1  緒論 

1.1  課題研究的背景及意義
從上世紀(jì)開(kāi)始，經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭迅猛以及人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，大量的高科技、高性能的電子產(chǎn)品隨即產(chǎn)生[1]。這些電器設(shè)備內(nèi)的非線(xiàn)性電子器件造成的不平衡性對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的干擾，降低了電能質(zhì)量的水平；大規(guī)模的特高壓交直流電網(wǎng)的構(gòu)建促進(jìn)了電能的遠(yuǎn)距離傳輸，也是實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)互聯(lián)的必要條件，是以犧牲電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化為前提的。綜上，沖擊性的非線(xiàn)性負(fù)荷的投入使用以及大電網(wǎng)的互聯(lián)在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)卻引起電能質(zhì)量的惡化  [2-4]。諧波、電壓偏差、三相不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變、頻率偏差等幾項(xiàng)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標(biāo)的研究比較廣泛，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，而對(duì)于瞬時(shí)過(guò)電壓、暫時(shí)過(guò)電壓、電壓凹陷以及短時(shí)間中斷等暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題的研究至今有部分學(xué)者進(jìn)行了研究，但研究還不夠徹底 [5]。為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)以清潔和綠色方式滿(mǎn)足全球電力需求，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源得到了更加廣泛的研究與應(yīng)用。由于這些新能源受自然條件的影響而具有的波動(dòng)性、間歇性、隨機(jī)性以及不可調(diào)性等特點(diǎn)，造成并網(wǎng)后電能質(zhì)量變差。就風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，都裝有大量的電力電子器件，其非線(xiàn)性性質(zhì)無(wú)疑會(huì)大大降低電能質(zhì)量的水平，使系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波；另外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力隨風(fēng)力大小而波動(dòng)，風(fēng)力大小的變化則導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的波動(dòng)；大容量風(fēng)電機(jī)組或者多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組同時(shí)并網(wǎng)或者離網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致主網(wǎng)電壓的驟升或驟降等一系列的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題  [6,7]。電能質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重影響著正常的生產(chǎn)生活方式[8]。首先，電能質(zhì)量問(wèn)題將影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電能質(zhì)量問(wèn)題會(huì)惡化一次系統(tǒng)的運(yùn)行情況，甚至?xí)斐砂踩\(yùn)行事故；導(dǎo)致二次系統(tǒng)中部分設(shè)備退出運(yùn)行造成嚴(yán)重后果。其次，電能質(zhì)量問(wèn)題造成的電能污染將危害電力用戶(hù)的用電設(shè)備以及用戶(hù)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。 
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1.2  課題研究現(xiàn)狀 
電能質(zhì)量是具有多指標(biāo)屬性的，不同用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)的要求程度有各自的需要，電能質(zhì)量的各指標(biāo)不能去“平等對(duì)待”,單純?cè)u(píng)估某一項(xiàng)指標(biāo)并不能全面合理地反應(yīng)其整體情況。因此，眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)如何將多個(gè)指標(biāo)科學(xué)、合理地綜合量化為單指標(biāo)做了一系列的研究與探討。綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者多年的研究總結(jié)電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法主要分為:模糊數(shù)學(xué)方法[13-15]、概率統(tǒng)計(jì)和矢量代數(shù)方法[16]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能方法[17]以及其他方法�；谀：龜�(shù)學(xué)理論的方法只能根據(jù)人為主觀經(jīng)驗(yàn)求取隸屬度函數(shù)，其確定方法不夠客觀，對(duì)評(píng)估結(jié)果造成一定的差異；基于概率統(tǒng)計(jì)和矢量代數(shù)的方法進(jìn)行評(píng)估時(shí)，影響評(píng)估結(jié)果的主要因素是基準(zhǔn)值的選取，不同基準(zhǔn)值標(biāo)幺化后得到的數(shù)值存在一定的差異；基于智能算法的方法建模復(fù)雜、計(jì)算繁瑣，必須先進(jìn)行大量的訓(xùn)練以后才能更準(zhǔn)確地評(píng)估。另外，還有各種新型的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法如基于可拓云、雷達(dá)圖和動(dòng)態(tài)時(shí)間彎曲距離等方法的電能質(zhì)量綜合評(píng)估，各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)不同場(chǎng)合、不同需要選擇合適的方法。 電能質(zhì)量問(wèn)題作為當(dāng)今的一個(gè)熱點(diǎn)研究課題，國(guó)外對(duì)該焦點(diǎn)的觸覺(jué)敏銳，很早就開(kāi)始了深入的研究，取得了一定的成果，不得不承認(rèn)國(guó)內(nèi)對(duì)于該課題的研究起步相對(duì)較晚對(duì)電能質(zhì)量綜合評(píng)估的研究還不成熟，至今沒(méi)有一個(gè)科學(xué)的、權(quán)威的、廣泛使用的電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型。早在上世紀(jì)九十年代，美國(guó)國(guó)家電科院為更好的了解產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題與用戶(hù)端的設(shè)備及習(xí)慣之間的關(guān)系，對(duì)二百多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)用得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的研究。加拿大經(jīng)過(guò)不斷地研究總結(jié)出 69 個(gè)穩(wěn)態(tài)因素和 37 個(gè)暫態(tài)因素對(duì)電能質(zhì)量有影響，經(jīng)過(guò)一定的對(duì)比得到 25 項(xiàng)指標(biāo)來(lái)反應(yīng)電能質(zhì)量的優(yōu)劣，為構(gòu)建電能質(zhì)量綜合評(píng)估體系提供了科學(xué)依據(jù)。伊朗電網(wǎng)通過(guò)與國(guó)際各種電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，研究了兩個(gè)電壓等級(jí)的各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)在同一尺度下的評(píng)估[18]。 
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2  電力系統(tǒng)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo) 

電能質(zhì)量（Power Quality）即電力系統(tǒng)中交流電的質(zhì)量?jī)?yōu)劣水平。理想的電能是工頻、標(biāo)稱(chēng)電壓的完整對(duì)稱(chēng)的正弦波，在三相交流系統(tǒng)中，三相電壓、電流相量的幅值相等，且相位互差 120o。但實(shí)際系統(tǒng)中，這種理想狀態(tài)在是不存在。因隨著經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展電網(wǎng)的用電負(fù)荷越來(lái)越多樣化，沖擊性、不平衡負(fù)荷等外來(lái)干擾，大量非線(xiàn)性的電力電子設(shè)備的使用，發(fā)電機(jī)、變壓器等用電設(shè)備的非線(xiàn)性運(yùn)行，運(yùn)行操作的失誤等原因?qū)⑹闺娔苜|(zhì)量的水平下降。電壓、頻率和波形是電能質(zhì)量的衡量指標(biāo)。供電質(zhì)量、用電質(zhì)量、電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量是優(yōu)質(zhì)供電的四個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 電能質(zhì)量單項(xiàng)評(píng)估指標(biāo) 
影響電能質(zhì)量的因素比較多，其中主要的評(píng)估指標(biāo)[33,34]包括：電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡度、暫態(tài)電壓、供電可靠性以及非技術(shù)性性指標(biāo)等。根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)供電電壓偏差的實(shí)際情況，參考國(guó)際上電能質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)制定并頒布了 GB/T12325-2008《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》，詳細(xì)規(guī)定了 35kV 及以下供電電壓允許的電壓偏差范圍,35kV 以上的電壓等級(jí)沒(méi)有直接用電設(shè)備，沒(méi)有做更嚴(yán)格的要求。因?yàn)橛秒娫O(shè)備大多是通過(guò)降壓變壓器接入到供電系統(tǒng)，合理的選擇降壓變壓器的分接頭位置就能調(diào)節(jié)不符合要求的電壓，起到一定得調(diào)壓作用，具體情況如表 2.1 所示。另外對(duì)供電點(diǎn)短路容量較小、供電距離較長(zhǎng)以及對(duì)供電電壓偏差有特殊要求的用戶(hù),由供、用電雙方協(xié)議確定。 為便于各種電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)以及批量生產(chǎn)，都按額定電壓來(lái)制造，當(dāng)電壓偏差較大，會(huì)使電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響[35,36]。系統(tǒng)的工作電壓偏低時(shí)，系統(tǒng)頻率可能不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率崩潰甚至解列系統(tǒng)。 
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2.2  電能質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理
電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)分為成本型（極小型）、效益型（極大型）、適中型（區(qū)間型）。各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不同的單位和量綱，因此需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其中對(duì)于成本型指標(biāo)，其數(shù)值越小電能質(zhì)量越好；對(duì)于供電可靠性以及非技術(shù)性指標(biāo)則屬于效益型指標(biāo)供電可靠性越高越好，非技術(shù)性（服務(wù)性）指標(biāo)越高也就代表服務(wù)質(zhì)量越高。指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理主要包括線(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)化處理和非線(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化主要分為兩個(gè)步驟：首先，一致化處理，可以將極小型和適中型都化為極大型；然后，無(wú)量綱化處理，處理方法較多，可根據(jù)不同需要選擇。 至今，電能質(zhì)量綜合評(píng)估都是采用單項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理（一致化和去量綱化）后加權(quán)綜合，單項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)就成本型、效益型、適中型區(qū)別對(duì)待進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，降低了評(píng)估速度，并且標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失、計(jì)算錯(cuò)誤等。建立統(tǒng)一標(biāo)度下電能質(zhì)量指標(biāo)體系可以加速評(píng)估，有利于模型的推廣。 
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3  未確知測(cè)度理論 .......... 22 
3.1 不確定性信息 ..... 22 
3.2  未確知測(cè)度理論 ........ 23 
3.3  本章小結(jié) .... 24 
4  主客觀權(quán)重相結(jié)合的電能質(zhì)量綜合評(píng)估 .......... 25
4.1  單一賦權(quán)法的權(quán)重確定 .... 25 
4.1.1  主觀賦權(quán)法 ...... 25 
4.1.2  客觀賦權(quán)法 ...... 30 
4.2  確定綜合權(quán)重 .... 33
4.3  變權(quán) .... 34 
4.3.1  局部變權(quán) .......... 34 
4.3.2 TOPSIS ...... 35 
4.4  電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法 .... 36
4.5  基于未確知測(cè)度的電能質(zhì)量綜合評(píng)估步驟 .... 43 
4.6  本章小結(jié) .... 49 
5  基于未確知測(cè)度的仿真實(shí)例 ...... 50 
5.1  仿真實(shí)例 .... 50
5.2  本章小結(jié) .... 56 

5  基于未確知測(cè)度的仿真實(shí)例 

5.1  仿真實(shí)例 

以 5 個(gè)待評(píng)估點(diǎn)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要針對(duì)電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、暫態(tài)壓降、三相不平衡度、供電可靠性、服務(wù)性指標(biāo)這九項(xiàng)指標(biāo)，電能質(zhì)量原始數(shù)據(jù)同表 4.6。由熵權(quán)法得各指標(biāo)的權(quán)重為（0.1277、0.1136、0.1362、0.1052、0.1161、0.2749、0.1140、0.0039、0.0084），Delphi 法得各指標(biāo)權(quán)重為（0.0758、0.1501、0.1489、0.1223、0.0474、0.1741、0.0808、0.0918、0.1088），由加法原理計(jì)算綜合權(quán)重為（0.0967、0.1354、0.1438、0.1154、0.0750、0.2148、0.0941、0.0564、0.0684）。 由表 5.2 可知，可拓云和 DTW 方法評(píng)估結(jié)果完全一致，未確知測(cè)度方法所得評(píng)估結(jié)果，當(dāng)取置信度 ? ?0.6時(shí)評(píng)估結(jié)果同上述兩種方法的評(píng)估結(jié)果；當(dāng)取置信度 ? ?0.7時(shí)大致與上述兩種方法一致，不同的是評(píng)估點(diǎn) 1、2 的評(píng)估等級(jí)比另兩種方法的等級(jí)稍低，因?yàn)橹眯哦仍礁撸u(píng)估要求更嚴(yán)格。因此要求不同的情況下選擇不同的置信度以滿(mǎn)足要求。對(duì)比 DTW 方法與未確知測(cè)度方法評(píng)估分?jǐn)?shù)排序，兩種方法排序完全一致，排列順序?yàn)樵u(píng)估點(diǎn) 1＞評(píng)估點(diǎn) 3＞評(píng)估點(diǎn) 4＞評(píng)估點(diǎn) 5＞評(píng)估點(diǎn) 2。,DTW 方法中所得各評(píng)估點(diǎn)分?jǐn)?shù)分別為 80.0734、65.5681、72.2118、68.9994、67.1792，為方便比較分析，化為五分制分別為 4、3.28、3.62、3.45、3.36。對(duì)比后兩種方法如圖 5.11 所示。由圖可知使用未確知測(cè)度方法評(píng)估所得到每個(gè)評(píng)估點(diǎn)的評(píng)估結(jié)果差別相對(duì)較大，更容易區(qū)分兩評(píng)估點(diǎn)的電能質(zhì)量水平。 

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結(jié)論

社會(huì)和科技的進(jìn)步賦予了電能質(zhì)量更多新的內(nèi)容，建立一套合理的電能質(zhì)量綜合評(píng)估體系是對(duì)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理的需要。本文基于電能質(zhì)量的研究背景及現(xiàn)實(shí)需要，在大量分析電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法，，得到一些研究成果和結(jié)論。 電能質(zhì)量的優(yōu)劣受多個(gè)指標(biāo)因素的影響，其影響因素存在一定的不確定性。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)階段學(xué)者對(duì)該方面的研究，對(duì)諧波、電壓偏差、頻率偏差、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡度、暫態(tài)電壓、供電可靠性以及非技術(shù)性性指標(biāo)從指標(biāo)的獲取、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、產(chǎn)生原因及危害方面進(jìn)行了分析總結(jié)。針對(duì)評(píng)估過(guò)程中需要數(shù)據(jù)處理，總結(jié)了指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的方法。介紹統(tǒng)一型電能質(zhì)量指標(biāo)，與傳統(tǒng)指標(biāo)形成對(duì)比。該指標(biāo)無(wú)需多余的數(shù)據(jù)處理，簡(jiǎn)化了評(píng)估步驟。 論文針對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)了研究，在綜合分析現(xiàn)有電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合評(píng)估需求和特點(diǎn)，在深入研究未確知測(cè)度理論基礎(chǔ)上，將其引入電力系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估領(lǐng)域中，建立了電能質(zhì)量綜合評(píng)估體系。 由于專(zhuān)家知識(shí)結(jié)構(gòu)以及事實(shí)的不確定性和模糊性，選用三角模糊數(shù)表示模糊權(quán)重，采用 Delphi 與三角模糊數(shù)相結(jié)合的方法計(jì)算主觀權(quán)重，并總結(jié)了 Delphi 計(jì)算方法，采用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重，利用加法原理結(jié)合主客觀權(quán)重求取綜合權(quán)重,既滿(mǎn)足了用電方的實(shí)際需求，又遵從了電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)客觀反映的信息。 針對(duì)效益型、成本型指標(biāo)的不同，根據(jù)劃分的等級(jí)區(qū)間，運(yùn)用未確知測(cè)度理論分別構(gòu)造其直線(xiàn)型未確知測(cè)度函數(shù)，計(jì)算得到單項(xiàng)指標(biāo)的未確知測(cè)度值，結(jié)合綜合權(quán)重確定綜合測(cè)度值，根據(jù)置信度識(shí)別準(zhǔn)則判定待評(píng)估點(diǎn)的電能質(zhì)量等級(jí)。 
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參考文獻(xiàn)(略) 

本文編號(hào)：71461