基于層次分析法的供電質量綜合評價模型設計

張繼剛， 李響， 吳磊

(國網河北省電力有限公司， 河北 石家莊 050021)

0 引言

隨著大型配電網的發展，采用高壓直流供電成為配電網供電的主要方式之一。在高壓直流供電過程中，需要根據高壓直流供電的輸出穩定性進行配電質量分析和評估，構建供電質量分析模型，結合輸出直流功率配置方法對供電質量進行綜合評價，有利于提高高壓直流供電質量[1]。在研究高壓直流供電質量綜合評價模型時，需要進行高壓直流供電質量參數分析，構建高壓直流供電綜合評價的特征信息采樣模型，結合對高壓直流供電過程的可靠性控制和風險綜合評價結果[2]，進行高壓直流供電質量評價和決策，以提高供電的輸出穩定性和質量。因此，相關的供電質量綜合評價模型的研究成果受到人們的極大關注。本研究設計了基于層次分析法的高壓直流供電質量綜合評價模型，采用直流電壓波動分析方法進行高壓直流供電質量的大數據采樣，提取高壓直流供電質量的相關性指標，以線路負載的波峰、波谷等參數為約束參數集，采用層次分析法進行高壓直流供電質量綜合評價的自適應尋優，采用二乘估計和模糊多參數約束控制的方法實現高壓直流供電質量綜合評價模型的優化設計。最后進行仿真實驗分析，得出有效性結論。

1 高壓直流供電質量量化分析和約束參數構造

1.1 高壓直流供電質量量化分析

為實現供電質量綜合評價，首先對高壓直流供電質量的大數據進行采樣。信息采樣節點分布模型如圖1所示。

圖1 高壓直流供電質量信息采樣節點分布模型

在此基礎上，根據大數據的相關性，將高壓直流供電質量綜合評價分類的聚類中心進行初始化處理，得到聚類中心為Fij，其中，i表示供電線路數量，且i=1,2,…,m；j表示每條供電線路上的節點數，且j=1,2,…,n[3]。從中提取電網設備線路負載特征量，采用量化回歸分析建立高壓直流供電質量大數據分析模型為式(1)。

(1)

其中，f代表數據模糊隸屬度函數；t代表負載時間；d代表擾動信息量。

在此基礎上，采用熵值法進行高壓直流供電質量綜合評價的動態分析[4]，得到高壓直流供電質量的相關因子權重分配為式(2)。

(2)

其中，?代表標準化系數。根據所得的相關因子權重分配，結合直流電壓波動分析方法構造高壓直流供電質量綜合評價的統計分布集，繼而實現對高壓直流供電質量的量化分析。

首先采用修正函數p對其進行狀態修正，得到高壓直流供電質量綜合評價的模糊調節函數φ為式(3)。

(3)

由先驗知識可知，模糊調節函數φ服從自由度為k的正態分布，且在不同的時刻，模糊調節函數φ的值不同。假設高壓直流供電質量綜合評價過程中的描述性統計特征分布評價集為S，V代表模糊度集合，結合特征因子分布式提取方法，以線路負載的波峰hc、波谷ht以及電壓諧波值h為約束指標參量[5-7]，得到高壓直流供電質量的量化估計值q為式(4)。

(4)

在此基礎上根據無偏估計理論，進行高壓直流供電質量的量化評估的自適應尋優控制[8]，并建立評價過程約束指標參數集。

1.2 約束指標參數集

根據所提取的高壓直流供電質量大數據的模糊關聯規則特征量，采用輸出穩定性增益綜合評價和模糊決策的方法對綜合評價過程進行優化決策[9]。首先得到供電輸出利用率的評價參數集為式(5)。

(5)

其中，C代表供電輸出周期。在此基礎上，根據直流輸出參數調節方法實現供電質量綜合評價的自適尋優[10]，利用多維信息融合體系構建高壓直流供電質量綜合評價特征辨識模型如式(6)。

(6)

分析高壓直流供電質量綜合決策的模糊度函數，結合上述得到的模糊調節函數φ得到高壓直流供電質量綜合評價的模糊度尋優參數模型為式(7)。

(7)

其中，s代表穩態模型。在此基礎上，假設g代表高壓直流供電質量綜合評價的模糊貼近度函數，根據為第i條供電線路的第j個節點的狀態，得到連續特征分布集為Rij。同時，由于輸出質量綜合評價因子的時變且互不相關[11]，因此，根據高壓直流供電質量綜合評價的模糊約束參量分析過程得到約束參數特征分布集如式(8)。

(8)

其中，β代表回歸系數；u代表直流電壓的諧波分布。由此實現了高壓直流供電質量的約束指標參數集的構建。

2 高壓直流供電質量綜合評價研究

2.1 層次分析

建立高壓直流供電質量綜合評價的專家系統分析模型，采用層次分析法進行高壓直流供電質量綜合評價的自適應尋優[12]，該過程描述為式(9)。

(9)

其中，σ代表高壓直流供電質量的綜合評價過程的收斂度；μ代表均衡系數。由此構建了高壓直流供電質量綜合評價的層次分析模型，繼而可采用多層次尋優方法進行高壓直流供電質量綜合評價和模糊決策[13]。

2.2 供電質量綜合評價

在上述結合層次分析過程實現高壓直流供電質量綜合評價的自適應尋優的基礎上，采用二乘估計和模糊多參數約束控制方法[14]實現高壓直流供電質量綜合評價模型的設計，構建高壓直流供電質量綜合評價的模糊關聯規則集為D，在此基礎上，采用負載均衡控制方法進行高壓直流供電質量綜合評價的關聯規則分析，得到模糊度特征參數分布集為式(10)。

(10)

其中，y代表高壓直流供電質量綜合評價的主體狀態集合。進而構建高壓直流供電質量綜合評價的模糊關聯規則集，結合塊稀疏表達模型實現高壓直流供電質量綜合評價決策[15]，并采用二乘估計方法得到供電質量評估模型，表達為式(11)。

(11)

將供電質量綜合評價過程用流程圖的形式表示，如圖2所示。

圖2 算法的優化實現

3 仿真測試與分析

為測試基于層次分析法的供電質量綜合評價模型的實際應用性能，設計如下實驗測試，并對結果進行分析。

實驗利用MATLAB Simulink仿真平臺實現，在并網模式下進行高壓直流供電質量綜合評價，設定高壓直流的偏差限值為12%-8%，直流負載量為200 kW，高壓直流供電的功率為120 kW。高壓直流供電質量綜合評價的時間采樣間隔為0.8 s。

在上述實驗環境下完成對高壓直流供電質量的綜合評價。首先提取綜合評價過程中供電過程的相關特征量，其頻率分布域如圖3所示。

圖3 綜合評價的相關特征量分布域

分析圖3可以看出，供電頻率的分布域多集中于45 Hz—52 Hz之間，狀態較穩定。在此基礎上，對供電質量評價效果進行判定。為保證實驗結果的有效性，引入對照實驗的思想，將文獻[4]中的基于逼近理想點法的供電質量評價模型和文獻[5]中的基于改進密切值法的客戶側供電質量評價模型作為對比組，與本研究所提的基于層次分析法的供電質量綜合評價模型進行對比，測試不同模型的評價精度和評價耗時。

首先統計不同評價模型的評價精度，結果如圖4所示。

圖4 不同模型評價精度對比

分析圖4可知，在多次實驗迭代中，只有所提的基于層次分析法的供電質量綜合評價模型的評價精度在穩步上升，另外兩種對比模型評價精度的變化無明顯規律，但均低于所提模型。因此，可以說明所提的基于層次分析法的供電質量綜合評價模型具有較強的評價性能，評價精度較高，評價效果較好。

在此基礎上，統計不同評價模型的評價過程耗時，結果如表1所示。

表1 不同模型評價耗時對比(s)

從表1可以看出，與兩種傳統的評價模型相比，利用基于層次分析法的供電質量綜合評價模型進行評價，可以使評價過程耗時減少，最小的評價耗時僅為7.13 s，而文獻[4]模型和文獻[5]模型的評價耗時維持在10 s上下，明顯高于所提模型。由此可知，基于層次分析法的供電質量綜合評價模型的評價效率更高。

4 總結

在構建高壓直流供電質量分析模型的基礎上，結合輸出直流功率配置方法進行高壓直流供電質量的綜合評價，有利于提高高壓直流供電質量。本研究提出基于層次分析法的高壓直流供電質量綜合評價模型。根據無偏估計理論進行高壓直流供電質量的量化評估的自適應尋優控制，再采用輸出穩定性增益綜合評價和模糊決策的方法進行高壓直流供電質量綜合評價的優化決策和綜合評價，采用層次分析法進行高壓直流供電質量綜合評價的自適應尋優，實現高壓直流供電質量綜合評價模型的優化設計。經實驗分析得知，采用本文方法進行高壓直流供電質量綜合評價的精度較高，評價耗時較少，提高了高壓直流供電的穩定性和輸出質量。