配電網變壓器電能質量綜合評估模型分析

丁孝華,黃堃,楊文

配電網變壓器電能質量綜合評估模型分析

丁孝華,黃堃,楊文

南瑞集團有限公司;國電南瑞科技股份有限公司, 江蘇 南京 211106

由于配電網變壓器電能具有較為復雜的擾動性，且隨機性較大，使得評估電能質量具有一定的難度，但評估電能質量是改善電能質量，使其滿足用戶需求的必要手段。為此，提出了多指標共同約束下的配電網變壓器電能質量綜合評估模型。依據電能質量評估標準，選取三相不平衡度指標、電壓偏差指標、頻率偏差指標、電壓波動指標和諧波含量指標等作為配電網變壓器電能質量的評估指標，獲取不同評估指標的綜合權重。采用TOPSIS方法在評估指標的基礎上構建電能質量綜合評估模型，通過對比相對貼近度的大小實現配電網變壓器電能質量的綜合評估。實驗結果表明，所提模型的評估結果精準度高。

變壓器; 電能質量; 評估模型

電能質量評估通常是指通過建模仿真獲取的數據以及配電網系統的運行參數[1-3]，在電能質量評估標準的基礎上實現綜合評估，通過電能質量評估可以降低發電電價和成本[4]。當前變壓器電能質量評估方法存在指標顯著度低和評估精準度低的方法，需要對變壓器電能質量評估方法進行分析和研究。黃沁悅等[5]通過白化權函數對電能質量子等級進行劃分，獲取區間證據，在證據融合理論的基礎上利用證據置信度實現變壓器電能質量的綜合評估。李熊等[6]通過指標域電能質量評估模型計算馬太效應收益虧損因子，利用積分法選取電能質量評估指標，獲得各項指標在考察周期內對應的評估值，通過有序加權算子加權求和所有評估值，實現變壓器電能質量的綜合評估。

本文提出配電網變壓器電能質量綜合評估模型。構建多個配電網變壓器的評估指標，計算綜合權重，依據得到的多指標綜合權重構建配電網變壓器電能質量綜合評估模型，并對所設計模型驗證。

1 評估指標及綜合權重

1.1 不同指標的計算方法

（1）在配電網變壓器中，若出現負荷不平衡狀態，則極易導致三相不平衡，即造成三相電壓或電流的數值不相等或頻率不同等現象。設三相電量分別為a、b、c，則此時的三相不平衡度指標為：

（2）若配電網變壓器的某一運行節點電壓與其額定電壓產生偏差，則該偏差對系統額定電壓的百分數為電壓偏差。其公式為：

其中，運行代表該節點運行狀態下的電壓，額定代表系統的額定電壓。

（3）配電網中的發電機有功功率如果與整體配電網的負荷之間不平衡，將導致頻率偏差，其為系統頻率的額定頻率與實際頻率之間的差值。具體公式為：

=|額定-實際| (3)

其中，額定和實際分別表示額定頻率和實際頻率。

(4)電壓均方根值或電壓的快速、連續的變化現象稱為電壓波動。其值表示為：

其中，D代表電壓的變化值。

(5)諧波是由于非線性負荷的波形畸變導致的。計算方法為：

其中，U表示3 s內第次測量的次諧波方均根植，表示3 s內經過均勻間隔的測量次數。

1.2 綜合權重的計算

式中，為參數。加權指標對應的權重值和個體權重向量，獲得電能質量評估指標對應的綜合主觀權重向量：

利用熵值得到第個電能質量評估指標對應的客觀權重：

二是放種。同塘放養的魚苗應是同一批次孵化的魚苗，以保證魚苗規格比較整齊。魚種放養前，除培養好水質外，還要做好“試水”“緩苗”“補餌”“抗應激”“消毒”等措施，以保證魚種的存活率。

結合熵權法和聚類層次分析法計算電能質量評估指標對應的綜合權重z：

2 電能質量綜合評估模型

所提模型采用TOPSIS方法構建電能質量綜合評估模型，具體過程如下。

2.1 標準化處理

式中，為第個電能質量評估指標對應的權重。

2.2 確定虛擬的最差方案和最優方案

設-為最小序列值，通過最差值-得到，為最差方案；+為最大序列值，通過最優值+得到，為最優方案，-和+的表達式分別如下：

2.3 關聯度和歐式距離

設為虛擬最優和第個方案之間的關聯度；為虛擬最差和第個方案之間的關聯度，計算公式分別為：

2.4 判斷擬合

如果一個待評估方案的關聯度與歐式距離的數值較小，表明方案較差，反之方案較好。根據上述分析，用兩個特征量擬合上述四個變量：

2.5 綜合評估結果

設G為評估方案對應的相對貼近度，通過特征量、擬合得到：

通過相對貼近度G完成配電網變壓器電能質量的綜合評估。當相對貼近度G的值越大時，表明配電網變壓器的電能質量越好；反之，表明配電網電壓器的電能質量越差。

3 結果與分析

利用主客觀權重的TOPSIS方法來實現對某電能質量監測點的電能質量綜合評估，分別采用本文模型、文獻[5]模型以及文獻[6]模型進行電能質量諧波含量指標所處等級統計，其結果如表1所示：

由表1可知，本文模型在進行電能質量諧波含量指標所處等級統計中效果最佳。將三相不平衡度指標、電壓偏差指標、頻率偏差指標、電壓波動指標和諧波含量指標5種評估指標作為配電網變壓器電能質量的評估指標，獲取不同評估指標的綜合權重，依據得到的多指標綜合權重評估配電網變壓器電能質量，其各評估指標的權重以及評估結果如表2所示。

表2 各評估指標的權重及評估結果

由表2可以看出，本文模型的權重值更高，評估結果更準確。將指標顯著度作為測試指標，顯著度越高表明指標越可以反映配電網變壓器的電能質量。將評估精準度作為測試指標進一步驗證采用配電網變壓器電能質量綜合評估模型、文獻[5]模型和文獻[6]模型的整體有效性，對比三種模型的評估精準度，測試結果如圖1。

本文評估模型在多次迭代中的評估精準度均高于文獻[5]和文獻[6]模型，因為本文方法在配電網變壓器電能質量評估標準的基礎上，結合熵權法和層析分析法對電能質量評估指標對應的權重進行計算，提高了指標權重計算結果的準確率，進而提高了電能質量綜合評估模型的評估準確度。

圖1 三種模型的評估精準度

4 結語

為了建立有效且公平的配電網變壓器電能質量市場，需要對配電網變壓器的電能質量綜合評估。提出配電網變壓器電能質量綜合評估模型，通過高顯著度的電能質量評估指標采用TOPSIS方法構建電能質量綜合評估模型，解決了當前評估模型中存在的問題，為配電網變壓器的發展奠定了基礎。

[1] 吳正玲,張楠楠.基于支持向量回歸機的電能質量評估[J].現代電子技術,2016,39(23):148-151

[2] 戚雙斌,馮衛永,楊哲.艦船電力系統電能質量測試分析[J].電網與清潔能源,2017,33(6):41-46

[3] 廖建權,周念成,王強鋼,等.直流配電網電能質量指標定義及關聯性分析[J].中國電機工程學報,2018,38(23):81-94,353

[4] 樊露丹,王曉杰,苗長新.基于扇區判斷的三電平APF多目標模型預測電流控制[J].電力電容器與無功補償,2017,38(2):40-45

[5] 黃沁悅,周福林,劉雙玲,等.基于區間灰色證據組合模型的電能質量評估方法[J].電力系統及其自動化學報,2018,30(09):12-19

[6] 李熊,阿遼沙葉,潘國兵,等.基于有序加權平均算子的電能質量評價方法[J].可再生能源,2019,37(2):89-94

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

國家重點研發計劃:水泥爐窯的高能效低排放關鍵技術研發與工業示范(2016YFB0601500);南瑞集團有限公司項目:配電網能效管理與園區綜合能源管控關鍵技術研究與產業化(524608170069)

丁孝華(1974-),男,碩士,高級工程師,主要研究方向為電網規劃. E-mail:yangwen@sgepri.sgcc.com.cn