对模糊理论电能质量评价算法的研究

三峡大学　齐贵广

对模糊理论电能质量评价算法的研究

三峡大学齐贵广

本文利用模糊理论对电能质量进行综合评价，提出了基于模糊理论的电能质量一级评判、二级评判算法。该算法对影响电能质量的每项指标进行了完整考虑，并依据电能质量受各项指标的影响程度不同，赋予指标不同的权重系数，对最终的评判结果运用加权平均法进行适当的处理，并以现场实测数据为例，说明该评价算法的分析步骤和评判结果，验证该算法的正确性和有效性，该算法对综合评价电能质量具有较高的应用价值。

模糊理论；电能质量；评判算法；加权平均法

0　引言

随着社会的进步，经济的发展，用户对电能质量的要求越来越高。部分大工业用电造成电能质量问题日益严重，有待解决。在我国，电力市场改革化，改善电能质量是电力行业面临的第一步。因此，研究电能质量不仅是一个重要研究方向，而且在学术界具有实际意义。电能质量问题首先是测量和分析电力系统中电流、电压、频率，通过精确测量，并进行正确的分析，才能真实评价出影响电能质量的各项指标，进而采用适当措施，进行电能质量的改善［1］，本文主要是在电能质量的评价算法上做一些研究。

1　应用模糊理论评判电能质量的方法步骤

利用模糊综合评判理论对电能质量进行综合评价，可根据各影响因素的侧重点不同，组成不同的评判组合和评判等级。本论文考虑二级评判模型，具体评判过程为：

（1）隶属度的计算

一般考虑某时、某地电能质量，如采集频率偏差，形成一组数据，把这些数据组代入到对应的隶属函数，便得到各自的隶属度值。

（2）评判矩阵的形成

评定相应指标的等级，例如评判出“质量优”、“质量良”、“质量合格”和“质量不合格”的等级界限，分别对应。依据步骤（1）计算得到指标的所有数据组的隶属度，判断隶属度位于之间的比例。

（3）电能质量的模糊综合评价模型

1）电压和频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变以及三相电压不平衡都是反映电能质量的重要技术性指标。根据国家标准及结合电能质量评价要求，得出一级、二级待评分项指标，如表1所示。

表1　待评分项指标

2）电能质量指标模糊模型：

本文采用五级模糊评价集合｛优，良，合格，差，很差｝来描述电能质量的优劣。

（4）选择合适的权重系数形成权重向量

利用判断矩阵分析法确定权重系数，形成n阶判断矩阵，矩阵元素是n个评价因素。经过相互比较，并根据因素的权重，得出矩阵元素大小，再求出该矩阵最大特征根和特征向量，该特征向量反映评价因素重要程度。

（5）一致性检验

要验证求出的权重值是否合理，必须进行一致性检验。

（6）确定适应的评判算法

最后的评判结果在采用模糊综合评判方法进行计算时，则需计算，采用“加乘”运算。

2　算例分析

对某炼钢厂35kVI段母线的电流波形、电压波形和频率波形进行实时测量、记录。某采样点附近5个工频周波内的实测电压、频率和电流波形见图1～图3。

图1　A相电压波形图　　图2 电网频率波形图　　　图3 A相电流波形图

2.1 电能质量模糊的一级评判

利用正态分布、降半F分布作为电压偏差指标、频率偏差指标、持续时间的隶属函数。利用一组采集后的电能数据，以及相应电能质量指标的隶属度函数，计算出各数据点的隶属度值，然后建立评判向量。

表2所示各指标的等级界限取值，得出隶属度大于Q1、隶属度在Q1、Q2之间，隶属度在Q2、Q3之间、隶属度在Q3、Q4之间、隶属度小于Q4时的比例，形成评判矩阵，然后根据指标不同的重要度，确定各自的权重系数，进而形成权重向量，最后计算出评判结果，详见如下过程。

对电压指标中的三项一级元素的权重向量可以取为：

表2　指标的等级界限取值

从而可以得到电压的评判结果为：

同理可得其他指标的评判结果。

其评判矩阵为：

从而得到：

2.2电能质量模糊的二级评判

二级评判考虑单因素指标频率偏差和一级评判中的两项指标，频率偏差评判向量为：

该矩阵中行向量对应电压、频率、波形畸变。可得评判结果为：

2.3电能质量综合评判的结果分析

针对具有多个评判对象，并使用模糊评判方法进行评判得出的结果，往往采用加权平均法进行处理。该加权平均法就是数量化各个等级，例如5个评判等级，则可以量化成1～5；然后根据隶属度进行加权平均。加权平均以上评判结果为：

由于加权平均结果V=1.86更接近于2，所以评定电能质量为“良好”。采用模糊一级评判、二级评判算法，多种因素均可考虑进去，并对结果采用加权平均法处理，该法可将各种关系的综合作用较好的反映出来［2］，判断结果具有全面性和合理性。

3　结论

本文运用该评判方法，针对某钢厂的现场采集的实测数据，对电能质量包括电压、频率、波形畸变指标进行分析、处理。利用电能质量模糊综合一级评判、二级评判，得到最终评判结果；并利用加权平均法对电能质量综合评判的结果进行分析，得出合理的最终评判结论。该算法简单易懂，广泛适用于电气技术工作人员。

齐贵广（1984—），山东临沂人，助教，现供职于三峡大学电气与新能源学院。

［1］肖湘宁.电能质量分析与控制［M］.北京：中国电力出版社，2004：10-30.

［2］谭家茂.基于模糊理论的电能质量综合评价方法研究［J］.继电器，2006，02：2-10.