三峽大學(xué) 齊貴廣
對模糊理論電能質(zhì)量評價(jià)算法的研究
三峽大學(xué)齊貴廣
本文利用模糊理論對電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià),提出了基于模糊理論的電能質(zhì)量一級評判、二級評判算法。該算法對影響電能質(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),對最終的評判結(jié)果運(yùn)用加權(quán)平均法進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?,并以現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)為例,說明該評價(jià)算法的分析步驟和評判結(jié)果,驗(yàn)證該算法的正確性和有效性,該算法對綜合評價(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;評判算法;加權(quán)平均法
隨著社會(huì)的進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高。部分大工業(yè)用電造成電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重,有待解決。在我國,電力市場改革化,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)量問題首先是測量和分析電力系統(tǒng)中電流、電壓、頻率,通過精確測量,并進(jìn)行正確的分析,才能真實(shí)評價(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)量的評價(jià)算法上做一些研究。
利用模糊綜合評判理論對電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià),可根據(jù)各影響因素的側(cè)重點(diǎn)不同,組成不同的評判組合和評判等級。本論文考慮二級評判模型,具體評判過程為:
(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)組代入到對應(yīng)的隸屬函數(shù),便得到各自的隸屬度值。
(2)評判矩陣的形成
評定相應(yīng)指標(biāo)的等級,例如評判出“質(zhì)量優(yōu)”、“質(zhì)量良”、“質(zhì)量合格”和“質(zhì)量不合格”的等級界限,分別對應(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)國家標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)合電能質(zhì)量評價(jià)要求,得出一級、二級待評分項(xiàng)指標(biāo),如表1所示。
表1 待評分項(xiàng)指標(biāo)
2)電能質(zhì)量指標(biāo)模糊模型:
本文采用五級模糊評價(jià)集合{優(yōu),良,合格,差,很差}來描述電能質(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)評價(jià)因素。經(jīng)過相互比較,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)的評判算法
最后的評判結(jié)果在采用模糊綜合評判方法進(jìn)行計(jì)算時(shí),則需計(jì)算,采用“加乘”運(yùn)算。
對某煉鋼廠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)測量、記錄。某采樣點(diǎn)附近5個(gè)工頻周波內(nèi)的實(shí)測電壓、頻率和電流波形見圖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)量模糊的一級評判
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,然后建立評判向量。
表2所示各指標(biāo)的等級界限取值,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)算出評判結(jié)果,詳見如下過程。
對電壓指標(biāo)中的三項(xiàng)一級元素的權(quán)重向量可以取為:
表2 指標(biāo)的等級界限取值
從而可以得到電壓的評判結(jié)果為:
同理可得其他指標(biāo)的評判結(jié)果。
其評判矩陣為:
從而得到:
2.2電能質(zhì)量模糊的二級評判
二級評判考慮單因素指標(biāo)頻率偏差和一級評判中的兩項(xiàng)指標(biāo),頻率偏差評判向量為:
該矩陣中行向量對應(yīng)電壓、頻率、波形畸變??傻迷u判結(jié)果為:
2.3電能質(zhì)量綜合評判的結(jié)果分析
針對具有多個(gè)評判對象,并使用模糊評判方法進(jìn)行評判得出的結(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,例如5個(gè)評判等級,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,所以評定電能質(zhì)量為“良好”。采用模糊一級評判、二級評判算法,多種因素均可考慮進(jìn)去,并對結(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[2],判斷結(jié)果具有全面性和合理性。
本文運(yùn)用該評判方法,針對某鋼廠的現(xiàn)場采集的實(shí)測數(shù)據(jù),對電能質(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)量模糊綜合一級評判、二級評判,得到最終評判結(jié)果;并利用加權(quán)平均法對電能質(zhì)量綜合評判的結(jié)果進(jìn)行分析,得出合理的最終評判結(jié)論。該算法簡單易懂,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)量綜合評價(jià)方法研究[J].繼電器,2006,02:2-10.