电能质量综合评价中的灰靶方法

滕 黎

（国网重庆市电力公司 市区供电分公司，重庆 400015）

电能质量综合评价中的灰靶方法

滕 黎

（国网重庆市电力公司 市区供电分公司，重庆 400015）

将灰靶方法引入电能质量评价，结合相关指标，提出了电能质量综合评判方法。采用改进灰靶理论对电能等级进行划分，使用层次分析法和熵权法求出各指标线性加杈组合权重，并计算各待评样本与标准样本之间的靶心度距离，建立了电能质量综合评价模型。实际算例表明：应用本文提出方法得出的评价结果客观、合理，同时验证了该方法的正确性、有效性。

灰靶理论；电能质量；组合权重；综合评价

现代电力系统中，大量新型电子技术和用电设备的广泛使用，造成一些非线性、冲击性负荷接入电网，使得一些电能质量问题突出。同时，随着用户提出的电能质量要求变高，相应的电能质量标准被制定颁发，我国目前有6项电能质量国家标准［1］。电能质量的评价方法是利用实测或者仿真得到的电力系统数据，根据相应评价标准来评价电能质量。因为电能质量的评价具有综合性，单一判据并不能客观、全面地体现电能质量的综合指标。因此，建立合理、科学的综合评价方法对电能质量优劣的评判具有重要的现实意义［2，3］。

目前，为寻找电能质量综合评价新方法，国内外学者开展了大量研究。对电能质量综合评价的研究方法主要可以分为模糊评价法、概率统计评价法、人工神经网络评价法等方法［4，5］。文献［6］利用熵值法确定各指标权重，采用联系度概念对电能质量综合评价进行建模，提出一种基于排序稳定性的综合评估方法。文献［7］提出利用改进的判断矩阵获取电能质量指标权重，结合微网中不同类型的分布式电源，运用层次分析法量化综合指标，能够较好地进行综合评估。文献［8］从雷达图的面积和周长两方面对电能质量进行评估，实现多角度综合评价。文献［9］通过非线性主成分分析法降低数据维数，将方差贡献率作为权重，得到观测点电能质量的评价排序。文献［10］建立了基于层次分析法和灰色聚类法的电能质量综合评价方法，但方法中忽略了影响电能质量的未超标指标的作用，存在一定的不足。

针对上述方法中的优缺点，为了准确地对电能质量进行综合评价，本文提出一种基于灰靶理论的电能质量综合评判方法。将层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）应用于确定电能质量各指标的主观权重中，运用熵权法（Entropy Method，EM）消除各位专家AHP中主观错误，得到电能质量各指标的客观权重，利用各指标线性加权进而得到可靠的电能质量综合权重，并通过灰靶变换计算靶心度。本方法能够正确得到观测点的电能质量综合评价结果，为其综合评价提供了一种新方法。

1 灰靶理论原理

灰靶理论是一种灰评价和关联的分析方法。其主要思想是构建一个标准模式序列，然后将各待评价模式序列与标准模式序列构造成灰靶并比较，通过排序靶心度和等级划分实现各模式序列的等级划分［11］。在构造一个标准模式序列时，适中值性POL,mem、极小值性POL,min和极大值性POL,max这三者中的某一极性即作为各个待评价指标的极性。令ωi为电能质量的第i个指标，ω(k)为其第(k)个参数序列，进行标准模式序列构造：

标准序列由计算各项指标得来：

2 电能质量的综合评判

2.1 评判指标及权重确定

本文采用文献［12］所提出的电压偏差、电压波动、电压闪变、谐波电压总畸变率、三相不平衡率和频率偏差这6个影响因素作为电能质量的综合评价指标。

层次分析法（AHP）是决策者通过大脑，结合数学方法来达到目标决策的系统方法。AHP存在的不足是，当判断矩阵不一致时，会经过多次修改、调整和检验，且矩阵的一致性与大脑的一致性具有一定的差别［13-14］。AHP在消除专家的主观意识错误上存在潜在问题，这是因为专家在对各个电能质量指标进行评价时受到专家的知识经验以及认识爱好的影响，导致判断上存在误差。然而，熵权法（EM）能够克服AHP的缺点，并将电能质量各个评价指标间的不同差异体现出来，且将其差异信息反馈在综合评价中。

基于此，本文考虑到AHP和EM方法各自的优缺点，采用主观与客观系数，运用线性加权的方法，综合两种方法来获取电能质量评价指标的组合权重值。AHP是将事物的相关因素按相应的规则排列成一定的层次结构，而各个指标的权重确定是通过采用标度来实现专家的大脑判断结果，并构造判断矩阵，经过比较相关因素的重要度，得到判断矩阵的特征向量。同时，还将对判断矩阵进行一致性检验，并获取各个指标的权重值。本文采用0.1至0.9九标度法来定量判断［15］，如表1所示。

表1 AHP标度方法

为了不让电能质量指标值变成负数，采用坐标平移的方法来解决。由熵的定义可知，待评价指标的熵表达式为

2.2 电能质量综合评价等级划分

电能质量综合评判结果的分级应该适宜，考虑到我国电能质量的具体现状和上述靶心度，将评价等级分为4档，对电能质量综台评判的等级界限值做了分级处理。表2是本文使用的指标评价等级表。

表2 电能质量评价等级

3 算例应用及结果分析

本文采用文献［12］中的算例数据作为研究数据，监测了该变电站两台主变的110 kV侧数据，表3所示为采集数据。

表3 某个110 kV变电站的电能质量测试数据（95%概率值）

本文电能质量的等级界限值如表4所示，标准模式序列由表4可得到。

表4 各个电能质量评价指标的等级界限

因此，得到标准模式序列为：

={0.5,0.5,0.2,0.1,0.2,0.05}。进行灰靶变换可得。

0ω

从表3得到，电铁经过前的1号主变的待评价电能质量的模式序列为：

由待评价的模式序列的灰靶变换

得到：

主观权重采用AHP方法得到，而客观权重采用EM方法得到，利用式（6）确定其组合权重：

对比表2电能质量的评判等级可知，该序列的等级评定为优良质量的I级。对表3中剩余的电能质量待评价模式序列进行同样方法的计算处理。其表5为评价处理结果。

表5 各评价指标的评价结果

表6 某个110 kV变电站的电能质量测试数据（95%概率值）

此外，为了进一步验证本文提出的灰靶综合评价方法的正确性，对另外案例中的某110 kV变电站数据进行监测，具体测试数据如表6所示。

同理，经过靶心度计算，得到电铁经过前的靶心度为0.652 3，对比表2可知为II等级；电铁经过时的靶心度为0.453 1，由表2可知为III等级。此外还应用文献［8］的方法对该算例进行对比验证，评判结果表明两种方法一致，证明了本文方法的正确性和有效性。

4 结论

本文提出了采用灰靶方法的电能质量综合评价方法。在权重的确定过程中，利用层次分析法确定主观权重和熵权法确定客观权重相结合来确定电能质量综合评价中各指标的组合权重，克服了单一赋权法的不足之处，取得的权重值较合理，确保了评价结果的正确性。通过实例研究，运用灰靶理论评价电能质量可以有效地实现其等级评价。本文方法具有较好的适应性，可以应用于需要监测的任意电能质量待评价指标，提高了电能质量综合评价的客观性，为实际应用提供了参考。

［1］ 李娜娜，何正友.主客观权重相结合的电能质量综合评估［J］.电网技术，2009（6）：55-61.

［2］ 周敏.电能质量暂态扰动信号的Prony辨识［J］. 重庆电力高等专科学校学报，2008（1）：10-13.

［3］ 蒋德珑，王克文，杨平，等.基于聚类思想的电能质量综合评估［J］.电力系统保护与控制，2012（7）：105-111.

［4］ Farghal S A，Kandil M S，Elmitwally A. Quantifying electric power quality via fuzzy modeling and analytic hierarchy proceedings ［J］. IEE Proceedings-Generation Transmission and Distribution，2002（1）：44-49.

［4］ 李如琦，苏浩益.基于可拓云理论的电能质量综合评估模型［J］.电力系统自动化，2012（1）： 66-70.

［6］ 刘俊华，罗隆福，张志文，等.一种考虑排序稳定分析的电能质量综合评估新方法［J］.中国电机工程学报，2013 （1）：70-76.

［7］ 何吉彪，程浩忠.含微网配电网规划中的电能质量综合评估［J］.电网技术，2012（8）：209-214.

［8］ 乔鹏程，吴正国，李辉.基于改进雷达图法的电能质量综合评估方法［J］.电力自动化设备，2011（6）：88-92.

［9］ 张涛，程志友，梁栋，等.非线性主成分分析在电能质量综合评估中的应用［J］.电测与仪表，2008（6）：5-9.

［10］ 周辉，杨洪耕，吴传来.基于灰色聚类的电能质量综合评估方法［J］.电力系统保护与控制，2012（15）：70-75.

［11］ 邓聚龙.灰理论基础［M］.武汉：华中科技大学出版社，2002.

［12］ 刘颖英，戴平，徐永海，等.电能质量综合评估方法比较［J］.电力自动化设备，2008（12）：93-97.

［13］ 余华兴，张辉.层次分析法在电网工程项目管理中的应用［J］.重庆电力高等专科学校学报，2010（3）：45-47.

［14］ 刘从法，罗日成，雷春燕，等.基于AHP灰色定权聚类的电力变压器状态评估［J］.电力自动化设备，2013（6）：104-107.

［15］ 钟银超，谭世海，杨太国.基于模糊层次分析法的电力安全风险评估［J］.重庆电力高等专科学校学报，2011 （5）：53-56.

［16］ 杨志超，张成龙，葛乐，等.基于熵权法的绝缘子污闪状态模糊综合评价［J］.电力自动化设备, 2014（4）：90-94.

A Study on the Comprehensive Evaluation of Power Quality Based on the Gray Target Theory

TENG Li
（Urban Power Supply Branch of Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400015，China）

This article introduces the application of the gray target theory in power quality evaluation as well as putting forward a method for the comprehensive evaluation of power quality based on relevant indexes．The improved gray target theory has been used in dividing power quality levels，the AHP and the EM have been applied in obtaining the linear combination weights of the indexes，the approaching degrees between the unevaluated samples and the standard samples have been calculated，and the comprehensive evaluation model of power quality has been established．The actual examples have not only shown the objectivity and rationality of the evaluation results based on the method introduced in this article but also verified its validity and effectiveness．

gray target theory；power quality；combination weight；comprehensive evaluation

TM711

A

1008-8032（2015）06-0038-04

2015-02-06

该文获重庆市电机工程学会2014年学术年会优秀论文三等奖

滕 黎（1987-），工程师，研究方向为电气设备诊断技术和电能质量评估。