丁孝華,黃堃,楊文

配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型分析

丁孝華,黃堃,楊文

南瑞集團(tuán)有限公司;國(guó)電南瑞科技股份有限公司, 江蘇 南京 211106

由于配電網(wǎng)變壓器電能具有較為復(fù)雜的擾動(dòng)性，且隨機(jī)性較大，使得評(píng)估電能質(zhì)量具有一定的難度，但評(píng)估電能質(zhì)量是改善電能質(zhì)量，使其滿(mǎn)足用戶(hù)需求的必要手段。為此，提出了多指標(biāo)共同約束下的配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型。依據(jù)電能質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，選取三相不平衡度指標(biāo)、電壓偏差指標(biāo)、頻率偏差指標(biāo)、電壓波動(dòng)指標(biāo)和諧波含量指標(biāo)等作為配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量的評(píng)估指標(biāo)，獲取不同評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重。采用TOPSIS方法在評(píng)估指標(biāo)的基礎(chǔ)上構(gòu)建電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型，通過(guò)對(duì)比相對(duì)貼近度的大小實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量的綜合評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提模型的評(píng)估結(jié)果精準(zhǔn)度高。

變壓器; 電能質(zhì)量; 評(píng)估模型

電能質(zhì)量評(píng)估通常是指通過(guò)建模仿真獲取的數(shù)據(jù)以及配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)[1-3]，在電能質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)估，通過(guò)電能質(zhì)量評(píng)估可以降低發(fā)電電價(jià)和成本[4]。當(dāng)前變壓器電能質(zhì)量評(píng)估方法存在指標(biāo)顯著度低和評(píng)估精準(zhǔn)度低的方法，需要對(duì)變壓器電能質(zhì)量評(píng)估方法進(jìn)行分析和研究。黃沁悅等[5]通過(guò)白化權(quán)函數(shù)對(duì)電能質(zhì)量子等級(jí)進(jìn)行劃分，獲取區(qū)間證據(jù)，在證據(jù)融合理論的基礎(chǔ)上利用證據(jù)置信度實(shí)現(xiàn)變壓器電能質(zhì)量的綜合評(píng)估。李熊等[6]通過(guò)指標(biāo)域電能質(zhì)量評(píng)估模型計(jì)算馬太效應(yīng)收益虧損因子，利用積分法選取電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)，獲得各項(xiàng)指標(biāo)在考察周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的評(píng)估值，通過(guò)有序加權(quán)算子加權(quán)求和所有評(píng)估值，實(shí)現(xiàn)變壓器電能質(zhì)量的綜合評(píng)估。

本文提出配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型。構(gòu)建多個(gè)配電網(wǎng)變壓器的評(píng)估指標(biāo)，計(jì)算綜合權(quán)重，依據(jù)得到的多指標(biāo)綜合權(quán)重構(gòu)建配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型，并對(duì)所設(shè)計(jì)模型驗(yàn)證。

1 評(píng)估指標(biāo)及綜合權(quán)重

1.1 不同指標(biāo)的計(jì)算方法

（1）在配電網(wǎng)變壓器中，若出現(xiàn)負(fù)荷不平衡狀態(tài)，則極易導(dǎo)致三相不平衡，即造成三相電壓或電流的數(shù)值不相等或頻率不同等現(xiàn)象。設(shè)三相電量分別為a、b、c，則此時(shí)的三相不平衡度指標(biāo)為：

（2）若配電網(wǎng)變壓器的某一運(yùn)行節(jié)點(diǎn)電壓與其額定電壓產(chǎn)生偏差，則該偏差對(duì)系統(tǒng)額定電壓的百分?jǐn)?shù)為電壓偏差。其公式為：

其中，運(yùn)行代表該節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)下的電壓，額定代表系統(tǒng)的額定電壓。

（3）配電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)有功功率如果與整體配電網(wǎng)的負(fù)荷之間不平衡，將導(dǎo)致頻率偏差，其為系統(tǒng)頻率的額定頻率與實(shí)際頻率之間的差值。具體公式為：

=|額定-實(shí)際| (3)

其中，額定和實(shí)際分別表示額定頻率和實(shí)際頻率。

(4)電壓均方根值或電壓的快速、連續(xù)的變化現(xiàn)象稱(chēng)為電壓波動(dòng)。其值表示為：

其中，D代表電壓的變化值。

(5)諧波是由于非線(xiàn)性負(fù)荷的波形畸變導(dǎo)致的。計(jì)算方法為：

其中，U表示3 s內(nèi)第次測(cè)量的次諧波方均根植，表示3 s內(nèi)經(jīng)過(guò)均勻間隔的測(cè)量次數(shù)。

1.2 綜合權(quán)重的計(jì)算

式中，為參數(shù)。加權(quán)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重值和個(gè)體權(quán)重向量，獲得電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的綜合主觀權(quán)重向量：

利用熵值得到第個(gè)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的客觀權(quán)重：

二是放種。同塘放養(yǎng)的魚(yú)苗應(yīng)是同一批次孵化的魚(yú)苗，以保證魚(yú)苗規(guī)格比較整齊。魚(yú)種放養(yǎng)前，除培養(yǎng)好水質(zhì)外，還要做好“試水”“緩苗”“補(bǔ)餌”“抗應(yīng)激”“消毒”等措施，以保證魚(yú)種的存活率。

結(jié)合熵權(quán)法和聚類(lèi)層次分析法計(jì)算電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的綜合權(quán)重z：

2 電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型

所提模型采用TOPSIS方法構(gòu)建電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型，具體過(guò)程如下。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化處理

式中，為第個(gè)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

2.2 確定虛擬的最差方案和最優(yōu)方案

設(shè)-為最小序列值，通過(guò)最差值-得到，為最差方案；+為最大序列值，通過(guò)最優(yōu)值+得到，為最優(yōu)方案，-和+的表達(dá)式分別如下：

2.3 關(guān)聯(lián)度和歐式距離

設(shè)為虛擬最優(yōu)和第個(gè)方案之間的關(guān)聯(lián)度；為虛擬最差和第個(gè)方案之間的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算公式分別為：

2.4 判斷擬合

如果一個(gè)待評(píng)估方案的關(guān)聯(lián)度與歐式距離的數(shù)值較小，表明方案較差，反之方案較好。根據(jù)上述分析，用兩個(gè)特征量擬合上述四個(gè)變量：

2.5 綜合評(píng)估結(jié)果

設(shè)G為評(píng)估方案對(duì)應(yīng)的相對(duì)貼近度，通過(guò)特征量、擬合得到：

通過(guò)相對(duì)貼近度G完成配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量的綜合評(píng)估。當(dāng)相對(duì)貼近度G的值越大時(shí)，表明配電網(wǎng)變壓器的電能質(zhì)量越好；反之，表明配電網(wǎng)電壓器的電能質(zhì)量越差。

3 結(jié)果與分析

利用主客觀權(quán)重的TOPSIS方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量綜合評(píng)估，分別采用本文模型、文獻(xiàn)[5]模型以及文獻(xiàn)[6]模型進(jìn)行電能質(zhì)量諧波含量指標(biāo)所處等級(jí)統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果如表1所示：

由表1可知，本文模型在進(jìn)行電能質(zhì)量諧波含量指標(biāo)所處等級(jí)統(tǒng)計(jì)中效果最佳。將三相不平衡度指標(biāo)、電壓偏差指標(biāo)、頻率偏差指標(biāo)、電壓波動(dòng)指標(biāo)和諧波含量指標(biāo)5種評(píng)估指標(biāo)作為配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量的評(píng)估指標(biāo)，獲取不同評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重，依據(jù)得到的多指標(biāo)綜合權(quán)重評(píng)估配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量，其各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重以及評(píng)估結(jié)果如表2所示。

表2 各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重及評(píng)估結(jié)果

由表2可以看出，本文模型的權(quán)重值更高，評(píng)估結(jié)果更準(zhǔn)確。將指標(biāo)顯著度作為測(cè)試指標(biāo)，顯著度越高表明指標(biāo)越可以反映配電網(wǎng)變壓器的電能質(zhì)量。將評(píng)估精準(zhǔn)度作為測(cè)試指標(biāo)進(jìn)一步驗(yàn)證采用配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型、文獻(xiàn)[5]模型和文獻(xiàn)[6]模型的整體有效性，對(duì)比三種模型的評(píng)估精準(zhǔn)度，測(cè)試結(jié)果如圖1。

本文評(píng)估模型在多次迭代中的評(píng)估精準(zhǔn)度均高于文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]模型，因?yàn)楸疚姆椒ㄔ谂潆娋W(wǎng)變壓器電能質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合熵權(quán)法和層析分析法對(duì)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，提高了指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確率，進(jìn)而提高了電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型的評(píng)估準(zhǔn)確度。

圖1 三種模型的評(píng)估精準(zhǔn)度

4 結(jié)語(yǔ)

為了建立有效且公平的配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量市場(chǎng)，需要對(duì)配電網(wǎng)變壓器的電能質(zhì)量綜合評(píng)估。提出配電網(wǎng)變壓器電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型，通過(guò)高顯著度的電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)采用TOPSIS方法構(gòu)建電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型，解決了當(dāng)前評(píng)估模型中存在的問(wèn)題，為配電網(wǎng)變壓器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

[1] 吳正玲,張楠楠.基于支持向量回歸機(jī)的電能質(zhì)量評(píng)估[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2016,39(23):148-151

[2] 戚雙斌,馮衛(wèi)永,楊哲.艦船電力系統(tǒng)電能質(zhì)量測(cè)試分析[J].電網(wǎng)與清潔能源,2017,33(6):41-46

[3] 廖建權(quán),周念成,王強(qiáng)鋼,等.直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)定義及關(guān)聯(lián)性分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2018,38(23):81-94,353

[4] 樊露丹,王曉杰,苗長(zhǎng)新.基于扇區(qū)判斷的三電平APF多目標(biāo)模型預(yù)測(cè)電流控制[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2017,38(2):40-45

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Analysis on Power Quality Comprehensive Evaluation Model of Distribution Network Transformers

DING Xiao-hua, HUANG Kun, YANG Wen

211106,

Because of the complex disturbance and randomness of transformer power in distribution network, it is difficult to evaluate power quality. However, power quality evaluation is a necessary means to improve power quality and satisfy users'needs. Therefore, a comprehensive evaluation model of transformer power quality in distribution network with multi-index constraints is proposed. According to the power quality evaluation criteria, three-phase unbalance index, voltage deviation index, frequency deviation index, voltage fluctuation index and harmonic content index are selected as the power quality evaluation indicators of distribution transformers, and the comprehensive weights of different evaluation indicators are obtained. The TOPSIS method is used to construct a comprehensive evaluation model of power quality based on the evaluation index. By comparing the relative closeness, the comprehensive evaluation of power quality of distribution network transformers is realized. The experimental results show that the accuracy of the evaluation results of the proposed model is high.

Transformer; power quality; evaluation model

TM744

A

1000-2324(2019)05-0846-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.05.023

2018-09-20

2018-10-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃:水泥爐窯的高能效低排放關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與工業(yè)示范(2016YFB0601500);南瑞集團(tuán)有限公司項(xiàng)目:配電網(wǎng)能效管理與園區(qū)綜合能源管控關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化(524608170069)

丁孝華(1974-),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃. E-mail:yangwen@sgepri.sgcc.com.cn