电能质量综合评价方法综述

摘要：对电能质量进行综合评价日益受到关注。本文首先介绍了电能质量的含义和我国的电能质量国家标准，然后叙述了目前电能质量综合评价方法的原理流程，并重点分析了模糊数学法，概率统计与矢量代数法，物元分析法，神经网络法和遗传投影寻踪法的优缺点.

关键词：电能质量；综合评价；评价指标

中图分类号：TM931.8 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 16-0000-02

Power Quality Comprehensive Evaluation Review

Kong Lingqi,Liu Jingjing,Zhang Le,Zhao Qiwei

(School of Mathematical and Computer Sciences,Xiangfan University,Xiangyang441053,China)

Abstract:The comprehensive evaluation of power quality is increasingly receiving attention by researchers.The meaning of power quality and the standards of power quality is firstly introduced in this paper.Then we present the fundamental theory of various present evaluation methods.Finally the advantages and disadvantages of fuzzy mathematics method,probability statistics and vector algebra method,matter element analysis method,neural network method,genetic projection pursuit method are discussed in details.

Keywords:Power quality;Comprehensive evaluation;Evaluation index

一、引言

随着工业生产规模化程度的不断提高，各种非线性、冲击性、波动性负载大量接入电力系统，使电力系统所遭受的电能质量污染也日趋严重。“智能电网”的提出对电能质量及供电可靠性提出更高的要求。如何科学合理地对电能质量进行综合评估已日益受到研究人员的关注。虽然各国都根据实际情况制定了相关的电能质量标准，规定了各项电能质量的单个指标及限值范围，但是单纯的判断某项指标是否合格，并不能反映整体电能质量的好坏程度。对电能质量进行综合评估，对建立公平的电力市场竞争环境和电能质量评估管理体系具有重要意义。

二、电能质量及其评价指标

对电能质量进行综合评价，首先需要了解电能质量及其评价指标的含义，进而建立电能质量综合指标评价体系。

电能质量描述的是通过公用电网提供给用户端的交流电能的品质。由于人们看问题的角度不同，对电能质量的技术含义存在着不同的认识。IEC标准对电能质量的定义为：“供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性”。IEEE对电能质量的定义为：“合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均是适合该设备正常工作的”。依据以上国际标准，电能质量可以定义为：关系到供用电设备正常工作（或运行）的电压、电流的各种指标偏离额定值的程度。它包括频率偏差、电压偏差、波形畸变、电压波动和闪变、三相不平衡、长时间电压中断、电压暂降与短时间中断、暂时和瞬时过电压等。

我国的电能质量的国家标准共有6项，分别是：频率偏差，谐波，电压波动与闪变，电压偏差，三相不平衡，暂态指标。下面我们将分别介绍各个指标的含义。

（一）频率偏差：是指电力系统频率的实际值和标称值（工频）之差，公式表示为：

（1）

式中 表示频率偏差， 为实际频率， 为系统标称频率.

（二）谐波：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”.谐波失真度是评价电力系统中谐波含量的主要指标。它定义为各次谐波分量总有效值与基波分量有效值之比。用公式表示为：

（2）

式中 为电压总谐波畸变率； 为各次谐波均方根值； 为基波均方根值； 为谐波最高次数.

（三）电压波动与闪变：电压波动是指在包络线内的电压有规则变动，或是幅值通常不超出0.9pu～1.1pu电压范围的一系列电压随机变化。电压波动程度以电压在急剧变化过程中，相继出现的电压最大值 与最小值 之差或其百分比来表示：

（3）

电力系统中瞬时耗电较大的负荷会引起电压的重复性波动，影响灯光的强度，这种现象称为闪变.表示为：

（4）

式中， 是电压调幅中频率为 的正弦分量的视感加权系数； 是电压调幅波中频率为 的正弦分量1min均方根值，以额定电压的百分数表示。

（四）电压偏差：指在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度.使用某一节点的实际电压与系统标称电压之差与系统标称电压之比的百分数来表示：

（5）

式中 为电压偏差； 为实际电压； 为系统标称电压。

（五）三相不平衡度：电力系统在正常运行方式下，根据对称分量法将三相系统中的电量分解出的负序分量的均方根值与分解出的正序分量的均方根值之比定义为该电量的三相不平衡度。用公式表示为：

（6）

其中， 为三相电压正序分量的均方根值； 为三相电压负序分量的均方根值。

（六）暂态指标：主要包括电压暂降、电压暂升、短时断电、暂态脉冲以及暂态振荡。

三、电能质量综合评价方法

目前，电能质量综合评估的研究焦点依然是如何科学、客观地将一个多指标问题综合成单一量化指标问题。国内外已经有一些学者对电能质量评估方法进行了探讨对电能质量的定量评价做出了有益的探索[1-5]。

（一）基于模糊数学的电能质量评估方法[1]。由于电能质量的一些指标对问题的描述具有模糊性，很难用定量关系表示。模糊理论是解决这类问题的有效手段。利用模糊数学进行电能质量评估的步骤如下：（1）将电能质量划分为若干等级形成指标隶属度样本集。（2）建立电能质量各项指标的模糊模型。（3）将实测数据代入模糊模型得到各项指标的模糊集合。（4）取模糊集合的算术平均数得到各项指标的隶属度，并将其用隶属集合表示。（5）采用海明距离贴近度求出隶属度集合于电能各等级的贴近度。（6）判断电能质量所属等级。

模糊数学在解决电能质量的模糊性问题上具有明显的优势。但是，该方法在确定隶属度函数时，只能根据经验得到近似的隶属度函数，并且权重的确定也主要取决于人。因此，基于模糊数学的电能质量综合评估结果受人为主观因素的影响较大。

（二）基于概率统计与矢量代数的方法[2]。结合电能质量评估指标的统计特性，采用了概率统计特征值的方法抓住了分项电能质量指标的主要特征。利用概率统计与矢量代数进行电能质量评估的步骤如下：（1）确定电能质量评估的时问段。（2）将电能质量的各指标按国家标准和实际需求划分等级。（3）求取电能质量各指标对应各等级的概率分布。（4）求取电能质量各指标概率分布的期望值和方差，并将其标么化。（5）用矢量代数方法将期望和方差的标么值归一化，从而得到评估指标的唯一量化指标。（6）对归一化的进行分级评定电能质量所处等级。

采用概率统计特征值的描述方法，可以抓住分项电能质量的主要特征；采用矢量代数方法可以有效地将不同的分项指标归一化.该方法在对各电能质量指标概率分布的期望值和标准差，当其基准值的选取不同时，该项指标的归一化结果会有很大的不同，如果基准值选取不当，会对电能质量评估的准确性有很大的影响。

（三）物元分析方法[3]。在系统研究中，也存在着大量的不相容问题，为了解决这些问题，建立了系统物元、相容系统和不相容系统等概念，并提出了化不相容系统为相容系统的有关方法，通过系统物元变换，可以处理不相容系统中的问题.利用物元分析进行电能质量评估的步骤如下：（1）根据国标对电能质量各项指标分级。（2）确定经典域物元，节域物元和待评估物元。（3）待评估目标关联值计算。（4）目标权重计算。（5）质量等级评定。

利用物元分析方法，可以建立事物多指标性能参数的质量评定模型。并能以定量的数值表示评定结果，从而能够较完整地反映事物质量的综合水平.

（四）人工神经网络方法[4]。随着电能质量指标的逐步细化。电能质量综合评估工作将呈现出高度非线性的特点，人工神经网络则通过神经元作用函数的简单复合就能逼近有界子集上的任意非线性函数．且模型具有自适应能力，更新方便.利用人工神经网络进行电能质量评估的步骤如下：（1）选定评估指标并对其进行分级处理。（2）根据分级标准建立样本集。（3）确定网络模型理论输出值。（4）根据训练结果确定神经网络模型结构。（5）确定样本的模型输出值。（6）利用所建立的评估模型进行电能质量综合评估。

该方法在评估模型建立期间无需任何人为赋权，通过神经网络的训练，能够客观地反映评估指标之间的内在关系。基于RBF神经网络的电能质量综合评估模型具有建模简单、计算速度快的特点，能够对不同的电能质量评估对象快速准确地做出评估，具有一定的可行性。

（五）遗传投影寻踪法[5]。投影寻踪是用来分析和处理高维数据的一种探索性数据分析的有效方法，由于电能质量综合评估就是将多指标综合为单一指标，即将多维数据降至一维数据的过程．因此投影寻踪方法将会很好地解决这一问题。利用遗传投影寻踪法进行电能质量评估的步骤如下：（1）根据电能质量国家标准对电能质量各单项指标进行分级。（2）在各电能质量等级范围内根据随机分布原理生成投影指标。（3）以投影指标在某一方向上的投影值为基础建立投影目标函数。（4）利用遗传算法求解投影目标函数最大值来估计最佳投影方向。从而得到最佳投影值。（5）根据最佳投影值，评估等级之阅的散点图，建立电能质量综合评估的遗传投影寻踪模型。

通过投影寻踪过程来提取评估指标的特征。并利用遗传算法对投影寻踪过程进行最优化．克服了常规评估方法中的人为主观因素影响及局部优化等缺陷，评估结果客观地提取了各个评估指标的特征，从而可以得到全面客观的综合评估结果。

四、结论

本文主要介绍了电能质量的定义和评价指标，并对几种的电能质量综合评估方法的基本原理与流程进行了介绍和优缺点分析.电能质量综合评估是一项困难的工作．不同的电能质量指标组合对电力系统的影响是非常复杂的，因此对电能质量综合评估方法的研究工作还有待于进一步深入。

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[基金项目]襄樊学院科研项目(Zdky200903,2009YA011).襄樊学院大学生科研项目(2010DXS012).