基于概率统计的电能质量综合评估方法研究

摘要：传统的评估方法在电能质量综合评估时没有基于概率统计建立电能质量评估概率分布赋值矩阵，因此评估相似度低。为此，对基于概率统计的电能质量综合评估方法进行了研究。首先，进行电能质量指标归一量化;再通过计算各项电能质量指标在m级的概率分布，建立电能质量评估概率分布赋值矩阵;最后，采用10级制进行电能质量指标量化的评估，得出电能质量综合评估结果。仿真实验结果表明，设计的评估方法评估相似度明显高于实验对照组，评估精度高达89.54%，可以实现对电能质量的精准评估。

关键词：概率统计;电能质量;综合评估;权重矩阵

0    引言

由于大量冲击性负荷接入电力系统对电能质量产生了消极影响，因此，对电能质量进行综合评估成为确保电能质量稳定、安全的有效途径[1]。据不完全统计，在美国因为电能质量问题所产生的经济损失高达400亿美元，因此有必要提高对电能质量综合评估的重视程度。结合我国针对电能质量的六项标準，可以检验电能质量是否达标;但在实际应用过程中，以上标准只能对电能质量的单指标进行评估，无法实现电能质量综合评估[2]。概率统计指的是对随机现象统计规律的数学方法，主要针对具有随机特点的事物进行数据统计，从而控制错误发生的概率。为此，本文将概率统计引进电能质量综合评估方法中，提出一种基于概率统计的新型电能质量综合评估方法，致力于为电能质量综合评估方法的优化设计提供理论支持。

1    变电站电能质量综合评估方法设计

在本文设计的基于概率统计的电能质量综合评估方法中，电能质量综合评估具体流程为：首先，根据国标对电能质量各项指标分级;再用概率统计的方法求各指标各等级概率，形成概率分布矩阵，并求得权重矩阵;最后，得到评估结果矩阵，利用该矩阵得出电能质量综合评估结果。

1.1    电能质量指标归一量化

根据电能质量各项指标的国标规定，对电能质量指标进行归一量化[3]。设电能质量指标归一量化方程式为c，则其计算公式如下：

式中：n为电能质量数据特征矢量;i为电能质量数据特征个数，为实数;w为每个电能质量指标每级的概率;m为语义标注的摩擦系数;k为电能质量数据特征权值系数;g为考虑的电能质量指标个数;μ为电能质量数据特征维数;x为电能质量特征的Hamming距离横坐标;y为电能质量特征的Hamming距离纵坐标;u为电能质量特征相似权值。通过公式（1）得出电能质量指标归一量化结果，获取更为准确的质量评估相关本体类。

1.2    基于概率统计的电能质量指标量化综合评估

考虑到正常情况下，电能质量频率偏差的绝对值不得超过2%，基于概率统计将电能质量指标分为m级，且各级之间的跨度为x，求得各项电能质量指标在m级的概率分布[4]。设各项电能质量指标在m级的概率分布为Pm，则其计算公式如下：

式中：τ为各项电能质量指标绝对值的个数;T为各项电能质量指标绝对值在第m级的时间;k为波形畸变率。

根据公式（2）可推导出电能质量评估概率分布赋值矩阵。

设电能质量评估概率分布赋值矩阵为F，则其计算公式如下：

式中：V为各项电能质量指标在各等级的概率分布。

通过公式（2）得出电能质量的综合量化评估结果。在建立电能质量评估概率分布赋值矩阵的基础上，采用10级制进行电能质量指标量化评估[5]。当F数值在0～2时，表示电能质量极好;当F数值在2～4时，表示电能质量好;当F数值在4～6时，表示电能质量一般;当F数值在6～8时，表示电能质量合格;当F数值大于或等于9时，表示电能质量不合格。以此为标准，完成基于概率统计的电能质量综合评估。

2    仿真实验

2.1    实验准备

本文以仿真实验的形式，利用Real Application Clusters系统仿真模拟软件对上述内容进行论证。选取DBLP（DataBase systems and Logic Programming）数据库作为实验对象，分别使用传统评估方法及本文设计评估方法进行仿真实验，设置传统的评估方法为实验对照组。仿真实验主要内容为分析两种评估方法的评估相似度，评估相似度与电能质量数据实际信息越接近，证明其评估结果越精准，从而评定评估性能更高的评估方法。在此次的仿真实验中，共设计4次仿真实验。针对Real Application Clusters系统仿真模拟软件测得的评估相似度，记录实验结果。

2.2    实验结果分析与结论

根据上述设计的仿真实验步骤，采集4组实验数据，对比设计的评估方法与基于随机森林的电能质量综合评估方法（对照组）的评估相似度，结果如表1所示。

通过表1可得出如下结论：本文设计的评估方法评估相似度明显高于实验对照组，证明设计的评估方法评估精度更高，最高达到89.54%，可以实现对电能质量的精准评估。

3    结语

实验分析证明，本文设计的评估方法在电能质量综合评估中的具体优势已经显现出来。引进概率统计的电能质量综合评估方法不但能够完成传统的评估方法所不能完成的任务，还能以概率统计为核心算法，为电能质量综合评估领域的研究提供学术意义。本文的不足之处在于，由于篇幅问题，没有对电能质量元数据进行过多阐述，这一点可以作为日后研究的方向之一。

[参考文献]

[1] 沈阳武，祖文静，梁利清，等.基于组合赋权法的风电场无功电压控制能力综合评估[J].电力系统保护与控制，2020，48（14）：18-24.

[2] 张文保，施伟锋，兰莹，等.基于层次分析—模糊综合评估法的电力推进船舶电能质量实时评估系统[J].中国舰船研究，2019，14（6）：48-57.

[3] 刘颖英，冯丹丹，林才华，等.电能质量综合评估研究现状及发展趋势[J].电力系统保护与控制，2020，48（4）：167-176.

[4] 李树卿，陈鼎，仇群辉，等.基于随机森林的电能质量综合评估[J].现代电力，2019，36（2）：81-87.

[5] 任战海.跨河特大桥下挠风险因素后验分布概率统计反演分析[J].市政技术，2019，37（2）：96-98.

收稿日期：2020-08-21

作者简介：王莉（1980—），女，山东武城人，硕士，讲师，研究方向：统计分析与随机过程。