現(xiàn)為數(shù)據(jù)偏離預(yù)期值（740V）較明顯。數(shù)據(jù)質(zhì)量問題為部分?jǐn)?shù)據(jù)失真，直流側(cè)電壓如圖5所示。

4.2數(shù)據(jù)處理方法

常用的數(shù)據(jù)丟失處理方法有刪除法、加權(quán)法和插補法等[23]；數(shù)據(jù)去噪方法有回歸、均值平滑、離群點分析、小波法等[24]。考慮治理項目的數(shù)據(jù)特征和評價需要，本文采用刪除法來處理上述數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，該方法操作簡單，效率最高，并且能夠保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

目前，當(dāng)電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題時，實際工程應(yīng)用中還沒有一套嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的處理方法[25]。本文統(tǒng)計分析方法主要來源于電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范等，項目后評價指標(biāo)數(shù)據(jù)處理方法見表3。

5案例應(yīng)用

5.1項目概況

行李系統(tǒng)是機場內(nèi)重要設(shè)施之一，它主要是確保乘客的行李能夠快速、準(zhǔn)確地從登機口裝載到飛機的貨艙，以及從飛機的貨艙順利地送到乘客目的地。一個大型機場行李系統(tǒng)通常由多個部分組成，包括行李傳送系統(tǒng)、行李分揀系統(tǒng)、行李安檢系統(tǒng)、行李追蹤系統(tǒng)和行李領(lǐng)取區(qū)域。行李傳送系統(tǒng)由傳送帶、轉(zhuǎn)彎機、斜槽組成；行李分揀系統(tǒng)由分揀機、分揀口、分揀帶組成；行李安檢系統(tǒng)由X射線安檢機、金屬探測器組成；行李追蹤系統(tǒng)由條碼掃描儀、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成；行李領(lǐng)取區(qū)域由行李轉(zhuǎn)盤、行李識別屏幕或指示牌組成。各分系統(tǒng)中帶有各式各樣的電氣化設(shè)備。如電機驅(qū)動設(shè)備（變頻器）、控制系統(tǒng)設(shè)備（PLC）、傳感器設(shè)備、安全設(shè)備、通信設(shè)備等。

某機場行李系統(tǒng)的所有電器設(shè)備的電源由機場110kV變電站經(jīng)10kV配電室降壓至0.4kV供電，0.4kV側(cè)帶有3個饋線，每段饋線有3個獨立的補償裝置。整個0.4kV配電系統(tǒng)中帶有大量的電機、變頻器、PLC等電器設(shè)備，導(dǎo)致整個0.4kV配電室諧波污染較大，同時因負(fù)載呈現(xiàn)容性無功特性，原有0.4kV進(jìn)線柜旁的3個無功補償裝置無法正常投運，使整個0.4kV側(cè)系統(tǒng)在運行時功率因數(shù)長期位于0.1～0.5之間，不滿足項目驗收和使用要求。因此，諧波污染大和功率因數(shù)較低已成為該運營商急需解決的電能質(zhì)量問題。

5.2項目治理方案

目前，低壓配電系統(tǒng)常用的解決方案為安裝有源電力濾波器，改善該運營商電能質(zhì)量問題。根據(jù)測試數(shù)據(jù)需對東側(cè)配電室安裝6套有源電力濾波器，每個有源電力濾波器的容量為150A。

5.3不同時間尺度下的數(shù)據(jù)比對

將該項目的有源電力濾波器接入上述基于SCADA搭建的物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)了長時間尺度下治理電能質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集。根據(jù)評價值提取方法，得到該機場東側(cè)配電室3個治理點的項目期望值、驗收24h值與后評價1年值。按照表3的數(shù)據(jù)處理方法，東側(cè)配電室3個治理點項目期望值、驗收24h與后評價時1年的數(shù)據(jù)對比見表4。

5.4成功度評價結(jié)果

邀請專家對后評價數(shù)據(jù)進(jìn)行打分，得到東側(cè)配電室3個治理點的成功度分別為A級（72.91）、A級（68.65）、A級（68.84），評價結(jié)果表示3個治理點的大部分目標(biāo)已經(jīng)實現(xiàn)。相對成本而言，項目達(dá)到了預(yù)期的效益和影響。但離完全成功（AA級）還有一定差距，項目存在一定改進(jìn)空間。

6結(jié)語

（1）基于后評價理論和相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了指標(biāo)遴選分析，最終得到了目標(biāo)后評價A、技術(shù)后評價B、影響后評價C、可持續(xù)后評價D等4個一級指標(biāo)和18個二級指標(biāo)。

（2）通過指標(biāo)關(guān)聯(lián)分析，得到了評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，借助超級決策軟件 Super Decisions 計算評價指標(biāo)的全局權(quán)重。二級指標(biāo)重要度排前五的分別是用戶滿意度D1、功率因數(shù)A3、項目可移植性D3、電壓總諧波畸變率A1、電流總諧波畸變率A2。

（3）從項目整體評價來看，三個治理點成功度均為A級（61～80分），表明項目成功，指標(biāo)較預(yù)期值很接近，用戶滿意度較好，項目推廣價值較高。結(jié)合權(quán)重系數(shù)來看，電壓總諧波畸變率A1、電流總諧波畸變率A2等兩個單一指標(biāo)得分偏低（60分以下），對評價結(jié)果影響較大，與項目目標(biāo)之間還存在較大差距，仍存在一定的提升空間。該機場電能質(zhì)量治理項目評價分?jǐn)?shù)偏低的關(guān)鍵因素是諧波治理效果未達(dá)預(yù)期，也影響了用戶滿意度，導(dǎo)致項目整體評分不高。

綜上所述，長時間尺度下的項目后評價因評價周期能覆蓋整個運行工況，能反應(yīng)治理項目的穩(wěn)定性，相比于現(xiàn)有項目驗收后評價數(shù)據(jù)更具代表性，更符合治理對象的實際情況，評價結(jié)果更加真實和可靠。本研究能夠更準(zhǔn)確地幫助服務(wù)機構(gòu)識別項目潛在的問題并分析原因，以及提出改進(jìn)措施。

參考文獻(xiàn)

[1]舒印彪，張麗英，張運州，等.我國電力碳達(dá)峰、碳中和路徑研究[J].中國工程科學(xué)，2021，23（6）：1-14.

[2]蔣凱.電力儲能技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].電力需求側(cè)管理，2017，19（4）：1-5.

[3]楊斌，陳振宇，阮文駿，等.大規(guī)模分散式充電樁參與電網(wǎng)負(fù)荷優(yōu)化技術(shù)研究[J].電力需求側(cè)管理，2018，20（6）： 26-30.

[4]吳慶，王飛，周濤，等.分布式光伏電能質(zhì)量問題的影響及治理方法[J].電工技術(shù)，2023，2（50）：167-170.

[5]朱明星.電力系統(tǒng)典型電能質(zhì)量問題解決方案探討[J].電氣應(yīng)用，2019，38（9）：4-7.

[6]盧文安.電能質(zhì)量同步補償裝置改造項目綜合后評價研究[D].北京：華北電力大學(xué)， 2011.

[7]嚴(yán)霜.配電臺區(qū)電能質(zhì)量綜合治理技術(shù)研究與應(yīng)用[D].濟南：山東大學(xué)，2020.

[8]劉方.無功補償和諧波治理技術(shù)在工業(yè)園區(qū)應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2018.

[9]楊成鋼，錢江，趙漢鷹，等.面向電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2019，38（3）：21-26.

[10]張逸，彭燦，張默霓.基于移動Agent的電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)管理方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（22）：164-169.

[11]陳子輝，王碩君，劉勇浩，等.基于數(shù)據(jù)質(zhì)量的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置遠(yuǎn)程可靠性評估[J].廣東電力，2017，30（1）：73-78.

[12]國家技術(shù)監(jiān)督局.電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波：GB/T 14549-93[S].北京：中國電力出版社，1993.

[13]國家能源局.低壓有源電力濾波器技術(shù)規(guī)范：DL/T 1796—2017[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[14]國家能源局.低壓靜止無功發(fā)生裝置技術(shù)規(guī)范：DL/T 1216—2019[S].北京：中國電力出版社，2019.

[15]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.電能質(zhì)量 供電電壓偏差：GB/T 12325—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[16]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差：GB/T 15945—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[17]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.電能質(zhì)量 電壓波動與閃變： GB/T 12326—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[18]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.電能質(zhì)量 三相電壓不平衡： GB/T 15543—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[19]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.電力變壓器經(jīng)濟運行：GB/T 13426—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[20]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.項目后評價實施指南：GB/T 30339—2013[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014：2-4.

[21]王海燕，唐潤.質(zhì)量可靠性理論與技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[22]楊柳，楊靜，劉俊延，等.電網(wǎng)技術(shù)改造項目后評價方法及其指標(biāo)體系[J].電力技術(shù)經(jīng)濟，2010，22（2）：29-34.

[23]鄧建新，單路寶，賀德強，等.缺失數(shù)據(jù)的處理方法及其發(fā)展趨勢[J].統(tǒng)計與決策，2019，35（23）：28-34.

[24]趙一凡，卞良，叢昕.數(shù)據(jù)清洗方法研究綜述[J].軟件導(dǎo)刊，2017，16（12）：222-224.

[25]張華贏，汪清，游奕弘，等.電能質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量對綜合評估結(jié)果的影響分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（24）：10341-10349.

收稿日期：2024-12-02

作者簡介：

龍劍（通信作者）（1986—），男，高級工程師，研究方向：電能質(zhì)量檢測、評估與治理。

卜煒瑋（1981—），男，博士，副教授，研究方向：工程建設(shè)、土地資源管理。

王朝俊（1991—），男，助理工程師，研究方向：電能質(zhì)量檢測。

張玉瀟（1992—），男，助理工程師，研究方向：電氣設(shè)備管理與維護(hù)。