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(jià)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(jī)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(dòng)沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并可充分將發(fā)電機(jī)組的余熱用于沼氣生產(chǎn)。沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的研究主要包括兩部分，一是建立電壓質(zhì)量指標(biāo)層次模型，二是采用合適的評(píng)估方法來(lái)對(duì)電壓質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，主要以沼氣發(fā)電的電壓質(zhì)量各個(gè)指標(biāo)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，在本文中包括了電壓偏差、電壓波動(dòng)、電壓閃變、諧波電壓、三相電壓不平衡和電壓暫降等6個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)。目前，針對(duì)中小型養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方面的研究較少，本文是基于矩陣?yán)碚摷皩哟畏治龇▉?lái)研究沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量，并綜合評(píng)價(jià)，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(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，并進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩蒂于20世紀(jì)70年代初，在為美國(guó)國(guó)防部研究“根據(jù)各個(gè)工業(yè)部門對(duì)國(guó)家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配”課題時(shí)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法?？蔀槎嗄繕?biāo)、多準(zhǔn)則、無(wú)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(biāo)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(shí)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(biāo)層，通常只有1個(gè)因素，最下層通常為測(cè)量方案層，中間通常為指標(biāo)層。

1.2 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

對(duì)各指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩對(duì)比之后，然后按9分位比率排定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)優(yōu)劣順序，依次構(gòu)造出評(píng)價(jià)指標(biāo)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(shí)，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(guò)專家進(jìn)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(rèn)識(shí)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(yùn)用矩陣?yán)碚?，?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(duì)稱矩陣

由專家進(jìn)行指標(biāo)間重要程度的判斷，得出兩兩比較判斷矩陣A，且為反對(duì)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(shí)數(shù)矩陣A，對(duì)Vi，j，k∈N，若有aikajk=aij，則稱A為完全一致性矩陣。A又是反對(duì)稱性矩陣，B為A的最優(yōu)傳遞矩陣，那么A＊＝10B是A的一個(gè)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(jì)算對(duì)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(jì)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(lái)計(jì)算判斷矩陣權(quán)重。

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

2 電壓質(zhì)量測(cè)試

電壓質(zhì)量測(cè)量圖如圖1所示。

3 電壓質(zhì)量評(píng)級(jí)

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(dòng)與閃變、三相不平衡、暫時(shí)或瞬態(tài)過(guò)電壓、波形畸變、電壓暫降與短時(shí)間中斷以及供電連續(xù)性等，所以參照電能質(zhì)量等級(jí)評(píng)定劃分原則，可將電壓質(zhì)量等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理[1]。

式中，x為評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際測(cè)量值；Xmin為實(shí)測(cè)指標(biāo)中的最小值；U(x)為歸一后無(wú)量綱化的值。

4 某農(nóng)村沼氣發(fā)電廠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 測(cè)量值

含沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量各指標(biāo)監(jiān)測(cè)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(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

4.2 建立電壓質(zhì)量層級(jí)

層次分析法電壓質(zhì)量層級(jí)如圖2所示。

圖1 電壓測(cè)量圖

表1 含沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量各指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

表2 不含沼氣發(fā)電電網(wǎng)電壓質(zhì)量各指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 層次分析法電壓質(zhì)量層級(jí)圖

圖中，1、2、3、4、5分別代表各監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

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(píng)分及分級(jí)

將表1、表2中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分并分級(jí)的情況如表3、表4所示。

表3 含沼氣發(fā)電電壓質(zhì)量評(píng)分表及等級(jí)

表4 不含沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量評(píng)分表及等級(jí)

5 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用層次分析法對(duì)含沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)，與不含沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)結(jié)果相符，對(duì)于沼氣發(fā)電的電網(wǎng)電壓質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)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(guó)電力出版社,2010.

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

[3]王躍輝.電壓暫降與短時(shí)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(guó)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[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(píng)價(jià)[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2013(4).