韋永忠 ，鄭愛霞 ，袁曉冬 ，陳 兵

(1.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；2.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103)

隨著江蘇電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)與負荷構(gòu)成出現(xiàn)新的變化趨勢，其對電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來的負面影響引起電力部門和電力用戶的高度關(guān)注。一方面，江蘇省內(nèi)電氣化鐵路、風電等特殊重點負荷接入電網(wǎng)，其固有的波動性和并網(wǎng)所需整流電力電子設(shè)備的使用，給電網(wǎng)帶來諧波、波動與閃變、三相不平衡、電壓暫降等電能質(zhì)量問題[1-4]，惡化了電網(wǎng)單項指標的水平；另一方面，隨著科技的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備采用的新型設(shè)備和用戶智能家用電器的使用，對電能質(zhì)量的要求越來越高，電力用戶對電能的需求已從供電量向優(yōu)質(zhì)供電轉(zhuǎn)變。因此，為保證電網(wǎng)的供電安全和滿足用戶的供電要求，對電網(wǎng)進行電能質(zhì)量評估，針對評估結(jié)果，采取相應(yīng)的措施來提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，對提升江蘇電網(wǎng)安全性和社會影響度有重要的作用。目前，對電能質(zhì)量評估研究方法較多[5-8]，依據(jù)不同的關(guān)注度，電能質(zhì)量評估分為單項指標評估和綜合評估兩部分。電能質(zhì)量評估指標體系的復(fù)雜性和相關(guān)性，決定了對其評估的方向性，即如何科學、客觀地將多指標問題綜合成單一量化指標。本文將介紹江蘇電網(wǎng)在電能質(zhì)量方面所做的研究及已建成的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)概況。

1江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)概況

江蘇電網(wǎng)率先開展了電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，目前該系統(tǒng)有321臺終端監(jiān)測設(shè)備對1 032個監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，這些監(jiān)測設(shè)備已安裝在全省180多個變電站，并正常運行，為開展電能質(zhì)量評估創(chuàng)造了良好的條件。江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)部署如圖1所示。江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量評估是分層實現(xiàn)的，如圖2所示。根據(jù)電網(wǎng)實際需求，對電能質(zhì)量評估分為單個指標評估和綜合電能質(zhì)量評估，評估結(jié)果分為優(yōu)秀、良好、中等、較差4個等級。最終按照市（縣）變電站、母線和線路的層次顯示評估等級。

2單電能質(zhì)量指標評估

單電能質(zhì)量指標評估是電能質(zhì)量評估的基礎(chǔ)，可使供電方和用戶了解每項電能質(zhì)量指標的具體狀況。江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量評估包含如下指標：電壓偏差、電壓總諧波、電壓三相不平衡度、短時間閃變、長時間閃變、2～25次電壓諧波、2～25次電流諧波。針對用戶和供電方實際情況，評估過程中采用的標準可以為國標或用戶所需的敏感設(shè)備的電能指標要求。該評估系統(tǒng)具有一定的靈活性，可滿足不同用戶的電能質(zhì)量要求。

就江蘇電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)而言，除了短閃和長閃，其他上述指標的數(shù)據(jù)間隔為1～3 min，短閃為10 min，長閃為2 h。每個監(jiān)測點每天上傳的數(shù)據(jù)量是一定的，故可設(shè)定日數(shù)據(jù)完整度閾值，例如可設(shè)定為額定數(shù)據(jù)量的一半，只有當數(shù)據(jù)完整度超過閾值時，該日數(shù)據(jù)才有效。由于電能質(zhì)量評估以月為單位，故對數(shù)據(jù)完整的天數(shù)也應(yīng)設(shè)定閾值，可為該月天數(shù)的一半（取整），只有數(shù)據(jù)完整的天數(shù)超過閾值，該月評估才有效。

正常情況下，電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)滿足國標限值，且大多數(shù)情況下，其值低于國標標準值的50%。當發(fā)生超標情況時，評估應(yīng)能突出該超標情況。例如：某電能質(zhì)量指標的90%時間符合國標，10%時間超出國標，在此種情況下，評估認為該指標的電能質(zhì)量水平偏低。為了反映電能質(zhì)量指標的這種特性，在評估時需要選擇適當方法突出超情況對電能質(zhì)量水平的影響。該問題的有效解決方法是：建立符合上述要求的單個數(shù)據(jù)評分函數(shù)，在得到每個數(shù)據(jù)評分的基礎(chǔ)上，進行加權(quán)平均，得到該日數(shù)據(jù)評估分數(shù)。本文采用單個數(shù)據(jù)評估函數(shù)為：

其中TH為不同指標相對應(yīng)的國標或者用戶自定義標準閾值。由于不同指標的TH不相同，因此以t=x/TH可以得到單個數(shù)據(jù)占標準限值的百分比，以此作為變量，則上述評估函數(shù)對所有單個指標均適用。原表達式變換為：

S（t）的函數(shù)曲線如圖3所示，可以看出函數(shù)曲線滿足上述評估思想。由圖中可知，當t=1時，即單個數(shù)據(jù)等于相應(yīng)的標準閾值時，對應(yīng)的函數(shù)值為60，在此種情況下，對應(yīng)的電能質(zhì)量等級為合格。當t＞1時，函數(shù)曲線迅速下降，即單個數(shù)據(jù)超過限值時，最終評估得分值快速減低。例如，當數(shù)據(jù)為限值的2倍時，即t=2時，評估得分為1.1分，對應(yīng)的電能質(zhì)量等級為較差；同樣，當所有數(shù)據(jù)為限值的一半時，得分為90分，對應(yīng)的電能質(zhì)量等級為優(yōu)秀；理想情況為t=0，評分得分為100分。由此可見，此函數(shù)可以適用于不同指標下的限值，且能滿足電能質(zhì)量指標的特性，突出超標在評估中的影響。

圖3單個數(shù)據(jù)評估函數(shù)圖

在得到該月每一天評估值SD_i后，進行加權(quán)平均，得到該月該指標最終評分值SM，其中wi為不同評估分數(shù)段的系數(shù)，N為該月數(shù)據(jù)完整天數(shù)。單個指標的評估流程如圖4所示。

圖4單個電能質(zhì)量指標月評估流程

3綜合電能質(zhì)量評估

電能質(zhì)量綜合評估，可以從整體上考察電能質(zhì)量水平的優(yōu)劣程度。江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量評估系統(tǒng)采用了項目前期的關(guān)于電能質(zhì)量評估研究成果：基于灰色理論的電能質(zhì)量綜合評估。灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析（GRA）[9]是通過計算對象間的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度,從整體上定量分析對象間的關(guān)聯(lián)程度和影響程度，GRA的評估步驟為：分析數(shù)據(jù)特征獲取比較序列和標準序列，獲取序列間的差異信息并建立差值舉證，計算灰關(guān)聯(lián)度。該方法可以保留電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點，相比電能質(zhì)量模糊評估方法，避免了模糊區(qū)間確定的非客觀性，而且計算簡潔易于實現(xiàn)。

基于灰色理論的電能質(zhì)量評估方法的步驟為：（1） 標準矩陣的構(gòu)建；（2） 數(shù)據(jù)矩陣的建立；（3） 絕對差矩陣的建立；（4）與理想樣本的關(guān)聯(lián)度。每步的詳細過程可參考文獻[9]。

綜合評估用到的7個單個指標為電壓偏差、短閃、長閃、電壓三相不平衡度、電壓總諧波、偶次諧波最大含有量、奇次諧波最大含有量。選取了2種樣本作為灰色理論數(shù)據(jù)矩陣中的參考矩陣，即：理想樣本、標準樣本。理想樣本選?。?，0，0，0，0，0，0），表示7個電能質(zhì)量指標工頻下的理想狀態(tài)。理想樣本是理論上電能質(zhì)量的理想狀態(tài)，實際中電能質(zhì)量總存在一定的偏差。標準樣本可依據(jù)國家標準和實際情況建立，本文采用的標準樣本如表1所示，評估樣本則根據(jù)每日測量數(shù)據(jù)的單個指標評估結(jié)果形成。

表1理想樣本和標準樣本

根據(jù)對7個指標關(guān)注程度及各地電能質(zhì)量特性，建立不同的判斷矩陣。一般情況下，江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量評估系統(tǒng)采用的判斷矩陣為：

該判斷矩陣A的最大特征值為λmax=7.07，CR=0.008 8＜0.1，符合一致性要求，則最大特征值對應(yīng)的特征向量并歸一化為：w=（0.158，0.158，0.120，0.138，0.126，0.126，0.172）。

評估樣本根據(jù)當月每天的單項指標評估結(jié)果確定。在已知單項指標評估結(jié)果的情況下，構(gòu)造評估函數(shù)反函數(shù)，求取該評估得分對應(yīng)的標準化測量數(shù)據(jù)t=x/TH。例如，通過上述評分函數(shù)得到的評分值為60分，在評分函數(shù)曲線上，其對應(yīng)的橫坐標為1，即測量數(shù)據(jù)等于其國標閾值；若其平均得分為90，曲線上對應(yīng)的橫坐標為0.5，即測量數(shù)據(jù)為國標閾值的0.5倍，現(xiàn)給出上述評估函數(shù)反函數(shù)如下：

依據(jù)上述所形成的標準樣本及評估樣本，以及所確定的各個指標的權(quán)重，便可以利用灰色理論計算評估樣本與標準樣本的關(guān)聯(lián)度。其中關(guān)聯(lián)度的性質(zhì)為：（1） r∈[0，1]，r值越大，說明數(shù)據(jù)樣本越接近標準樣本，其電能質(zhì)量水平越高；r值越小，評估樣本越偏離標準樣本，其電能質(zhì)量水平越低。r=0，其評估得分為0，r=1，其評估得分為100；（2）評估樣本的r值隨標準樣本的不同而不同。

上述標準樣本，即 Q1，Q2，Q3，Q4，其評分得分為97.68，90，60，1.1。在關(guān)聯(lián)度與綜合預(yù)評分值曲線中，取 4 個點（r1，97.68），（r2，90），（r3，60），（r4，1.1），并且參照單數(shù)據(jù)評估曲線建立r∈[0，1]完整曲線，表達式如下：

計算得到該月每天的綜合得分后，如果數(shù)據(jù)完整的天數(shù)滿足要求，利用加權(quán)平均的方法得到該月的綜合評估得分。

4 變電站、縣、市電能質(zhì)量評估

一般而言，變電站會有多條母線和線路，在完成母線和線路評估的基礎(chǔ)上，利用加權(quán)平均法，綜合這些母線和線路，可得到變電站的電能質(zhì)量評估結(jié)果。

式中：Sge_i為某條母線線路的某個電壓類電流類指標的評估分數(shù)；n為該變電站所有母線線路條數(shù)；Sstation為該變電站該指標的評估結(jié)果。

一個縣級單位內(nèi)包含多個變電站，在得到這些變電站的評估結(jié)果之后，利用加權(quán)平均的方法，可以得到該縣級單位的電能質(zhì)量情況。

式中：Sstation為某變電站某指標的評估結(jié)果；n為該縣擁有的變電站數(shù)量；Scounty為某指標的評估結(jié)果。

一個市由多個縣級單位組成，在每個縣級單位的評估結(jié)果上，利用加權(quán)平均的方法可以得到該市級單位的母線電能質(zhì)量情況。

式中：Scounty為該縣的評估結(jié)果；n為該市擁有的縣級單位數(shù)量；Scity為該市的評估結(jié)果。

5江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量評估實例

目前，已完成了江蘇電網(wǎng)2010年8～12月份的電能質(zhì)量評估工作。8月份江蘇電網(wǎng)監(jiān)測點概況如表2所示。

表2 8月份江蘇省總體監(jiān)測點概括

在8月份已評估的99個變電站中，電能質(zhì)量狀況總體來說優(yōu)良。其中有6個較差等級，17個中等等級，23個良好等級，53個優(yōu)秀等級。但是，一部分監(jiān)測點電能質(zhì)量狀況長期不好，超標相當嚴重，有待改善?？h級公司和市級公司的評估結(jié)果為：縣級公司中2個較差，11個中等，13個良好，12個優(yōu)秀；市級公司中3個中等，8個良好，1個優(yōu)秀。

6結(jié)束語

本文介紹了電能質(zhì)量研究背景和綜合評估研究現(xiàn)狀，闡述了江蘇電網(wǎng)在電能質(zhì)量評估方面開展的相關(guān)工作，結(jié)合已研究的電能質(zhì)量綜合評估算法，提出科學的單個指標、綜合指標的電能質(zhì)量評估方法。并利用加權(quán)平均的思想對變電站、市（縣）級供電公司進行了電能質(zhì)量評估，形成了江蘇電網(wǎng)完整的評估體系。評估結(jié)果的形象化展示有助于對電能質(zhì)量問題做進一步的了解。利用典型監(jiān)測數(shù)據(jù)的進行單項指標評估、綜合評估測試結(jié)果表明，所提的方法具有實用性和效率高等特點，為省網(wǎng)電能質(zhì)量工作的開展提供了參考。有助于調(diào)度和規(guī)劃部門及時的發(fā)現(xiàn)問題，也有利于實現(xiàn)電能按質(zhì)定價和供電雙方指定合同，有利于電能質(zhì)量市場的建立。

[1]周勝軍，于坤山，馮滿盈，等.電氣化鐵路供電電能質(zhì)量測試主要結(jié)果分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(13)：54-57.

[2]周 軒，錢敏慧，趙劍峰.電氣化鐵路造成的電能質(zhì)量問題對電能計量用TDM的影響研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(1)：28-32.

[3]郭 健.大規(guī)模風電并入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響[J].電氣自動化，2010，32(1)：47-50.

[4]黃德琥，陳繼軍，張 嵐.大規(guī)模風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響[J].新能源發(fā)電控制技術(shù)，2010，23(7)：27-30.

[5]張 蔓，林 濤，曹 健，等.2種電能質(zhì)量綜合評估方法的分析比較[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(21)：37-40.

[6]張炳達，王 靜.基于熵原理的電能質(zhì)量評估新方法[J].電力自動化設(shè)備，2008，29(10)：35-38.

[7]趙 霞，趙成勇，賈秀芳，等.基于可變權(quán)重的電能質(zhì)量模糊綜合評價[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(6)：11-15.

[8]肖 俊，王成山，周 敏.基于區(qū)間層次分析法的城市電網(wǎng)規(guī)劃綜合評判決策[J].中國電機工程學報，2004，24（4）：50-57.

[9]雷 剛，顧 偉，袁曉冬.灰色理論在電能質(zhì)量綜合評估中應(yīng)用[J].電力自動化設(shè)備，2009，29（11）：62-70.