配电网变压器电能质量综合评估模型分析

丁孝华,黄堃,杨文

配电网变压器电能质量综合评估模型分析

丁孝华,黄堃,杨文

南瑞集团有限公司;国电南瑞科技股份有限公司, 江苏 南京 211106

由于配电网变压器电能具有较为复杂的扰动性，且随机性较大，使得评估电能质量具有一定的难度，但评估电能质量是改善电能质量，使其满足用户需求的必要手段。为此，提出了多指标共同约束下的配电网变压器电能质量综合评估模型。依据电能质量评估标准，选取三相不平衡度指标、电压偏差指标、频率偏差指标、电压波动指标和谐波含量指标等作为配电网变压器电能质量的评估指标，获取不同评估指标的综合权重。采用TOPSIS方法在评估指标的基础上构建电能质量综合评估模型，通过对比相对贴近度的大小实现配电网变压器电能质量的综合评估。实验结果表明，所提模型的评估结果精准度高。

变压器; 电能质量; 评估模型

电能质量评估通常是指通过建模仿真获取的数据以及配电网系统的运行参数[1-3]，在电能质量评估标准的基础上实现综合评估，通过电能质量评估可以降低发电电价和成本[4]。当前变压器电能质量评估方法存在指标显著度低和评估精准度低的方法，需要对变压器电能质量评估方法进行分析和研究。黄沁悦等[5]通过白化权函数对电能质量子等级进行划分，获取区间证据，在证据融合理论的基础上利用证据置信度实现变压器电能质量的综合评估。李熊等[6]通过指标域电能质量评估模型计算马太效应收益亏损因子，利用积分法选取电能质量评估指标，获得各项指标在考察周期内对应的评估值，通过有序加权算子加权求和所有评估值，实现变压器电能质量的综合评估。

本文提出配电网变压器电能质量综合评估模型。构建多个配电网变压器的评估指标，计算综合权重，依据得到的多指标综合权重构建配电网变压器电能质量综合评估模型，并对所设计模型验证。

1 评估指标及综合权重

1.1 不同指标的计算方法

（1）在配电网变压器中，若出现负荷不平衡状态，则极易导致三相不平衡，即造成三相电压或电流的数值不相等或频率不同等现象。设三相电量分别为a、b、c，则此时的三相不平衡度指标为：

（2）若配电网变压器的某一运行节点电压与其额定电压产生偏差，则该偏差对系统额定电压的百分数为电压偏差。其公式为：

其中，运行代表该节点运行状态下的电压，额定代表系统的额定电压。

（3）配电网中的发电机有功功率如果与整体配电网的负荷之间不平衡，将导致频率偏差，其为系统频率的额定频率与实际频率之间的差值。具体公式为：

=|额定-实际| (3)

其中，额定和实际分别表示额定频率和实际频率。

(4)电压均方根值或电压的快速、连续的变化现象称为电压波动。其值表示为：

其中，D代表电压的变化值。

(5)谐波是由于非线性负荷的波形畸变导致的。计算方法为：

其中，U表示3 s内第次测量的次谐波方均根植，表示3 s内经过均匀间隔的测量次数。

1.2 综合权重的计算

式中，为参数。加权指标对应的权重值和个体权重向量，获得电能质量评估指标对应的综合主观权重向量：

利用熵值得到第个电能质量评估指标对应的客观权重：

二是放种。同塘放养的鱼苗应是同一批次孵化的鱼苗，以保证鱼苗规格比较整齐。鱼种放养前，除培养好水质外，还要做好“试水”“缓苗”“补饵”“抗应激”“消毒”等措施，以保证鱼种的存活率。

结合熵权法和聚类层次分析法计算电能质量评估指标对应的综合权重z：

2 电能质量综合评估模型

所提模型采用TOPSIS方法构建电能质量综合评估模型，具体过程如下。

2.1 标准化处理

式中，为第个电能质量评估指标对应的权重。

2.2 确定虚拟的最差方案和最优方案

设-为最小序列值，通过最差值-得到，为最差方案；+为最大序列值，通过最优值+得到，为最优方案，-和+的表达式分别如下：

2.3 关联度和欧式距离

设为虚拟最优和第个方案之间的关联度；为虚拟最差和第个方案之间的关联度，计算公式分别为：

2.4 判断拟合

如果一个待评估方案的关联度与欧式距离的数值较小，表明方案较差，反之方案较好。根据上述分析，用两个特征量拟合上述四个变量：

2.5 综合评估结果

设G为评估方案对应的相对贴近度，通过特征量、拟合得到：

通过相对贴近度G完成配电网变压器电能质量的综合评估。当相对贴近度G的值越大时，表明配电网变压器的电能质量越好；反之，表明配电网电压器的电能质量越差。

3 结果与分析

利用主客观权重的TOPSIS方法来实现对某电能质量监测点的电能质量综合评估，分别采用本文模型、文献[5]模型以及文献[6]模型进行电能质量谐波含量指标所处等级统计，其结果如表1所示：

由表1可知，本文模型在进行电能质量谐波含量指标所处等级统计中效果最佳。将三相不平衡度指标、电压偏差指标、频率偏差指标、电压波动指标和谐波含量指标5种评估指标作为配电网变压器电能质量的评估指标，获取不同评估指标的综合权重，依据得到的多指标综合权重评估配电网变压器电能质量，其各评估指标的权重以及评估结果如表2所示。

表2 各评估指标的权重及评估结果

由表2可以看出，本文模型的权重值更高，评估结果更准确。将指标显著度作为测试指标，显著度越高表明指标越可以反映配电网变压器的电能质量。将评估精准度作为测试指标进一步验证采用配电网变压器电能质量综合评估模型、文献[5]模型和文献[6]模型的整体有效性，对比三种模型的评估精准度，测试结果如图1。

本文评估模型在多次迭代中的评估精准度均高于文献[5]和文献[6]模型，因为本文方法在配电网变压器电能质量评估标准的基础上，结合熵权法和层析分析法对电能质量评估指标对应的权重进行计算，提高了指标权重计算结果的准确率，进而提高了电能质量综合评估模型的评估准确度。

图1 三种模型的评估精准度

4 结语

为了建立有效且公平的配电网变压器电能质量市场，需要对配电网变压器的电能质量综合评估。提出配电网变压器电能质量综合评估模型，通过高显著度的电能质量评估指标采用TOPSIS方法构建电能质量综合评估模型，解决了当前评估模型中存在的问题，为配电网变压器的发展奠定了基础。

[1] 吴正玲,张楠楠.基于支持向量回归机的电能质量评估[J].现代电子技术,2016,39(23):148-151

[2] 戚双斌,冯卫永,杨哲.舰船电力系统电能质量测试分析[J].电网与清洁能源,2017,33(6):41-46

[3] 廖建权,周念成,王强钢,等.直流配电网电能质量指标定义及关联性分析[J].中国电机工程学报,2018,38(23):81-94,353

[4] 樊露丹,王晓杰,苗长新.基于扇区判断的三电平APF多目标模型预测电流控制[J].电力电容器与无功补偿,2017,38(2):40-45

[5] 黄沁悦,周福林,刘双玲,等.基于区间灰色证据组合模型的电能质量评估方法[J].电力系统及其自动化学报,2018,30(09):12-19

[6] 李熊,阿辽沙叶,潘国兵,等.基于有序加权平均算子的电能质量评价方法[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

国家重点研发计划:水泥炉窑的高能效低排放关键技术研发与工业示范(2016YFB0601500);南瑞集团有限公司项目:配电网能效管理与园区综合能源管控关键技术研究与产业化(524608170069)

丁孝华(1974-),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为电网规划. E-mail:yangwen@sgepri.sgcc.com.cn