對模糊理論電能質量評價算法的研究

三峽大學　齊貴廣

對模糊理論電能質量評價算法的研究

三峽大學齊貴廣

本文利用模糊理論對電能質量進行綜合評價，提出了基于模糊理論的電能質量一級評判、二級評判算法。該算法對影響電能質量的每項指標進行了完整考慮，并依據電能質量受各項指標的影響程度不同，賦予指標不同的權重系數，對最終的評判結果運用加權平均法進行適當的處理，并以現場實測數據為例，說明該評價算法的分析步驟和評判結果，驗證該算法的正確性和有效性，該算法對綜合評價電能質量具有較高的應用價值。

模糊理論；電能質量；評判算法；加權平均法

0　引言

隨著社會的進步，經濟的發展，用戶對電能質量的要求越來越高。部分大工業用電造成電能質量問題日益嚴重，有待解決。在我國，電力市場改革化，改善電能質量是電力行業面臨的第一步。因此，研究電能質量不僅是一個重要研究方向，而且在學術界具有實際意義。電能質量問題首先是測量和分析電力系統中電流、電壓、頻率，通過精確測量，并進行正確的分析，才能真實評價出影響電能質量的各項指標，進而采用適當措施，進行電能質量的改善［1］，本文主要是在電能質量的評價算法上做一些研究。

1　應用模糊理論評判電能質量的方法步驟

利用模糊綜合評判理論對電能質量進行綜合評價，可根據各影響因素的側重點不同，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）隸屬度的計算

一般考慮某時、某地電能質量，如采集頻率偏差，形成一組數據，把這些數據組代入到對應的隸屬函數，便得到各自的隸屬度值。

（2）評判矩陣的形成

評定相應指標的等級，例如評判出“質量優”、“質量良”、“質量合格”和“質量不合格”的等級界限，分別對應。依據步驟（1）計算得到指標的所有數據組的隸屬度，判斷隸屬度位于之間的比例。

（3）電能質量的模糊綜合評價模型

1）電壓和頻率偏差、諧波含量、電壓波動和閃變以及三相電壓不平衡都是反映電能質量的重要技術性指標。根據國家標準及結合電能質量評價要求，得出一級、二級待評分項指標，如表1所示。

表1　待評分項指標

2）電能質量指標模糊模型：

本文采用五級模糊評價集合｛優，良，合格，差，很差｝來描述電能質量的優劣。

（4）選擇合適的權重系數形成權重向量

利用判斷矩陣分析法確定權重系數，形成n階判斷矩陣，矩陣元素是n個評價因素。經過相互比較，并根據因素的權重，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因素重要程度。

（5）一致性檢驗

要驗證求出的權重值是否合理，必須進行一致性檢驗。

（6）確定適應的評判算法

最后的評判結果在采用模糊綜合評判方法進行計算時，則需計算，采用“加乘”運算。

2　算例分析

對某煉鋼廠35kVI段母線的電流波形、電壓波形和頻率波形進行實時測量、記錄。某采樣點附近5個工頻周波內的實測電壓、頻率和電流波形見圖1～圖3。

圖1　A相電壓波形圖　　圖2 電網頻率波形圖　　　圖3 A相電流波形圖

2.1 電能質量模糊的一級評判

利用正態分布、降半F分布作為電壓偏差指標、頻率偏差指標、持續時間的隸屬函數。利用一組采集后的電能數據，以及相應電能質量指標的隸屬度函數，計算出各數據點的隸屬度值，然后建立評判向量。

表2所示各指標的等級界限取值，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時的比例，形成評判矩陣，然后根據指標不同的重要度，確定各自的權重系數，進而形成權重向量，最后計算出評判結果，詳見如下過程。

對電壓指標中的三項一級元素的權重向量可以取為：

表2　指標的等級界限取值

從而可以得到電壓的評判結果為：

同理可得其他指標的評判結果。

其評判矩陣為：

從而得到：

2.2電能質量模糊的二級評判

二級評判考慮單因素指標頻率偏差和一級評判中的兩項指標，頻率偏差評判向量為：

該矩陣中行向量對應電壓、頻率、波形畸變。可得評判結果為：

2.3電能質量綜合評判的結果分析

針對具有多個評判對象，并使用模糊評判方法進行評判得出的結果，往往采用加權平均法進行處理。該加權平均法就是數量化各個等級，例如5個評判等級，則可以量化成1～5；然后根據隸屬度進行加權平均。加權平均以上評判結果為：

由于加權平均結果V=1.86更接近于2，所以評定電能質量為“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去，并對結果采用加權平均法處理，該法可將各種關系的綜合作用較好的反映出來［2］，判斷結果具有全面性和合理性。

3　結論

本文運用該評判方法，針對某鋼廠的現場采集的實測數據，對電能質量包括電壓、頻率、波形畸變指標進行分析、處理。利用電能質量模糊綜合一級評判、二級評判，得到最終評判結果；并利用加權平均法對電能質量綜合評判的結果進行分析，得出合理的最終評判結論。該算法簡單易懂，廣泛適用于電氣技術工作人員。

齊貴廣（1984—），山東臨沂人，助教，現供職于三峽大學電氣與新能源學院。

［1］肖湘寧.電能質量分析與控制［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量綜合評價方法研究［J］.繼電器，2006，02：2-10.