CN112016819A - 一种低压台区电能质量综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低压台区电能质量综合评估方法。本发明建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合；进一步构建判断矩阵，应用标度拓展法确定所选指标的主观权重，通过变权理论确定所选指标的客观权重，进一步确定所选指标的综合权重；所选指标的监测值经归一化处理后，计算所选指标的正、负理想解序列，进一步计算灰色关联法的分辨系数和正、负向关联系数，再利用基于木桶理论的对数方法进行指标聚合，进一步计算带权的正、负向灰色关联度，再计算正、负向欧式距离，进一步计算正、负综合关联度，构建综合评估指标用于评估监测点的整体电能质量。本发明提升了对恶劣指标的区分能力，实现了更符合电能质量评定目标的评价结果。

Description

一种低压台区电能质量综合评估方法

技术领域

本发明属于电能质量监测与管理领域，具体涉及一种低压台区电能质量综合评估方法。

背景技术

以农村偏远地区为代表的配电网末端建设较为薄弱，负荷较轻，电力传输的距离比较远，超过了配电网供电线路的供电半径，造成了线路上输电损耗较大，末端供电能力不足，导致了以低电压为代表的多种电能质量问题。传统上通过采用并联电容器及调节变压器分接头等措施进行无功补偿，从而调节电压；同时，为充分发挥以光伏为代表的分布式发电所具备的无功补偿潜力，通过采用光伏发电进行低电压治理的措施开始受到了广泛关注。为了较好衡量光伏等分布式电源接入配电网的性能，需要采用有效方法对低压台区的电能治理进行综合评估。

随着我国经济和社会生产的发展，用户对电能质量的需求量和电能品质的要求也越来越高，如何利用我国现有的单项电能质量指标国家标准进行合理的电能质量综合评估，是电力市场化中电能按质定价的基础。电能质量综合评估中的两个关键环节为指标赋权和综合评价。其中指标权重值是否合理与准确直接影响评价结果可靠性，但传统的主观赋权法和客观赋权法均无法有效反映指标集的非线性和涌现性特征，较小权重的指标量出现剧烈变化时，容易出现误判。为避免此问题，学者们在各领域开展了对变权理论的研究。有文献定义了电能质量指标的模糊模型，按指标模糊质量的倒数设计变权方案；还有文献提出先构建综合权重，再利用均衡函数进行变权。

电能质量评估是一个多指标联合决策的过程，受监测数据随机性的影响，表现出“灰色”特点，灰色关联法是这类问题的常用评价方法。传统灰色关联法通过构造正负理想解，再由灰色关联度函数来描述指标集之间的相似程度来实现综合排序。理想解法利用欧氏距离函数来描述两者之间的接近程度，引入理想解法可以对灰色关联法无法区分的指标集实现有效评价。但现有改进灰色关联法的研究中，往往采用线性的指标聚合方式计算灰色关联度，突出优质指标和高权重指标的作用，影响评价结果的正确性。

发明内容

本发明的目的在于结合变权理论和信息熵赋权法构造可变客观权重，避免常权方法确定权重的局限性；引入理想解法弥补传统灰色关联法的不足，建立待评价指标集之间的灰色关联度模型；基于木桶理论，引入对数聚合系数调整灰色关联度计算公式，以体现对“恶劣”指标的惩罚，最优计算综合关联度进行综合排序。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种低压台区电能质量综合评估方法，具体实现步骤如下：

步骤1：建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合；

步骤2：构建判断矩阵，结合判断矩阵通过应用标度拓展法确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的主观权重，通过变权理论确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的的客观权重，进一步确定一级电能质量指标、二级电能质量指标的综合权重；

步骤3：通过监测点处一级电能质量指标下的二级电能质量指标的经归一化处理的监测值计算一级电能质量指标的二级电能质量指标的正理想解以及负理想解，构建正理想解序列、负理想解序列，计算一级电能质量指标下的二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值，结合正理想解序列计算灰色关联法的分辨系数，计算正向关联系数以及负向关联系数，基于木桶理论的对数方法进行指标聚合得到关联度聚合度，以计算带权正向灰色关联度、带权负向灰色关联度，计算正向欧式距离和负向欧式距离，进一步计算正综合关联度、负综合关联度，通过正综合关联度、负综合关联度构建综合评估指标用于评估监测点的整体电能质量。

作为优选，步骤1所述建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，k₁∈[1,s_i]

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，s_i为一级电能质量指标i下二级电能质量指标的数量，

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的监测值；

步骤1中所述一级电能质量指标包含但不限于电压偏差、电压闪变、电压波动、谐波畸变、三相不平衡、频率偏差、供电可靠性；

步骤1中所述二级电能质量指标包括但不限于电压幅值平均偏差、电压偏差持续时间、闪变水平、闪变持续时间、电压平均波动幅度、波动持续时间、总谐波含量、谐波持续时间、不平衡度、不平衡持续时间、频率平均偏差、频率偏差持续时间、电压凹陷、间断持续时间。

作为优选，步骤2所述构建判断矩阵为：

其中，W^*表示判断矩阵且具有完全一致性，是n*n的正互反矩阵，n为一级电能质量指标的数量，对一级电能质量指标进行相对重要性排序，t_k表示第k个一级电能质量指标相对第k+1个一级电能质量指标的重要性，k∈[1,n-1]具体为：

若X_k相对于X_k-1同样重要，则t_k取a₁；

若X_k相对于X_k-1稍微重要，则t_k取a₂；

若X_k相对于X_k-1明显重要，则t_k取a₃；

若X_k相对于X_k-1非常重要，则t_k取a₄；

若X_k相对于X_k-1极端重要，则t_k取a₅。

其中，a₁＜a₂＜a₃＜a₄＜a₅，

为判断矩阵中第i₀行第j₀列的元素，即表示第i₀个一级电能质量指标相对第j₀个一级电能质量指标的主观权重，反应第i₀个一级电能质量指标相对第j₀个一级电能质量指标的重要程度，i₀∈[1,n]，j₀∈[1,n]，i₀≠j₀；

步骤2所述结合判断矩阵通过应用标度拓展法确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的主观权重为：

对于电能质量指标集合

定义m为监测点数，n为一级电能质量指标数，s_i为一级电能质量指标i下二级电能质量指标数，

按照指标类型可分为偏差类指标、持续时间类指标和可靠性指标。

一级电能质量指标i₀的主观权重值记为

具体计算如下：

一级电能质量指标i₀下二级电能质量指标的相对权重记为

为行向量且向量元素数量为

对

个二级电能质量指标

进行相对重要性排序。其中，

表示第k₀个二级电能质量指标相对第k₀+1个二级电能质量指标的重要性。k₀取值方法与k取值方法相同。

一级电能质量指标i₀下二级电能质量指标的主观权重记为

具体计算如下：

其中，一级电能质量指标i₀下第k₀个二级电能质量指标的主观权重具体值为

步骤2所述通过变权理论确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的的客观权重为：

应用综合电能质量在线监测装置对配电网中m个监测点的n个电能质量二级电能质量指标进行监测，获得原始的电能质量评估指标监测数据集为

在实际过程中，一般来说，不同的电能质量指标的测量单位是不同的，而为了使综合评估过程中每项指标都具有同等表现力，需要将电能质量综合评估指标数据进行归一化处理，得到

归一化处理的过程是使指标波动范围限制于区间[0,1]，且指标数据越好，归一化后的指标数据越大；

若对于指标数据越大越好的高优型指标，归一化方法为：

若对于指标数据越小越好的低优型指标，归一化方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下第k₁个二级电能质量指标的m个监测数据中最大值，

为一级电能质量指标j₁下第k₁个二级电能质量指标的m个监测数据中最小值。对于电能质量指标集合

定义m为监测点数，n为一级电能质量指标数，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，定义电能质量等级数为r，定义电能质量指标集的隶属度集为

其中，i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，k₁∈[1,s_j]，l₁∈[1,r]；

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁对于电能质量等级l₁的隶属度值。

按照指标类型可分为偏差类指标、持续时间类指标和可靠性指标；

偏差类指标的隶属度值计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁，其国家标准规定的允许运行值上限，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁,其国家标准规定的允许运行值下限。

持续时间类指标的隶属度值计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁,其国家标准规定的偏差值允许持续时间，k₀为固定系数，取为0.13。

可靠性指标的隶属度计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，

为电能质量综合评估指标数据经归一化处理得到的值。

偏差类指标包括但不限于电压幅值平均偏差、闪变水平、电压平均波动幅度、总谐波含量、三相不平衡度、频率平均偏差以及电压凹陷度。

持续时间类指标包括但不限于电压偏差持续时间、闪变持续时间、波动持续时间、谐波持续时间、不平衡持续时间、频率偏差持续时间、和间断持续时间。

可靠性指标包括供电可靠性；

定义监测点i₁处电能指标隶属度和电能质量评价集之间的模糊关系为

模糊关系计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量；

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁对于电能质量等级l₁的模糊映射关系；

信息熵值计算方法为：

式中，

为指标一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的信息熵值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的常权信息熵；

引入变权理论对信息熵进行处理，实现信息熵变权以突出恶劣指标对综合评判结果的影响；

以电能质量“合格”作为标准，监测点i₁处的整体电能质量在合格等级J及以上等级的隶属度记为

信息熵变客观权重即

计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

式中，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁对电能质量等级l₁的隶属度。

为监测点i₁处n个一级电能质量指标，以及每个一级电能质量指标j₁下的

个二级电能质量指标，其对电能质量合格等级l₁∈[1,2,...,J)的隶属度值的最大值。

越小表示监测点i₁的整体电能质量水平越差，该点处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的变权系数

越大，其中a为性能均衡修正系数；

步骤2所述进一步确定一级电能质量指标、二级电能质量指标的综合权重为：

其中，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的主观权重值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的信息熵变客观权重值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的最终综合权重值；

作为优选，步骤3所述监测点处一级电能质量指标下的二级电能质量指标的经归一化处理的监测值为：

对于电能质量指标集合

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的监测值，经归一化处理后的指标为

步骤3所述计算一级电能质量指标的二级电能质量指标的正理想解以及负理想解为：

一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的正理想解即

为：

一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的负理想解即

为：

式中，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁在m个监测点值的最大值，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁在m个监测点值的最小值；

步骤3所述构建正理想解序列、负理想解序列为：

由

构成的正理想解序列记为，由

构成的负理想解序列记为R^-，分别表示如下：

步骤3所述计算一级电能质量指标下的二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值为：

式中，

表示对m个监测点的n个一级电能质量指标及各一级电能质量指标j₁对应的

个二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值；

步骤3所述计算灰色关联法的分辨系数为：

式中，ρ为灰色关联法的分辨系数，取值应满足：X_Δ＜1/3时，X_Δ≤ρ≤1.5X_Δ；当X_Δ≥1/3时，1.5X_Δ≤ρ≤2X_Δ；

步骤3所述计算正向关联系数为：

记监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的归一化后指标

与一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的正理想解

的关联度为正向关联系数，记为

具体计算方法为：

步骤3所述计算负向关联系数为：

记监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的归一化后指标

与一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的负理想解

的关联度负向关联系数，记为

具体计算方法为：

步骤3所述基于木桶理论的对数方法进行指标聚合得到关联度聚合度为：

引入基于木桶理论的对数方法进行指标聚合，关联度聚合度为：

式中，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的健康得分，且I_jc∈[1,5]，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的综合权重值；

步骤3所述分别计算带权正向灰色关联度和带权负向灰色关联度为：

式中，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与正理想解R⁺之间的灰色关联度，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与负理想解R^-之间的灰色关联度；

步骤3所述分别计算正向欧式距离和负向欧式距离为：

式中，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与正理想解R⁺之间的欧式距离，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与负理想解R^-之间的欧式距离。

步骤3所述计算正综合关联度、负综合关联度为：

构造综合正综合关联度

和负综合关联度

为：

式中，α₁为第一线性系数，α₂为第二线性系数，，α₁，α₂∈[0,1]且α₁+α₂＝1；

步骤3所述正综合关联度、负综合关联度构建综合评估指标为：

式中，

值越大表示监测点i₁处的整体电能质量越好；

综合评估指标即

值用于评估监测点的整体电能质量。

本发明的有益效果是：

结合变权理论调整传统信息熵赋权法，对恶劣指标赋予更高的客观权重，提升决策方案对恶劣指标的重视度；

引入理想解法修改传统的灰色关联法，提升评价方法对不同待评指标集的区分能力；

用基于木桶理论的对数聚合方法替代传统的线性聚合方法，调整灰色关联法的关联度计算公式，提升了对恶劣指标的区分能力，实现了更符合电能质量评定目标的评价结果。

附图说明

图1：为本发明的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的流程图，本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种低压台区电能质量综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合；

作为优选，步骤1所述建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，k₁∈[1,s_i]

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，s_i为一级电能质量指标i下二级电能质量指标的数量，

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的监测值；

步骤1中所述一级电能质量指标包含但不限于电压偏差、电压闪变、电压波动、谐波畸变、三相不平衡、频率偏差、供电可靠性；

步骤1中所述二级电能质量指标包括但不限于电压幅值平均偏差、电压偏差持续时间、闪变水平、闪变持续时间、电压平均波动幅度、波动持续时间、总谐波含量、谐波持续时间、不平衡度、不平衡持续时间、频率平均偏差、频率偏差持续时间、电压凹陷、间断持续时间。

步骤2：构建判断矩阵，结合判断矩阵通过应用标度拓展法确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的主观权重，通过变权理论确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的的客观权重，进一步确定一级电能质量指标、二级电能质量指标的综合权重；

步骤2所述构建判断矩阵为：

其中，W^*表示判断矩阵且具有完全一致性，是n*n的正互反矩阵，n为一级电能质量指标的数量，对一级电能质量指标进行相对重要性排序，t_k表示第k个一级电能质量指标相对第k+1个一级电能质量指标的重要性，k∈[1,n-1]具体为：

若X_k相对于X_k-1同样重要，则t_k取a₁；

若X_k相对于X_k-1稍微重要，则t_k取a₂；

若X_k相对于X_k-1明显重要，则t_k取a₃；

若X_k相对于X_k-1非常重要，则t_k取a₄；

若X_k相对于X_k-1极端重要，则t_k取a₅。

其中，a₁＜a₂＜a₃＜a₄＜a₅，

为判断矩阵中第i₀行第j₀列的元素，即表示第i₀个一级电能质量指标相对第j₀个一级电能质量指标的主观权重，反应第i₀个一级电能质量指标相对第j₀个一级电能质量指标的重要程度，i₀∈[1,n]，j₀∈[1,n]，i₀≠j₀；

其中，t_k的具体取值为a₁＝1，a₂＝1.2，a₃＝1.4，a₄＝1.6，a₅＝1.8.步骤2所述结合判断矩阵通过应用标度拓展法确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的主观权重为：

对于电能质量指标集合

定义m为监测点数，n为一级电能质量指标数，s_i为一级电能质量指标i下二级电能质量指标数，

按照指标类型可分为偏差类指标、持续时间类指标和可靠性指标。

一级电能质量指标i₀的主观权重值记为

具体计算如下：

一级电能质量指标i₀下二级电能质量指标的相对权重记为

为行向量且向量元素数量为

对

个二级电能质量指标

进行相对重要性排序。其中，

表示第k₀个二级电能质量指标相对第k₀+1个二级电能质量指标的重要性。k₀取值方法与k取值方法相同。

一级电能质量指标i₀下二级电能质量指标的主观权重记为

具体计算如下：

其中，一级电能质量指标i₀下第k₀个二级电能质量指标的主观权重具体值为

步骤2所述通过变权理论确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的的客观权重为：

应用综合电能质量在线监测装置对配电网中m个监测点的n个电能质量二级电能质量指标进行监测，获得原始的电能质量评估指标监测数据集为

在实际过程中，一般来说，不同的电能质量指标的测量单位是不同的，而为了使综合评估过程中每项指标都具有同等表现力，需要将电能质量综合评估指标数据进行归一化处理，得到

归一化处理的过程是使指标波动范围限制于区间[0,1]，且指标数据越好，归一化后的指标数据越大；

若对于指标数据越大越好的高优型指标，归一化方法为：

若对于指标数据越小越好的低优型指标，归一化方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下第k₁个二级电能质量指标的m个监测数据中最大值，

为一级电能质量指标j₁下第k₁个二级电能质量指标的m个监测数据中最小值。对于电能质量指标集合

定义m为监测点数，n为一级电能质量指标数，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，定义电能质量等级数为r，定义电能质量指标集的隶属度集为

其中，i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，k₁∈[1,s_j]，l₁∈[1,r]；

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁对于电能质量等级l₁的隶属度值。

按照指标类型可分为偏差类指标、持续时间类指标和可靠性指标；

偏差类指标的隶属度值计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁，其国家标准规定的允许运行值上限，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁,其国家标准规定的允许运行值下限。

持续时间类指标的隶属度值计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁,其国家标准规定的偏差值允许持续时间，k₀为固定系数，取为0.13。

可靠性指标的隶属度计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，

为电能质量综合评估指标数据经归一化处理得到的值。

偏差类指标包括但不限于电压幅值平均偏差、闪变水平、电压平均波动幅度、总谐波含量、三相不平衡度、频率平均偏差以及电压凹陷度。

持续时间类指标包括但不限于电压偏差持续时间、闪变持续时间、波动持续时间、谐波持续时间、不平衡持续时间、频率偏差持续时间、和间断持续时间。

可靠性指标包括供电可靠性；

定义监测点i₁处电能指标隶属度和电能质量评价集之间的模糊关系为

模糊关系计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量；

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁对于电能质量等级l₁的模糊映射关系；

信息熵值计算方法为：

式中，

为指标一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的信息熵值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的常权信息熵；

引入变权理论对信息熵进行处理，实现信息熵变权以突出恶劣指标对综合评判结果的影响；

以电能质量“合格”作为标准，监测点i₁处的整体电能质量在合格等级J及以上等级的隶属度记为

信息熵变客观权重即

计算方法为：

i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，

式中，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁对电能质量等级l₁的隶属度。

为监测点i₁处n个一级电能质量指标，以及每个一级电能质量指标j1下的

个二级电能质量指标，其对电能质量合格等级l₁∈[1,2,...,J)的隶属度值的最大值。

越小表示监测点i₁的整体电能质量水平越差，该点处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的变权系数

越大，其中a为性能均衡修正系数；

步骤2所述进一步确定一级电能质量指标、二级电能质量指标的综合权重为：

其中，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的主观权重值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的信息熵变客观权重值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的最终综合权重值；

步骤3：通过监测点处一级电能质量指标下的二级电能质量指标的经归一化处理的监测值计算一级电能质量指标的二级电能质量指标的正理想解以及负理想解，构建正理想解序列、负理想解序列，计算一级电能质量指标下的二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值，结合正理想解序列计算灰色关联法的分辨系数，计算正向关联系数以及负向关联系数，基于木桶理论的对数方法进行指标聚合得到关联度聚合度，以计算带权正向灰色关联度、带权负向灰色关联度，计算正向欧式距离和负向欧式距离，进一步计算正综合关联度、负综合关联度，通过正综合关联度、负综合关联度构建综合评估指标用于评估监测点的整体电能质量。

步骤3所述监测点处一级电能质量指标下的二级电能质量指标的经归一化处理的监测值为：

对于电能质量指标集合

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的监测值，经归一化处理后的指标为

步骤3所述计算一级电能质量指标的二级电能质量指标的正理想解以及负理想解为：

一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的正理想解即

为：

一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的负理想解即

为：

式中，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁在m个监测点值的最大值，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁在m个监测点值的最小值；

步骤3所述构建正理想解序列、负理想解序列为：

由

构成的正理想解序列记为，由

构成的负理想解序列记为R^-，分别表示如下：

步骤3所述计算一级电能质量指标下的二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值为：

式中，

表示对m个监测点的n个一级电能质量指标及各一级电能质量指标j₁对应的

个二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值；

步骤3所述计算灰色关联法的分辨系数为：

式中，ρ为灰色关联法的分辨系数，取值应满足：X_Δ＜1/3时，X_Δ≤ρ≤1.5X_Δ；当X_Δ≥1/3时，1.5X_Δ≤ρ≤2X_Δ；

步骤3所述计算正向关联系数为：

记监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的归一化后指标

与一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的正理想解

的关联度为正向关联系数，记为

具体计算方法为：

步骤3所述计算负向关联系数为：

记监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的归一化后指标

与一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的负理想解

的关联度负向关联系数，记为

具体计算方法为：

步骤3所述基于木桶理论的对数方法进行指标聚合得到关联度聚合度为：

引入基于木桶理论的对数方法进行指标聚合，关联度聚合度为：

式中，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的健康得分，且I_jc∈[1,5]，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的综合权重值；

步骤3所述分别计算带权正向灰色关联度和带权负向灰色关联度为：

式中，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与正理想解R⁺之间的灰色关联度，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与负理想解R^-之间的灰色关联度；

步骤3所述分别计算正向欧式距离和负向欧式距离为：

式中，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与正理想解R⁺之间的欧式距离，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与负理想解R^-之间的欧式距离。

步骤3所述计算正综合关联度、负综合关联度为：

构造综合正综合关联度

和负综合关联度

为：

式中，α₁为第一线性系数，α₂为第二线性系数，，α₁，α₂∈[0,1]且α₁+α₂＝1；

步骤3所述正综合关联度、负综合关联度构建综合评估指标为：

式中，

值越大表示监测点i₁处的整体电能质量越好；

综合评估指标即

值用于评估监测点的整体电能质量。

适用指标的编号为Data3＝{x₁，x₃，x₅，x₇，x₉，x₁₁}；持续时间类指标的隶属度函数，适用指标的编号为Data4＝{x₂，x₄，x₆，x₈，x₁₀，x₁₂}；可靠性指标的隶属度函数，适用指标的编号为Data5＝{x₁₃}.

以某10kV配电***中3个监测点的数据为基础，进行电能质量评估。A₁～A₅为从优到劣的五个电能质量等级，指标组根据国家相关标准和行业专家经验确定，；B₁～B₃为3个监测点，对某周内采集到的监测数据进行统计，将95％概率大值作为原始指标数据填入表1。

表1指标原始监测数据

基于标度拓展法和变权理论算得综合权重如下：

上式中，ω_i为主观权重值，v_i1为常熵客观权重值，v_i2B1，v_i2B2和v_i2B3为引入变权理论的指标集信息熵客观权重值，α_i为最终综合权重值。

解得综合权重α_i，经归一和加权得到加权决策矩阵R^*，求得正负理想解为：

R⁺＝[0.0743 0.0629 0.0680 0.1269 0.0659 0.0717 0.0761 0.0593 0.07180.0602 0.0630 0.0741 0.1259]

R^-＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]

算得Δ_v＝0.0254，X_Δ＝0.2003<1/3，确定分辨系数为ρ＝0.3。

分别计算线性加权下ρ＝0.5时的综合关联度G₁和按本发明方法选取的ρ＝0.3时综合关联度G₂：

ΔG₁＝G_1max-G_1min＝0.7199-0.2634＝0.4565

ΔG₂＝G_2max-G_2min＝0.7712-0.209＝0.5622

可以看出ΔG₁<ΔG₂，说明按本发明方法选取ρ值得到的关联度分布区间比较大，可以较好地抑制观测序列恶劣值对评估结果的干扰。算得综合灰色关联度值

和

列于表2，最终决策判据S_i也列于表2中。

表2电能质量评估结果

由表3所示原始监测数据可知，监测点B₂的数据中，电压偏差持续时间和谐波持续时间处于“恶劣”等级，电能质量综合评价结果应趋向“恶劣”等级。基于对表3的判断分析表4数据，监测点B₂的综合评价结果中，传统灰色关联法评定等级为“中”，而采用本文方法评定等级为“劣”，两种方法结果差异的原因主要是传统灰色关联法采用的线性信息聚合方式，由于指标x₂和指标x₈的权重较低，其恶劣影响被其他高权重的优良指标掩盖，导致评价值趋于更优。同样应用本文方法，将B₂的指标x₂监测值修改为6.0，恶劣指标的影响减弱，最终等级评定值即变为“中”，评定结果即与传统灰色关联法一致。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种低压台区电能质量综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合；

步骤2：构建判断矩阵，结合判断矩阵通过应用标度拓展法确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的主观权重，通过变权理论确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的的客观权重，进一步确定一级电能质量指标、二级电能质量指标的综合权重；

步骤3：通过监测点处一级电能质量指标下的二级电能质量指标的经归一化处理的监测值计算一级电能质量指标的二级电能质量指标的正理想解以及负理想解，构建正理想解序列、负理想解序列，计算一级电能质量指标下的二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值，结合正理想解序列计算灰色关联法的分辨系数，计算正向关联系数以及负向关联系数，基于木桶理论的对数方法进行指标聚合得到关联度聚合度，以计算带权正向灰色关联度、带权负向灰色关联度，计算正向欧式距离和负向欧式距离，进一步计算正综合关联度、负综合关联度，通过正综合关联度、负综合关联度构建综合评估指标用于评估监测点的整体电能质量。

2.根据权利要求1所述的低压台区电能质量综合评估方法，其特征在于：

步骤1所述建立一级电能质量指标集合以及二级电能质量指标集合为：

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，s_i为一级电能质量指标i下二级电能质量指标的数量，

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的监测值；

步骤1中所述一级电能质量指标包含但不限于电压偏差、电压闪变、电压波动、谐波畸变、三相不平衡、频率偏差、供电可靠性；

步骤1中所述二级电能质量指标包括但不限于电压幅值平均偏差、电压偏差持续时间、闪变水平、闪变持续时间、电压平均波动幅度、波动持续时间、总谐波含量、谐波持续时间、不平衡度、不平衡持续时间、频率平均偏差、频率偏差持续时间、电压凹陷、间断持续时间；

步骤2所述构建判断矩阵为：

其中，W^*表示判断矩阵且具有完全一致性，是n*n的正互反矩阵，n为一级电能质量指标的数量，对一级电能质量指标进行相对重要性排序，t_k表示第k个一级电能质量指标相对第k+1个一级电能质量指标的重要性，k∈[1,n-1]具体为：

若X_k相对于X_k-1同样重要，则t_k取a₁；

若X_k相对于X_k-1稍微重要，则t_k取a₂；

若X_k相对于X_k-1明显重要，则t_k取a₃；

若X_k相对于X_k-1非常重要，则t_k取a₄；

若X_k相对于X_k-1极端重要，则t_k取a₅；

其中，a₁＜a₂＜a₃＜a₄＜a₅，

为判断矩阵中第i₀行第j₀列的元素，即表示第i₀个一级电能质量指标相对第j₀个一级电能质量指标的主观权重，反应第i₀个一级电能质量指标相对第j₀个一级电能质量指标的重要程度，i₀∈[1,n]，j₀∈[1,n]，i₀≠j₀；

步骤2所述结合判断矩阵通过应用标度拓展法确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的主观权重为：

对于电能质量指标集合

定义m为监测点数，n为一级电能质量指标数，s_i为一级电能质量指标i下二级电能质量指标数，d_i1,j1,k1按照指标类型可分为偏差类指标、持续时间类指标和可靠性指标；

一级电能质量指标i₀的主观权重值记为

具体计算如下：

一级电能质量指标i₀下二级电能质量指标的相对权重记为

为行向量且向量元素数量为

对

个二级电能质量指标

进行相对重要性排序；其中，

表示第k₀个二级电能质量指标相对第k₀+1个二级电能质量指标的重要性；k₀取值方法与k取值方法相同；

一级电能质量指标i₀下二级电能质量指标的主观权重记为

具体计算如下：

其中，一级电能质量指标i₀下第k₀个二级电能质量指标的主观权重具体值为

3.根据权利要求1所述的低压台区电能质量综合评估方法，其特征在于：

步骤2所述通过变权理论确定选取一级电能质量指标、二级电能质量指标的的客观权重为：

应用综合电能质量在线监测装置对配电网中m个监测点的n个电能质量二级电能质量指标进行监测，获得原始的电能质量评估指标监测数据集为

在实际过程中，一般来说，不同的电能质量指标的测量单位是不同的，而为了使综合评估过程中每项指标都具有同等表现力，需要将电能质量综合评估指标数据进行归一化处理，得到

归一化处理的过程是使指标波动范围限制于区间[0,1]，且指标数据越好，归一化后的指标数据越大；

若对于指标数据越大越好的高优型指标，归一化方法为：

若对于指标数据越小越好的低优型指标，归一化方法为：

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下第k₁个二级电能质量指标的m个监测数据中最大值，

为一级电能质量指标j₁下第k₁个二级电能质量指标的m个监测数据中最小值；对于电能质量指标集合

定义m为监测点数，n为一级电能质量指标数，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，定义电能质量等级数为r，定义电能质量指标集的隶属度集为

其中，i₁∈[1,m]，j₁∈[1,n]，k₁∈[1,s_j]，l₁∈[1,r]；

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁对于电能质量等级l₁的隶属度值；

按照指标类型可分为偏差类指标、持续时间类指标和可靠性指标；

偏差类指标的隶属度值计算方法为：

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁，其国家标准规定的允许运行值上限，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁,其国家标准规定的允许运行值下限；

持续时间类指标的隶属度值计算方法为：

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁,其国家标准规定的偏差值允许持续时间，k₀为固定系数，取为0.13；

可靠性指标的隶属度计算方法为：

其中，

为电能质量综合评估指标数据经归一化处理得到的值；

偏差类指标包括但不限于电压幅值平均偏差、闪变水平、电压平均波动幅度、总谐波含量、三相不平衡度、频率平均偏差以及电压凹陷度；

持续时间类指标包括但不限于电压偏差持续时间、闪变持续时间、波动持续时间、谐波持续时间、不平衡持续时间、频率偏差持续时间、和间断持续时间；

可靠性指标包括供电可靠性；

定义监测点i₁处电能指标隶属度和电能质量评价集之间的模糊关系为

模糊关系计算方法为：

其中，m为监测点的数量，n为一级电能质量指标的数量，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标的数量；

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁对于电能质量等级l₁的模糊映射关系；

信息熵值计算方法为：

式中，

为指标一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的信息熵值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的常权信息熵；

引入变权理论对信息熵进行处理，实现信息熵变权以突出恶劣指标对综合评判结果的影响；

以电能质量“合格”作为标准，监测点i₁处的整体电能质量在合格等级J及以上等级的隶属度记为

信息熵变客观权重即

计算方法为：

式中，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁对电能质量等级l₁的隶属度；

为监测点i₁处n个一级电能质量指标，以及每个一级电能质量指标j₁下的

个二级电能质量指标，其对电能质量合格等级l₁∈[1,2,...,J)的隶属度值的最大值；

越小表示监测点i₁的整体电能质量水平越差，该点处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的变权系数

越大，其中a为性能均衡修正系数；

步骤2所述进一步确定一级电能质量指标、二级电能质量指标的综合权重为：

其中，

为一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的主观权重值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的信息熵变客观权重值，

为监测点i₁处一级电能质量指标j₁下二级电能质量指标k₁的最终综合权重值。

4.根据权利要求1所述的低压台区电能质量综合评估方法，其特征在于：

步骤3所述监测点处一级电能质量指标下的二级电能质量指标的经归一化处理的监测值为：

对于电能质量指标集合

表示监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的监测值，经归一化处理后的指标为

步骤3所述计算一级电能质量指标的二级电能质量指标的正理想解以及负理想解为：

一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的正理想解即

为：

一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的负理想解即

为：

式中，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁在m个监测点值的最大值，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁在m个监测点值的最小值；

步骤3所述构建正理想解序列、负理想解序列为：

由

构成的正理想解序列记为，由

构成的负理想解序列记为R^-，分别表示如下：

步骤3所述计算一级电能质量指标下的二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值为：

式中，

表示对m个监测点的n个一级电能质量指标及各一级电能质量指标j₁对应的

个二级电能质量指标范围内的全体指标求表达式最大值；

步骤3所述计算灰色关联法的分辨系数为：

式中，ρ为灰色关联法的分辨系数，取值应满足：X_Δ＜1/3时，X_Δ≤ρ≤1.5X_Δ；当X_Δ≥1/3时，1.5X_Δ≤ρ≤2X_Δ；

步骤3所述计算正向关联系数为：

记监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的归一化后指标

与一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的正理想解

的关联度为正向关联系数，记为

具体计算方法为：

步骤3所述计算负向关联系数为：

记监测点i₁处一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的归一化后指标

与一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的负理想解

的关联度负向关联系数，记为

具体计算方法为：

步骤3所述基于木桶理论的对数方法进行指标聚合得到关联度聚合度为：

引入基于木桶理论的对数方法进行指标聚合，关联度聚合度为：

式中，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的健康得分，且I_jc∈[1,5]，

为一级电能质量指标j₁下的二级电能质量指标k₁的综合权重值；

步骤3所述分别计算带权正向灰色关联度和带权负向灰色关联度为：

式中，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与正理想解R⁺之间的灰色关联度，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与负理想解R^-之间的灰色关联度；

步骤3所述分别计算正向欧式距离和负向欧式距离为：

式中，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与正理想解R⁺之间的欧式距离，

表示监测点i₁处的整体电能质量指标与负理想解R^-之间的欧式距离；

步骤3所述计算正综合关联度、负综合关联度为：

构造综合正综合关联度

和负综合关联度

为：

式中，α₁为第一线性系数，α₂为第二线性系数，，α₁，α₂∈[0,1]且α₁+α₂＝1；

步骤3所述正综合关联度、负综合关联度构建综合评估指标为：

式中，

值越大表示监测点i₁处的整体电能质量越好；

综合评估指标即

值用于评估监测点的整体电能质量。

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