一种发电机励磁系统性能的模糊综合评估算法

傅　磊，　卢力东，　刘甲林

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨　150036)



一种发电机励磁系统性能的模糊综合评估算法

傅磊，卢力东，刘甲林

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150036)

摘要：发电机励磁系统是电力系统的一个重要组成部分，发电机励磁系统的性能好坏直接关系到电力系统是否能稳定运行。通常对发电机励磁系统性能的评估涉及调压性能、无功功率分配、对电力系统动静态以及暂态稳定性影响、故障处理及其他必备功能等多个方面，国家标准也对励磁系统的性能做了规定，但这些规定指标仅仅是一个合格的范围，通常具有一定的模糊性。在考虑以上因素的基础上，给出了一种发电机励磁系统性能的二级模糊综合评估算法，并通过算例验证了该方法可以有效用于发电机励磁系统性能的评估。

关键词：发电机励磁系统； 性能； 模糊综合评估

0引言

发电机励磁系统作为发电机系统的重要组成部分，能够通过调节励磁电流维持机端电压稳定和无功功率分配，对电力系统的动态稳定性、静态稳定性及暂态稳定性都有重要的影响，因此发电机励磁系统性能的好坏与否直接关系到电力系统是否能够良好稳定的运行[1-3]。除了稳定性问题之外，国标GB/T 7409.3—2007《同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求》也对励磁系统的基本性能进行了标准化的规定[4]。但固定的指标通常是一个符合的范围，具有一定的模糊性，仅能区分励磁系统性能是否达标，不能判断发电机励磁系统性能究竟处于何种水平。由于励磁系统性能受多方面因素影响，一项因素可能会影响到励磁系统多方面的性能指标，多项因素的综合影响又会使励磁系统性能处于一个不同的水平。针对此问题，本文根据励磁系统在调压能力，无功功率分配，对电力系统的静态稳定性、动态稳定性以及暂态稳定性的影响，故障处理及其他必备功能等方面的性能，对国标要求的励磁系统性能指标进行分类，作为评估因素，再采用二级模糊综合评估算法[5-8]，给出了一种发电机励磁系统性能的模糊综合评估算法，并通过算例验证了算法的有效性。

1算法设计

1.1　励磁系统性能评估指标体系的确立

U1={u11，u12，u13，u14}，

1.2　建立权重集

根据每一层中各个因素对励磁系统性能中所起的作用和重要程度不同，即体系中各个因素对励磁系统性能的影响大小不同，分别给每一个因素确立相应的权数，所有因素权数的集合称为权重集，同时权数归一化。评估因素权重的确定一般采用三种方法： 专家会议法，特尔裴法，层次分析法。根据具体情况可以选用适当的方法或综合这三种方法来使用。

根据因素层次的确立，设第一层次的权重集为

设第二层次的权重集为

A1={a11，a12，a13，a14}，

A2={a21，a22}，

A3={a31，a32}，

A4={a41，a42，a43}，

A5={a51，a52，a53，a54}，

A6={a61，a62，a63}，

A7={a71，a72，a73，a74，a75，a76，

a77，a78，a79，a710，a711}

1.3　建立评估集

评估集是对最终评估对象所有可能出现的结果为元素的集合。本模型讨论的是励磁系统性能的等级及相应的评估标准。本算法中将励磁系统性能按评估标准分为五个等级，设定评估集为V={优秀，良好，合格，不合格，差}。

1.4　进行一级模糊评估

一级模糊综合评估应按第二层次评估因素进行。设评估对象是第二层次中的因素uij。它对评估集中第k个元素的隶属度为rijk，则第二层次单因素评估矩阵为

其中，i=1，2，3，4，5，6，7；j=1，2，3，…，n；n由第二层次因素的个数决定，即n依次为4，2，2，3，4，3，11；k=1，2，3，4，5。rijk为因素uij的评估结果，即该因素指标对评估对象产生的影响所占的比重，每一行的和为1，也就说明该评估结果是经过归一化后所产生的，如果没有归一化则要经过归一化处理后建立该评估矩阵。根据这种原则依次建立起R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。则一级模糊评估集为Bi=Ai·Ri，其中i=1，2，3，4，5，6，7。

第二层次单因素评估矩阵的确定由对励磁系统性能第二层次因素产生影响的参数决定。对于定量指标，根据是否达到指标的合格范围以及距离合格范围的远近确定评估矩阵参数值；对于定性指标，根据是否具有规定功能或满足规定功能的符合程度确定评估矩阵的参数值。

1.5　进行二级模糊评估

为了综合考虑所有因素的影响，还必须对第二层次中各个因素的影响进行二级综合评估，其单因素评估矩阵为一级模糊综合评估矩阵，即：

则二级模糊综合评估集为B(b1，b2，b3，b4，b5)=A·R。选用加权评估模型M(·，⊕)。根据隶属度最大原则，取b*=max(b1，b2，b3，b4，b5)为最终励磁系统性能的评估结果。根据评估结果所对应的评估等级判定励磁系统性能最终处于何种水平。

2算例验证

根据上述励磁系统性能模糊综合评估算法的实现过程，设立最终评估目标的评估集为V={优秀，良好，合格，不合格，差}。首先确立第一层次评估权重矩阵为A=[0.2，0.2，0.05，0.05，0.05，0.2，0.25]，根据第二层次评估因素分别确立如下权重矩阵为

A1={0.4，0.3，0.2，0.1}，

A2={0.6，0.4}，

A3={0.3，0.7}，

A4={0.4，0.3，0.3}，

A5={0.3，0.1，0.3，0.3}，

A6={0.4，0.4，0.2}，

A7={0.1，0.1，0.1，0.1，0.1，0.1，

0.1，0.1，0.02，0.02，0.16}

根据uij对评估集的符合程度得到对应的二级模糊单因素评估矩阵：

根据Bi=Ai·Ri得到一级模糊评估矩阵为

选取加权平均模型，最终得到二级模糊综合评估集为

为了分析方便，因此上述结果不进行归一化处理，根据隶属度最大原则，取

0.346

此结果表示该励磁系统性能处于优秀这一等级，说明目前的励磁系统是特别符合系统性能指标的。

3结语

本文给出的模糊综合评估算法能够利用影响

励磁系统性能的主要性能指标以及其他影响因素作为评估因素，通过二级模糊评估模型给出励磁系统性能的评估结果。利用此模型得到励磁系统性能水平等级后，可以对评估结果进行分析，根据第一层最大权重项所对应的第一层评估因素，找出对此评估因素影响最大的第二层评估因素，最终找到对判别结果影响最大的第一层评估因素下的二级评估指标，从而发现影响励磁系统性能的瓶颈和最大的影响因素，对改进励磁系统性能起到指导作用。

【参 考 文 献】

[1]方思立.发电机励磁控制系统性能的评估[J].电网技术，1990(1)： 44- 48.

[2]李基成.关于现代同步发电机励磁系统动态性能评估的探讨[J].大电机技术，1984(3)： 1-8.

[3]张虹，徐滨，高健，等.基于最小方差基准的励磁系统性能评估[J].电力系统保护与控制，2014，42(8)： 54-58.

[4]同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求： GB/T 7409.3—2007[S].

[5]邹舒，刘洪伟，曲晓波.多层次模糊综合评估法在评估教学质量中的应用[J].江苏技术师范学院学报： (自然科学版)，2009，15(1)： 88-92.

[6]穆永铮，鲁宗相，乔颖，等.基于多算子层次分析模糊评估的电网安全与效益综合评估指标体系[J].电网技术，2015，39(1)： 23-28.

[7]王海燕.基于层次分析和模糊综合评估智能电网综合效益研究[J].云南电力技术，2014，42(6)： 54-57.

[8]刘海涛，黄鸣宇，张永浩.智能变电站合并单元性能模糊综合评估模型研究[J].电气应用，2014，33(20)： 102-106.

A Kind of Method Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation

Algorithm for Performance of Generator Excitation System

FULei,LULidong,LIUJialin

(Harbin Electric Machinery Company Limited， Harbin 150036， China)

Abstract：Generator excitation system is the important part of power system， the performance of generator excitation system is good or bad， which is related to operate stably of power system. Usually， voltage tuning ability， passive power distributing ability， effects to static， dynamic and transient state stability of power system， fault process and other required functions are included into the evaluation of generator excitation system performance， at the same time， country standard also makes the rules to the performance of excitation system， but these specified index only are the eligible scope， and have certain fuzziness. Based on above elements， a kind of two level fuzzy comprehensive evaluation algorithm of generator excitation system was presented， and a practical example was given to prove effectiveness of the presented method for applying to evaluate performance of generator excitation system.

Key words：generator； excitation system； performance； fuzzy comprehensive evaluation

收稿日期：2015-06-08

中图分类号：TM 31

文献标志码：A

文章编号：1673-6540(2016)02- 0026- 04

作者简介：傅磊(1978—)，男，工程师，研究方向为发电机励磁系统研发、调试。卢力东(1990—)，男，工程师，研究方向为发电机励磁系统设计、调试。刘甲林(1986—)，男，工程师，研究方向为发电机励磁系统研发、调试。