一种配电网的电能质量治理效果综合评估方法及装置与流程

本申请属于配电网电能质量评估技术领域，尤其是涉及一种配电网的电能质量治理效果综合评估方法及装置。

背景技术：

随着电力体制改革与智能配网的快速发展，对电能质量评估方法与治理手段提出了更高的要求。现代配电网中，分布式新能源广泛接入、大容量冲击性电力电子负荷以及智能制造型用电负荷大量出现，各种暂稳态电能质量事故频发，造成大量损失。随着有源型电能质量治理设备接入配电网，需要对设备治理效果进行评价，有利于电网公司制定综合效益最优的电能质量改善方案，提高配电网“三率(供电可靠率、电压合格率、投资回报率)”，同时降低网损，提高效益，提高电网运行效率，成为用户优质、可靠供电的重要保障。

传统使用的电能质量治理设备治理能力评估方法，缺乏对设备接入电网的综合量化评估，评估指标不够全面，且仅仅考虑接入点的电能质量，尚无有源电能质量治理设备接入配电网科学系统的综合评估方法。因此，需研究建立全面的评估指标，建立有源型电能质量治理设备接入配电网的治理能力综合评估方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为解决传统的治理效果评估方法，缺乏对电能质量治理设备接入配电网的综合量化评估，评估指标单一，且仅仅考虑接入点的电能质量，评估结果不全面、不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种配电网的电能质量治理效果综合评估方法及装置。本发明考虑了补偿效果、电网效益、并网点电压、区域电能质量这四个关键的评估指标，对四个评估指标采用盲数-ahp-反熵方法，获得综合权重向量，最终得到综合评估结果。本发明的评估方法用于评估有源电能质量治理设备接入配电网的综合治理效果，为电能质量治理装置的进一步研发提供参考。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种配电网的电能质量治理效果综合评估方法，包括：

步骤1，计算预先确定的用于评估治理效果的评估指标对应的评估指数；

步骤2，将所述评估指标对应的评估指数构建指标集，构建评价集；

步骤3，根据所述指标集中元素对评价集中对应元素的隶属度，得到评价矩阵；

步骤4，根据各所述评估指标的重要程度，确定所述指标集的主观权重向量和客观权重向量，最终获得所述指标集的综合权重向量；

步骤5，根据所述综合权重向量以及所述评价矩阵，得到评价结果向量，然后根据所述评价结果向量求得综合评价结果；

步骤6，根据所述综合评价结果，评估治理效果。

本发明第二方面提供一种配电网的电能质量治理效果综合评估装置，包括：

评估指数计算模块，用于计算预先确定的用于评估治理效果的评估指标对应的评估指数

数据集构建模块，用于根据所述评估指标构建指标集，构建评价集；

评价矩阵获取模块，用于根据所述指标集中元素对评价集中元素的隶属度，得到评价矩阵；

权重向量计算模块，用于根据各所述评估指标的重要程度，确定所述指标集的主观权重向量和客观权重向量，最终获得所述指标集的综合权重向量；

评价结果获取模块，用于根据所述综合权重向量以及所述评价矩阵，得到评价结果向量，然后根据所述评价结果向量求得综合评价结果；

治理效果确定模块，用于根据所述综合评价结果，确定治理效果。

本发明的有益效果是：本发明考虑了四个评估指标，四个评估指标从四个不同角度描述电能质量治理装置的接入配电网的治理效果。相比于传统的单一，不全面指标，本发明更能由点到面地评估电能质量治理装置的接入配电网的治理效果，反映具体设备接入配电网的接入点和接入点附近区域内的治理效果和电网效益，为有源型电能质量治理设备接入配电网提供理论依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例的治理效果评估构架示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种配电网的电能质量治理效果综合评估方法，如图1所示，包括：

步骤1，计算预先确定的用于评估治理效果的评估指标对应的评估指数；

步骤2，将所述评估指标对应的评估指数构建指标集，依据电能质量治理设备治理效果的特征构建评价集；

步骤3，根据所述指标集中元素对评价集中对应元素的隶属度，采用基于盲数理论的模糊化方法得到评价矩阵；

步骤4，根据各所述评估指标的重要程度，通过层次分析法确定所述指标集的主观权重向量，通过反熵权法确定所述指标集的客观权重向量，最终获得所述指标集的综合权重向量；

步骤5，根据所述综合权重向量以及所述评价矩阵，得到评价结果向量，然后对所述评价结果向量采用加权平均算法求得综合评价结果；

步骤6，根据所述综合评价结果，评估治理效果。

本实施例选取了四个评估指标，并对四个评估指标分别划分了二级指标，作为一种实施例，所述补偿效果划分的二级指标包括无功补偿效果r1，谐波补偿效果r2，不平衡补偿效果r3。

无功补偿效果r1的表达式为：

式中，为无功补偿前功率因数，为无功补偿后的功率因数。

谐波补偿效果r2表达式为：

r2＝α2r2_1+(1-α2)r2_2

式中，r2_1为单次谐波电流补偿率，r2_2为总谐波电流补偿率，i′h为电能质量治理设备接入前，电网侧h次谐波电流的方均根值，ih为电能质量治理设备接入设备后，电网侧h次谐波电流的方均根值；α2为r2的评价权重，本实施例取0.3。

不平衡补偿效果r3表达式为：

r3＝α3r3_1+(1-α3)r3_2

其中：

式中，r3_1与r3_1分别为电压、电流不平衡补偿效果，ε′u、ε′i为补偿前电压、电流三相不平衡度，εu、εi为接入后的电压、电流三相不平衡度；uave为三相电压有效值的平均值；ua、ub、uc分别为a、b、c三相电压的有效值；iave为三相电压有效值的平均值；ia、ib、ic分别为a、b、c三相电流的有效值；α3为r3的评价权重，本实施例取0.5。

所述电网效益划分为装置成本费e0，无功补偿效益e1，谐波补偿效益e2，不平衡补偿效益e3。装置成本费e0包括初始成本费c0以及运行过程中运行成本费cy、维护成本费cm、故障成本费cf等：

式中，cd为废弃成本，r为通货膨胀率；r为社会贴现率；t表示设备历史使用时间；t为设备已经使用的时间。

无功补偿效益e1主要为节省的网损费：

式中，δp网损为无功补偿前后节省的有功功率，σ为无功补偿装置投运时间占比，δ为实时电价。

谐波补偿效益e2主要为节省的变压器损耗和线损费用：

式中，γs，2为谐波造成变压器额外损耗占比，δptm为配电变压器的负载损耗，kl，2为谐波补偿减少的线损率，δpl为线损。

不平衡补偿效益e3主要为节省的配电变压器损耗和线损费用：

式中，γs,3为不平衡造成变压器额外损耗占比，kl,3为减少的线损率。

所述电能质量治理设备接入的并网点电压v，主要分为并网点的电压偏差指数v1，电压频率偏差指数v2，电压畸变率v3，电压不平衡水平v4。其中，

电压偏差指数v1为电压有效值与额定电压的差值占额定电压比例大小：

电压频率偏差指数v2指电压有效值曲线上相邻2个极值之差,以系统标称电压的百分数表示为：

式中umax与umin分别为并网点电压有效值相邻的极值。

电压畸变率v3：

式中，un为n次谐波电压有效值；uf为基波电压有效值。

电压不平衡水平v4：

采用三相正序分量有效值平方和占总量平方和百分数定义三相平衡率，得：

则电压的三相不平衡水平为：

所述区域电能质量q，主要分区域内的电压偏差q1，电压暂降q2，电压闪变q3，电压畸变q4，频率偏差q5，三相不平衡度q6。其中，

电压暂降q2指标用sarfi指标，是特定周期内电压暂降的发生频度：

式中，n为某时间段内残压小于x％的电压暂降的发生次数；t1为总检测时间；t2为指标计算周期时间。

频率偏差q5指标

式中，f为区域电网实测的电频率，fn为标准电频率。

可选的是，各所述评估指标的评估指数分别为：

r＝λ1r1+λ2r2+λ3r3

e＝λ1e1+λ2e2+λ3e3

v＝ω1v1+ω2v2+ω3v3+ω4v4

其中，r为补偿效果评估指数；e为电网效益评估指数，v为并网点电压评估指数；q为区域电能质量评估指数；λ1，λ2，λ3为补偿系数，根据有源型电能质量治理设备的类型具体设定；ω1、ω2、ω3、ω4为并网点电压对应的二级指标的权重系数值，用层次分析法得到；ω'i为区域电能质量对应的二级指标权重系数值；qi,j为配电网节点j的区域电能质量的第i个二级指标值，i＝1,2,3,4,5,6；

本实施例对补偿效果、电网效益这两个评估指标，根据对应的电能质量治理设备类型，分别求出一级指标的评估指数r、e。

对并网点电压对应的二级指标用层次分析法计算出并网点电压评估指数v。

用灵敏度分析方法，将电能质量治理设备附近符合要求的电网节点划入待评估区域，并用层次分析法对电能质量q对应的二级指标计算出区域电能质量评估指数q。电能质量治理设备对其接入节点及附近的节点治理效果较明显，而对较远节点的治理效果较弱。所以考虑接入点附近的区域电能质量。

将灵敏度分析方法用于分区和区域内的电能质量治理效果评估。考虑电压灵敏度，网损灵敏度，谐波灵敏度，作为划分治理区域的准则。

可选的是，本实施例步骤3中，基于盲数理论的模糊化方法得到评价矩阵的方法为：

s31:建立指标集c和评价集e，即：

c＝{c1,c2,…,ck,…cn}

e＝{e1,e2,…,el,…em}

s32:利用基于盲数理论的模糊化方法得到评价矩阵m：

式中，mkl为评估指标ck对评价集中元素el的隶属度。

评价集e依据电能质量治理设备治理效果的特征建立，本实施例中，当治理设备不仅不能改善电能质量，还使电能质量更为恶化时，评价为差；当治理设备对电能质量指标略有改善作用时，评价为中；当治理设备对电能质量指标有明显改善作用时，评级为良；当治理设备对电能质量指标的改善效果十分突出时，评价为优；即评价集e为：e＝[差，中，良，优]。

可选的是，本实施例所述综合权重向量为：

w＝[w1…wk…wn]

其中，wk表示指标集c中指标ck的综合权重，wok表示指标集c中指标ck的客观权重，wsk指标集c中指标ck的主观权重。

本实施例的综合权重向量w通过计算主观权重向量ws，客观权重向量wo获得。具体如下：

首先，客观权重wok的计算如下：

量化评价集e，将评价集中的指标量化为0～1之间的数值。

e^*＝{e^*1,e^*2,…,e^*l,…e^*m}

例如，若评价集e＝(很差，较差，一般，较好，极好)，本实施例可以量化为：e^*＝(0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)。当然，实际工作中，可以根据实际情况进行量化。

为了最大化地利用指标集c的信息量，定义权重中心值dkc：

对指标集c，选择m分区，在每个分区内，相同的指标ck的权重中心值都不一样，定义差异矩阵dc：

式中，dkq表示指标集c中指标ck在分区q的权重中心值。

计算基于标准判断的反熵pi：

根据所述反熵，得到客观权重wok：

其次，主观权重向量的计算如下：

构造判断矩阵a：

其中，akr为指标ck与二级指标cr对比的重要性程度比值；

通过层次排序，求出满足下列条件的n维非零列向量ws：

aws＝λws

其中，λ为判断矩阵a的特征值；

对ws归一化处理，得到主观权重向量ws。

最后得到指标集c的综合权重向量w，并合成评价结果向量，从而通过加权平均算法得到综合评价结果，即：

f＝wm

其中，f表示评价结果向量，f＝{f1,f2,…,fl,…fm}；f′表示综合评价结果；m表示评价矩阵；w表示综合权重向量。

比如f＝[0.1,0.14,0.32,0.38,0.44]，然后还要对f应用加权平均算法求取综合评价结果f′，然后来判定治理效果，如优、良、中、差、较差等。

本发明针对有源型电能质量治理设备，考虑了补偿效果、电网效益、并网点电压、区域电能质量这四个关键指标，提出一种有源型电能质量治理设备接入配电网的治理能力综合评估方法，特别是涉及一种针对无功补偿装备、谐波治理装备、不平衡治理装备等接入配电网的治理能力综合评估方法。对指标采用盲数-ahp-反熵方法，获得综合权重向量，最终得到综合评估结果。本评估方法用于评估有源电能质量治理设备接入配电网的综合治理效果，为电能质量治理装置的进一步研发提供参考。

实施例2：

本实施例提供一种配电网的电能质量治理效果综合评估装置，包括：

评估指数计算模块，用于计算预先确定的用于评估治理效果的评估指标对应的评估指数

数据集构建模块，用于将所述评估指标对应的评估指数构建指标集，依据电能质量治理设备治理效果的特征构建评价集；

评价矩阵获取模块，用于根据所述指标集中元素对评价集中元素的隶属度，采用基于盲数理论的模糊化方法得到评价矩阵；

权重向量计算模块，用于根据各所述评估指标的重要程度，通过层次分析法确定所述指标集的主观权重向量，通过反熵权法确定所述指标集的客观权重向量，最终获得所述指标集的综合权重向量；

评价结果获取模块，用于根据所述综合权重向量以及所述评价矩阵，得到评价结果向量，然后对所述评价结果向量采用加权平均算法求得综合评价结果；

治理效果确定模块，用于根据所述综合评价结果，确定治理效果。

作为一种实施例，所述评价矩阵获取模块包括：

指标集建立单元，用于建立指标集c即：

c＝{c1,c2,…,ck,…cn}

评价集建立单元，用于建立评价集e，即：

e＝{e1,e2,…,el,…em}

模糊化计算单元，用于利用基于盲数理论的模糊化方法得到评价矩阵m：

式中，mk为指标ck的评价向量；mkl为指标ck对评价集中元素el的隶属度。

作为一种实施例，所述权重向量计算模块包括：

客观权重计算单元，用于计算客观权重向量wo，即：

wo＝[wo1…wok…won]

其中，pk表示基于标准判断的反熵，dkq表示指标集c中指标ck在分区q的权重中心值；

主观权重计算单元，用于计算主观权重，即：

构造判断矩阵a：

其中，akr为指标ck与二级指标cr对比的重要性程度比值；

通过层次排序，求出满足下列条件的n维非零列向量ws：

aws＝λws

其中，λ为判断矩阵a的特征值；

对ws归一化处理，得到主观权重向量ws；

综合权重计算单元，用于根据所述主观权重向量和客观权重向量，得到指标集的综合权重向量w，即：

w＝[w1…wk…wn]

其中，wk表示指标集c中指标ck的综合权重，wok表示指标集c中指标ck的客观权重，wsk指标集c中指标ck的主观权重。

本实施例装置的具体实现，请参阅实施例1，在此不再赘述。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。