（电力系统及其自动化专业论文）电能质量综合评估及分质计价方法研究.pdf

! 鲎型兰堕主堕室竺堂焦笙奎 篁! ! 墨 a b s t r a c t w 1 t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a l e c o n o m ya n ds c i e n c ea n dt e c h n o i o g mt h e p o w e rc o n s u m e r s d e m a n df o rp o w e rq u a n t i t ya n dq u a l i t yi s b e c o m i n gm o r ea n d m o r ee a g e r t h ec o n s t a n td e v e l o p m e n ta n dp e r f e c t i o no f e l e c t r i c i t ym a r k e tm a k et h e p o w e rq u a l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nb e c o m ei n e v i t a b i e a n dt h ep r i c i n gf o r d i f f e r e n tp o w e r q u a l i t yb e c o m ep o s s i b l e a tp r e s e n t ，t h ep o w e rq u a l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nw a sd i s c u s s e db ys o m e s c h o l a r sa th o m ea n da b r o a d ，b u tt h e e v a l u a t i o ni n d e xw e i g h ts t i l ln e e df u r t h e r r e s e a r c h f o rt h em u l t i p l ei n d e xc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ，w e i g h td e t e n l l i n a t i o ni sa q u l t e1 m p o r t a n ts t e p ，a st h ec h a n g eo fw e i g h tw i l la f f e c tt h es c i e n t i f i cr a t i o n a l i t vo f t n ei n t e g r a t e qe v a l u a t i o nr e s u l t t h e r e f o r e ，i nt h i sp a p e r , t h e p o w e rq u a l i t yw e i g h t w a ss t u d i e dd e e p l ya n dt h e p r i c i n gf o rd i f f e r e n tp o w e r q u a l i t yw a sd i s c u s s e d b a s e do nt h ep o w e rq u a l i t yd i s t u r b a n c ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h e c o m b l n a 1 0 nw e i g h tw h i c hi n t e g r a t e sm a n yo b j e c t i v ew e i g h ta n ds u b j e c t i v e w e i g h t i n t op o w 郎q u a l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n t h ep o w e r q u a l i t yh a sb e e nd i v i d e d m t of i v el e v e l si n t h i sp a p e r f i r s t l y , t h r e es u b j e c t i v ew e i g h t s ( a n a l y t i c h i e r a c h i c a l p r o c e s s ( a h p ) ，e x p e r sc o n s u l t a t i o nm e t h o d ，s u p e r i o r i t yc h a r t ) a n dt w o0 b i e c t i v e w e l g h t s ( e n t r o p ym e t h o d ，v a r i a t i o nc o e f f i c i e n tm e t h o d ) a r ec o m b i n e d t o g e t h e rt o e s t a b l l s ht h e o p t i m a lm o d e la n dt o g e t t h ei n d e x w e i g h tf o rp o w e rq u a l i t y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt h r o u g hs o l v i n gt h i so p t i m a lm o d e l s e c o n d l y u s i n gt h e c o m b l n a t i o no f p r o b a b i li t ys t a t i s t i c sa n df u z z ym a t h e m a t i c st oe v a l u a t et h e9 i n d e x e s o fp o w e r q u a l i t ys y n t h e t i c a l l yw h i c hc o n t a i n s f r e q u e n c y , h a 彻o n i c ，v 0 1 t a g e t l u c t u a t i o na n df l i c k e l v o l t a g ed e v i a t i o n ， v o l t a g ed i p ，t h r e e - p h a s eu n b a l a n c e t e m p o 眦yo v e r - v o l t a g ea n dt r a n s i e n t o v e r - v o l t a g e t h ep o w e rq u a l i t yw i l lb e g r o u p e qi n t oo n el e v e la f t e rt h ee v a l u a t i o na n dt h ee v a l u a t i o n r e s u l ti st h eo n l v q u a n t i t a t i v ei n d e xw h i c hc a nb eu s e dt od e s c r i b et h ep o w e r q u a l i tv t h ea n a l y s i sr e s u l ts h o wt h a t ，u s i n gc o m b i n e dw e i g h t ，w h i c h i n t e g r a t e sm a n v o b j e c t l v ea n ds u b j e c t i v ew e i g h tt o d e t e r m i n a t et h ep o w e rq u a l i t yi n d e xw e i 曲t ， c o n s i d e r st h ep o w e rc o n s u m e r d i f f e r e n t d e m a n d s ，r e a c t st h ep o w e rc o n s u m e r s s u b j e c t l v ew i l l ，a n da sw e l lr e a c t st h eo b j e c t i v e r e a l i t yw h i c hm a k e st h ew e i g h tc a l l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 e m b o d yt h ec h a n g eo ft h ei n d e x sd a t a ，s or e a c h e st h eu n i f i c a t i o no fs u b j e c t i v ea n d o b je c t i v e t h ee v a l u a t i o nr e s u l ti si na c c o r dw i t hr e a l i t y f i n a l l y , b a s e do nt h ee v a l u a t i o nr e s u l t ，t h i sp a p e ru s e st h er i s km a n a g e m e n ta n d i n s u r a n c et h e o r yt or e a l i z et h ep r i c i n gb yd i f f e r e n tp o w e rq u a l i t y t h i sp a p e r i n t r o d u c e sac o r r e c t i o nc o e f f i c i e n tt oa d j u s tt h ei n s u r a n c ep r e m i u mp r o p e r l y , s oa st o a t t r a c tm o r ep o w e rc o n s u m e r st oi n s u r et h ep o w e rq u a l i t y t a k eas e n s i t i v ec o n s u m e r a sa ne x a m p l e ，t h i sp a p e rs h o w st h a tt h ec o n s u m e rc a nd e c r e a s et h e i ro w ne c o n o m i c l o s so n l ya f t e rt h e yp a yt h ep r e m i u mo fp o w e rq u a l i t y k e yw o r d s ：p o w e rq u a l i t y ；s u b j e c t i v ew e i g h t ；o b je c t i v ew e i g h t ；c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ；p r i c i n gb yd i f f e r e n tq u a l i t y 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 将综合多种主客观权重的组合赋权法引入到了电能质量的综合评估中。 作者签名：奎凹琊妒狮 加l 6 唱 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密团，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：套嘶叶 日期：1 尹宰6 一歹 指导老师签名：锨 日期：伽锣裔一。秽 | 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 引言 第1 章绪论 随着用电负荷的日趋复杂化和多样化，大量具有冲击性、非线性和不平衡特 征的负荷造成电网电能质量的恶化。而大量基于计算机和微处理器装置的应用， 使得一些行业，诸如航天、半导体制造业以及一些通信、金融中心等，都对电能 质量表现出“敏感”的特征，电能质量的任何扰动都有可能给这些行业造成严重 的影响和导致巨大的损失。根据美国电力科学研究院粗略估计，当今与电能质量 相关的问题在美国每年造成的损失就达2 6 0 亿美元【l 】。电能质量问题已不仅仅是 电力系统中电压和频率等基本技术问题，它已被提升为关系到整个电力系统及设 备的安全、稳定、经济、可靠运行，关系到电气环境工程保护，关系到整个国民 经济的总体效益和发展战略的高度来认识了。 电能质量污染的危害和影响主点要涉及三个方面，即电力系统本身、电力用 户和相关行业等。常见的危害和影响如下【z j ： ( 1 ) 电能质量污染对电力系统的危害： a 1 增加线损。谐波电流在输电线路上的流动，产生附加能耗，增大线损率。当 系统发生谐振或谐波放大，尤其是高次谐波的情况下，谐波电流污染对线损 的影响将更为明显。 b ) 降低一次运行设备寿命。比如，谐波电流使变压器的铜耗增大，引起变压器 震荡，谐波电压使变压器的磁滞及涡流损耗增加，使绝缘材料承受的电气应 力增大。 c ) 继电保护装置的误动作。电网电能质量指标恶化会引起各类继电保护装置的 误动作和拒动，谐波分量较高的情况下，会引起过电压保护、过电流保护动 作等。 d ) 计量仪表误差。在结构设计上，电能表输入模块的信号变送仅考虑基波，当 电压、电流波形发生畸变时，磁通不能相应地线性变化而产生误差，影响了 电能表的整体计量精度。 ( 2 ) 电能质量污染对电力用户的危害： a ) 危害用户用电设备及电力用户生产的产品质量。例如，供电质量指标低，会 使电机产生附加损耗，承受过高的疲劳应力。运行点电能质量指标低时，会 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 造成诸如补偿装置投不上、电容器熔丝熔断。干扰控制设备检测模块的正常 分析计算，导致错误的输出结果；干扰负载的保护回路，造成误动作。从而 影响电力用户生产的产品质量，给用户造成巨大损失。 b ) 影响居民日常生活。电压波动和闪变会造成照明灯光和电视画面的忽明忽暗， 使电冰箱、空调的压缩机承受冲击应力，产生振动，降低使用寿命。 ( 3 ) 电能质量污染对相关行业的危害： a ) 对通信的干扰。一般情况下，电力网和电信网的架设距离一般比较近，很多 情况下甚至同杆架设，随着低压电网电能质量污染的日益加剧，电能质量问 题对通信的影响也日益严重。谐波是电网干扰通信的主要因素。 b ) 对其他行业的干扰。电能质量污染对其他行业的影响主要有如下两个方面： 通过供电电源直接对其正常的生产运行造成伤害；通过电感应产生影响，如 对有线电视、广播的干扰等。 随着社会的不断进步，电力系统的不断增大，电力负荷同样在急剧加大，使 得一些传统的电能质量问题诸如电压波动、谐波、三相不平衡等变得更加恶化。 而大量基于计算机和微处理器等装置的应用，又使得暂时过电压、电压暂降以及 短时间间断等一些以前未被人们所重视的暂态电能质量问题逐渐显现。越来越多 的现代化生产设备( 如高精度测量仪器和计算机控制系统等) 以计算机或微处理 机、。电力电子器件等为核心，这对电能质量提出了更高的要求。为提高生产效率， 使得现代的生产过程趋向自动化和智能化，许多先进设备被集成起来，集成系统 的安全可靠运行需要高质量的供电保证。电力用户越来越意识到电能质量问题可 能导致其生产成本增加，造成巨大的经济损失。以往，关注电能质量问题主要是 基于系统侧来考虑的。然而，随着社会的快速发展和电力市场机制的不断完善， 电力用户出于安全生产及经济效益等因素，对电能质量提出了更高的要求，尤其 是对暂态电能质量也提出了要求。因此，现代电能质量的评估应转为以用户侧的 需求为标准，而不是单单由一个或几个行业来决定。 1 2 本课题的研究意义 电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又 是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。 在电力市场环境下，电能作为配电侧与用户侧交易的商品，同其他任何商品一样， 必须讲究质量 3 5 1 。对电能质量进行合理的评估是建立公平的电力市场的先决条 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 件之一。 随着电能质量问题的日益突出，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指标的限值范围。这些标准能够评判电能质量各单项 指标是否合格。一般而言，电力系统在运行过程中电能质量的各项指标接近系统 标称值，就可以认为电能是达到标准要求的。但是当电能质量的多个指标共同作 用在一个系统中时，其不同的组合结果对电力系统运行的不利影响、对电气设备 性能的降低甚至损坏都是十分复杂的问题，加之不同电气设备在不同条件下对电 压干扰的敏感度不同，因此，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。于是如何衡量电能质量的好坏程度，即对电能质量进行综合 评估就成为了必然。 电能质量的评估有如下现实意义【6 j ： ( 1 ) 是供用电双方制定供电合同及明确电能质量责任的重要依据； ( 2 ) 是电能商品分质计价的重要参考； ( 3 ) 是评价某个电网或某个供电点电能质量优劣的主要方法； ( 4 ) 是进行电能质量治理的先决条件； ( 5 ) 是调查干扰源的发射干扰和敏感用户所承受干扰的手段。 不同的电能质量，其成本不同，因此电能的价格也应该不同。根据用户的性 质，可将用户划分为一般用户、敏感用户和重要用户。对一般用户，只需采取常 规措施即可。对敏感用户和重要用户，则应采取特殊措施，防止电压暂降、供电 中断以及谐波等问题的发生。当然供电公司也应得到相应的回报，具体可体现在 电价上，对高质量、高可靠性要求的用户应多收电费。 通过对电能质量的评估，得出一个量化的描述，使电力部门能及时掌握系统 运行状况，并将其作为电能分质计价的一个重要依据。同时，电力部门还应该及 时向用户提供系统电能质量情况，作为全面考核供电质量的依据和用户选择供电 服务的参考，提高电力市场运营的透明度。这不仅有利于电力部门树立良好的企 业形象，而且有利于发挥用户消费的积极性和主动性。总之，供电公司通过实施 多质量等级电能供应和电能分质计价，既满足了用户对电能质量的不同需求，又 考虑到了自身的成本问题。因此根据电能质量的优劣对电能进行定价，也是一个 亟待解决的课题。 综上所述，需要找到一个有效的电能质量评估方法。将电能质量指标进行综 合评估，得出一个量化的描述，作为全面考核电能质量和修正电价的依据，实现 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 电能的分质计价。只有这样，才能满足电力用户对电能质量的不同需求，而且也 可以激励供电公司改善电能质量，实现优质供电。 1 3 本课题的研究现状 1 3 1 电能质量评估方法研究现状 1 电能质量单项指标的评估 目前，国家技术监督局制定并颁布了共6 项电能质量国家标准【7 14 1 ，它们分 别是g b t1 2 3 2 5 - - 2 0 0 3 供电电压允许偏差标准、g b1 2 3 2 6 - - 2 0 0 0 电压波动 和闪变标准、g b t 1 4 5 4 9 - - 1 9 9 3 公用电网谐波标准、g b t1 5 5 4 3 一1 9 9 5 三 相电压不平衡度标准、g b t1 5 9 4 5 1 9 9 5 电力系统频率偏差标准、g b t 1 8 4 8 1 - 2 0 0 1 暂时过电压和瞬态过电压标准。这些标准对电能质量单项指标的 允许限制做了明确的规定，成为了电能质量单项指标评估的参照标准。近年来， 由于一些暂态电能质量如电压暂降、短时断电对用电负荷造成了很大的影响，国 外一些专家将上述两个暂态指标已经列入了最重要的电能质量问题之一。尽管国 内还未对其制定出相应的国家标准，但也应纳入到电能质量的单项评估指标当 中。单项指标的评估，可以根据不同的问题确定不同的方法。但是单项指标的评 估忽略了不同电能质量问题间的相互联系，也忽略了用户对不同电能质量问题的 敏感度和重视程度。由于不同用户对电能质量的要求不同，即使是各单项指标电 能质量相同的情况下，对不同性质的用户，电能质量的好坏也应该不同。因此， 在电力市场环境下，对电能质量进行综合评估更具有意义。 2 电能质量的综合评估 电能质量国家标准和许多文献都对电能质量单项指标的评估方法做了研 究，但对电能质量综合评估的研究比较少。当电能质量的多个指标共同作用到一 个系统时，各项指标的不同组合对电力系统的影响以及系统中运行设备的影响， 甚至是损害是十分复杂的问题。所以，对电能质量指标进行综合评估是非常困难 的。 长期以来，定量的、全面的评估电能质量，一直是电能质量工作者共同追 求的目标。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 1 5 - 3 3 】，对电能质量的定量评价做出了有益的探索。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 由于电能质量具有模糊性，因此产生了基于模糊数学的电能质量综合评估 方法。文献 1 5 1 提出了利用模糊原理对电能质量进行综合评估。文中将电能质量 的指标分类进行模糊化，建立相应的隶属度函数，对检测数据计算出各指标的最 终隶属度形成隶属度集：q = ( 仞，汴，胛，叩，尺，锄) ，再将电能质量分为优 质、合格、低质、不合格4 个等级，给定指标隶属度样本集q 优、q 合、q f 氐、q 不， 最后利用海明贴近度原理看最终求出的模糊集最贴近哪一个等级。文献 1 6 1 7 】 利用模糊综合评判的方法，对电能质量进行了综合评价。同文献【1 5 】，文中首先确 定了各指标的隶属度函数及隶属度，在对每一级进行评估时，文中直接给出了各 项指标的权重向量，主观性非常强。并且在建立隶属度函数时，由于人们认识事 物的局限性，也只能建立近似的隶属度，从而只能得到大致的隶属度函数，这就 大大影响了评估结果的客观性和合理性【l 引。文献 1 8 】在对采用模糊数的评估方法 和采用概率统计与矢量代数的评估方法进行比较后，提出了基于概率统计和模糊 数学相结合的电能质量评估方法，在一定程度上克服了确定隶属度函数时的主观 性。文中将电能质量的各项指标根据国标的要求平均分为1 0 级，运用概率统计 的方法得到各个指标各级的概率分布p ，将每个指标的第k 级概率分布p k 按顺序 排列成矩阵b 8 1 0 ，然后把矩阵b 与相应的权重矢量a l x l o 相乘得矩阵c ，最后对 矩阵c 应用加权平均法处理得到一个数据，该数据就是电能质量评估的唯一量化 指标。但是在评估过程中，对权重的处理没有具体说明，建议采用专家打分方法 等方法来确定，主观性也很强。文献 1 6 1 8 虽然在评估过程中引入了权重矢量， 避免了对各项指标单调的“一视同仁 的缺点，能够体现电能质量的模糊性。但 是对电能质量各项指标的权重的确定没有说明，主观因素对最后的评估结果有很 大的影响。 文献 1 9 - 2 2 1 在对电能质量进行模糊综合的评价过程中，对上述方法进行了 改进，引入了可变权重，将主观权重和客观权重相结合，在一定程度上克服了主 观因素对评价结果的影响。文献 1 9 2 1 将层次分析法a h p ( a n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ) 和模糊方法相结合，首先利用a h p 方法确定各项指标的权重，然后将电 能质量的指标分四类模糊化：偏差类指标模糊化、持续时间模糊化、计数类指标 模糊化和电能质量的服务性指标模糊化，再根据不同评价对象的具体情况对这些 权重进行修正，得到可变综合权重，最后利用模糊综合评价方法对电能质量进行 综合评判。文献 1 9 2 2 在利用单一的层次分析法确定权重时，建立的判断矩阵需 要进行一致性检验，当判断矩阵不能通过一致性检验时，必须重新确定判断矩阵， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 并再次进行一致性检验，直到所建立的判断矩阵满足一致性要求为止。由于要反 复进行一致性检验，这种方法计算量非常大，而且在建立隶属度函数时，存在很 大的主观性。文献 2 2 提出了序列综合g l 法来确定权重，再对电能质量进行模 糊综合评价。文中提出了电能质量内涵性权重和结构性权重的概念，首先根据相 邻指标之间的相对重要程度来确定内涵性权重彬= ( 彬”，既。，) ，然后利用 序列综合法则，确定各指标的数据结构性权重= ( 彬2 ，2 ，既：) ，最后根据 下式即可求得指标的最终权重值： 形：旦 ，。髟，： j = l 其中i = 1 ，2 ，m 。m 为评价的指标个数。文献 2 3 提出了利用传统的层次分 析法和i s d ( i m p r o v e ds c a t t e rd e g r e e ) 法分别确定综合评估指标的主观权重和 客观权重，最后利用加法原理，将两种赋权结果进行综合。在评估过程中引入可 变权重，克服了单一赋权法的缺点，得出了比较科学的权重系数，在一定程度上 减少了主观因素对评估结果的影响，但是评估结果还是会受到权重取值的影响， 同时由于同样采用的传统a h p 方法需要一致性性检验，计算量非常大。文献 2 4 首先将电能质量各单项指标划按照i e c 标准化分为5 个等级，然后分别对各指标 进行评估，将最差的质量等级作为该点的综合质量水平，然后将各个点的电能质 量水平综合后得出电网的总的电能质量水平。 针对电能质量综合评估不确定性与高维、高度非线性的特点，一些文献将智 能算法应用到了电能质量的综合评估当中。智能算法能够克服常规评估方法种的 人为主观因素的影响，通过智能搜索提取高维非线性评估指标的特性，能够最大 限度的反映评估指标对综合评估结果的作用。文献 2 5 2 6 利用了遗传算法对电能 质量进行综合评估。文献 2 5 提出了将基于遗传算法的投影寻踪理论应用于电能 质量评估。文中对电能质量的9 项指标进行等级评定，将电能质量分为优、良、 中、合格、不合格5 个等级，对均匀随机产生的1 0 0 0 个指标样本进行归一化处 理，求得其最佳投影值，最后采用全局收敛的格雷码加速遗传算法优化投影方向， 根据最佳投影值及其对应等级的关系构建了用于电能质量综合评估的遗传投影 寻踪插值模型。文献 2 6 】提出了遗传算法的s h e p a r d 插值理论用于电能质量的评 估，并用加速遗传算法解决了模型中的非线性优化问题。文中先对电能质量进行 分级，根据电能质量评估指标随机生成电能质量等级样本序列，对样本序列进行 优化估计，最后得出综合评估。文献 2 7 则是利用非线性逼近能力很强的径向函 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 数( r a d i a lb a s i sf u n c t i o n ，r b f ) 神经网络建立电能质量综合评价的模型。首先根 据电能质量的国家标准，将电能质量的各单相指标分为5 级，同时文中还把不合 格的电能质量分为了4 级，等级越高，电能质量情况越差，最后一级为电能严重 不合格。文中采用了专用的神经网络分析软件进行分析，7 项单项电能指标作为 网络的输入，输出值为电能质量的等级值。软件利用r b f 网络，采用k m e a n s 算法，隐层采用高斯函数，输出采用了线性函数。 基于遗传算法和神经网络的电能质量综合评估方法，在评估过程中无需任何 人为赋权，模型建模简单，计算速度快，克服了模糊数学、概率论法以及层次分 析法中的主观因素影响，能够对不同的电能质量评估对象快速准确的做出评估， 评估结果更客观，具有一定的可行性。 除了上述的利用模糊数学和智能化方法对电能质量进行综合评估外，一些文 献还提出了以下的电能质量综合评估方法。 文献 2 8 首次提出了基于物元分析法的电能质量综合评估方法。根据电能质 量综合评估的复杂性以及单因素识别和等级划分之间的不相容性特点，应用物元 可拓集方法，构造物元矩阵，根据计算出的关联度大小对电能质量的等级进行可 拓识别。物元分析法克服了模糊评价中隶属度近似时难于取舍的问题，评估结果 清晰，方法简单，易于编程实现，但是此种方法在确定目标权重时，仍然不能避 免人为主观因素的影响。文献 2 9 3 1 运用p q r 坐标变换的方法将电压电流从a b c 三相转换到p - q r 坐标系中，然后重新定义瞬时功率并将瞬时功率细分，并在此 基础上定义了一些电能质量指标，以此来评价电能质量。文献 3 2 】提出了基于日 周期的电能质量量化的评价方法，这种方法以概率统计和矢量代数为基础，先将 电能质量的分项指标量化和归一化，再采用矢量代数将分项指标归一量化，得出 了电能质量的综合唯一量化指标，但是这种方法对电能质量的评价不够细致、清 晰和全面。文献 3 3 将模糊多目标决策理论运用到了电能质量评估中，基本思路 是：根据各指标的相应目标类型，将实测值转换成相对优属度；其次将各指标的 相对优属度合并成评判矩阵；最后通过运用极大极小方法对评判矩阵进行评判， 得到电能质量组的优劣排序【3 3 1 。但是这种评估方法只能对电能质量的优劣进行排 序，而无法得知某一电能质量的好坏程度，而且对于不同电能质量指标值之间的 优属度文中没有讨论。 上述的评估方法，在一定程度上都反映了电能质量的水平。然而，这些评估 方法大部分都未对指标权重的确定进行说明，都是直接给出，只有少部分文献对 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 权重进行了说明，但在确定各项评估指标的权重值时还存在很多问题，如主观因 素对评估结果存在一定的影响等。在电能质量综合评估的过程中，各项指标权重 值的确定对评估结果会产生很大的影响，如何克服权重取值的人为因素影响，合 理的确定各指标的权重值，需要进行深入的研究。而对于电能质量指标体系的建 立，也需要根据用户需求，将近年来比较受用户重视的电能质量指标特别是部分 暂态电能质量指标纳入到评估指标体系。 1 3 2 电能的分质计价方法研究现状 迄今为止，国内外对电能的分质计价的研究还比较少p 4 4 0 1 。文献 3 4 】研究了 在电力市场环境下，运用保险方法实现备用容量和可靠性服务管理和定价的方 法。文献 3 5 3 7 将风险管理机制引入到电能质量市场；文献 3 8 提出了一种基于 差别定价的电能质量服务定价方法；文献 3 9 4 0 1 提出了综合考虑各次谐波并计及 不同节点的谐波畸变约束以及谐波可能导致的电压越限等约束条件的谐波注入 边际电价模型。目前，一些经济发达国家已经开始实行了电能的多等级质量供电 并收取不同的费用。法国国家电力公司向用户提供不同等级的电能，分别标明翠 绿色、银白色、金色和绿色等，收取不同的电费。法国将专业技术、金融运作及 社会效益有机结合，兼顾经济效益和社会公正，成立了专门的工作组对电能质量 问题进行监管，并制定了相应的标准【4 。 随着电力市场深入的发展，电能的分质计价将是一个必然的结果。电能质 量综合评估的结果将作为分质计价的依据。上述方法基本上都是以供电公司的利 润最大化为目标，没有充分的考虑到用户的利益。因此，如何寻找一种切实有效 的方法，从用户的利益出发，以实现电能的分质计价是对国内外研究人员的一项 重大挑战。 1 4 论文的主要工作 通过对电能质量问题背景以及电能质量评估方法和电能的分质计价方法的研 究现状分析可以看出，电能质量的的综合评估以及电能的分质计价已经日益受到 人们的重视。因此，本文在分析电能质量的问题时，以用户的需求为准，对电能 质量的综合评估进行了研究，并对电能的分质计价进行了探讨。在对电能质量评 估指标及其权重的确定方法研究的基础上，将综合多种主客观权重的组合赋权法 引入到了电能质量综合评估中。通过对电能质量的综合评估，得出了描述电能质 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 量好坏的一个量化指标，并在此基础上利用风险管理和保险理论对电能质量进行 按质计价。 本文的主要工作包括： ( 1 ) 阐述了电能质量的含义及重要性、电能质量的标准和危害，详细描述了电能 质量各单项指标的概念和影响因素。对现有的评估方法进行比较研究后，指 出了现有的评估方法的不足。 ( 2 ) 阐述了权重值对综合评估的影响及意义，并对现有的赋权法进行了分析。在 此基础上，利用了综合多种主客观权重的组合赋权法来确定电能质量综合评 估中各指标权重值，即将几种主观赋权法与客观赋权法相结合，通过建立优 化模型，求取各指标的组合权重。 ( 3 ) 确定了电能质量的评估指标，将近年来用户比较重视的部分暂态电能质量指 标纳入到了评估指标体系当中。在确定了各指标的组合权重后，运用概率论 与模糊数学相结合的方法对电能质量进行综合评估，最后通过算例证明该评 估方法的合理性。 ( 4 ) 通过对电能质量的评估，确定电能质量的水平，在此基础上对电能的分质计 价进行了探讨。从用户侧的利益出发，利用保险机制对电能进行分质计价。 首先对风险管理和保险理论进行了介绍，然后利用保险理论建立模型，对电 能进行分质计价，最后利用第三章的评估结果，来验正该方法的合理性。 1 5 本章小结 本章说明了电能质量综合评估和电能分质计价方法的研究意义，对现有的电 能质量综合评估方法和按质计价方法进行了分析，指出了现有电能质量综合评估 方法存在的不足。说明了电能质量各指标权重值的确定对评估结果的重要性，以 及综合评估应该以用户的需求为基准，能够反应不同用户对电能质量的不同需 求。最后简要介绍了本论文的主要工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第2 章电能质量及其评估方法 随着社会工业化的发展，电能质量问题日益突出，人们对电能质量的关注也 越来越多。对于电能质量综合评估，国家标准所规定的各项电能质量指标以及近 几年来越来越引起人们重视的部分暂态电能质量指标，都将成为电能质量评估的 主要指标。本章首先阐述了电能质量的定义及分类，然后对电能质量各项指标的 具体含义和影响因素进行了说明，最后简单介绍了电能质量的国家标准和电能质 量评估体系。 2 1 电能质量的定义 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，如 电力企业可能把电能质量简单地看成是电压( 偏差) 与频率( 偏差) 的合格率， 并且用统计数字来说明电力系统电能9 9 是符合要求的；电力用户则可能把电能 质量看成是否向负荷正常供电；而设备厂家则认为合格的电能质量就是指电源特 性完全满足电气设备正常设计工况的需要，但实际上不同厂家不同设备对电源特 性的要求可能相差很远【5 j 。所以迄今为止，对电能质量的技术含义仍存在着不同 的认识。i e c 标准对电能质量的定义为：“电能质量是指导致用户设备故障或不能 正常工作的电压、电流、或频率偏差”。i e e e 贝t j 对电能质量的定义：“合格电能质 量的概念指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工 作的”，并已正式采用了“p o w e rq u a l i t y 这一术语1 4 h 4 | 。 一种普遍接受和采用的技术名词和定义方法是：从工程实用角度出发，将电 能质量概念具体分解并给出解释，其内容如下【5 】： ( 1 ) 电压质量( v o l t a g eq u a l i t y ) 。给出实际电压与理想电压间的偏差( 应理解为广 义的偏差，即包含幅值、波形、相位等等) ，以反映供电部门向用户分配的电 力是否合格。此定义虽然能包含大多数电能质量问题，但不能( 不宜) 将频 率造成的电能质量问题包含在内，同时不含用电( 电流) 对质量的影响。 ( 2 ) 电流质量( c u r r e n tq u a l i t y ) 。电流质量与电压质量密切相关。为了提高电能的 传输效率，除了要求用户汲取的电流是单一频率正弦波形外，还应尽量保持 该电流波形与供电电压同相位。 ( 3 ) 供电质量( q u a l i t yo fs u p p l y ) 。它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 义有电压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量，它包括供电部门对 用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等。 ( 4 ) 用电质量( q u a l i t yo fc o n s u m p t i o n ) 。包括电流质量和非技术含义等，如用户 是否按时、如数缴纳电费等。 因此电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不能常工作的电压、电流或 频率的偏差，其内容包括频率偏差电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂 时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等【4 7 1 。 2 2 电能质量的分类 电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问 题两类。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，一般持续时间较长，在一段 时间内( 通常是l m i n 以上) 出现的电能质量不正常的情况，主要有频率偏差、长 时电压偏差( 包括过电压、欠电压和持续失去电压) 、三相不平衡、谐波、电压 波动与闪变。暂态电能质量问题通常是以暂态持续时间为特征，包括脉冲暂态和 振荡暂态两大类，脉冲型暂态电能质量问题是指电压、电流或两者在稳态情况下 发生突然、非工频且单方向( 正或负极性) 性质的变化。振荡型暂态电能质量问 表2 1 暂态电能质量主要类型及其特征 种类频谱成分持续时间电压有效值偏移 纳秒级5 n s 上升 l m s 磁 暂 低频 5 k h z0 3 5 0 r n s o 4 p u 态振荡中频 5 5 0 0k h z 2 01 1s0 8 p u 高频 o 5 5m n z 51 ts 0 4 p u 骤升0 5 3 0 c y c l e si 1 1 8 p u 短瞬时骤降0 5 3 0 c y c l e s0 1 - - - 0 9 p u 时中断0 5 3 0 c y c l e s o 1 p u 电 压骤升 3 0 c y c l e s 3 s1 1 1 4 p u 波暂时 骤降 3 0 c y c l e s 3 so 1 - - 0 9 p u 动中断3 0 c y c l e s 3 s 0 1 p u 骤升 3 s lm i n 1 1 - 1 2 p u 短时骤降 3 s - l m i n 0 1 - 4 ) 9 p u 中断 3 s - lm i n 0 1 p u 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 题是指电压、电流或两者在稳态情况下发生突然、非工频且正极性和负极性两方 面的变化。暂态电能质量问题主要包括电压骤降、电压骤升、短时断电、暂时过 电压、瞬态过电压、脉冲等。目前国内外还没有此方面的统一标准，被普遍接受的 主要性能指标有电压短时变动( 上升、下降、中断) 、电磁暂态( 脉冲、振荡) ，其 特征如震荡暂态两大类，脉冲型暂态电能质量问题是指电压、电流或两者在稳态 情况下发生突然、非工频且单方向( 正或负极性) 性质的变化，震荡暂态电能质 量问题如表2 1 所示。 i e e e 第2 2 标准协调委员会和其他国际委员会推荐采用1 1 种专用术语来说明 电能质量问题，其中的一些术语目前在国内尚无统一翻译，本文采用表2 2 定义 来进行说明。 表2 - 2 电能质量专用术语 4 5 】 术语名称备注 间断i n t e r r u p t i o n在一定时间内一相或多相完全失去电压( 电流) ( 低于0 1 p u ( 标 么值) ) 称为间断。 频率偏差各国均已做出具体规定。 f r e q u e n c yv a r i a t i o n 凹陷s a g 持续时间0 5 周波至1m i n ，电压( 电流) 幅值为o 1 p u 至0 9 p u ， 系统频率仍为标称值。 凸起s w e l l电压( 电流) 暂时性的超过标称值1 0 则称为电压( 电流) 凸 起，系统频率仍为标称值。持续时间0 5 周波至lm i n ，幅值为 1 1p u 至1 8p u 。 脉冲暂态脉冲暂态表示了在两个连续稳态之间的一种在极短时内发生的 i m p u l s i v et r a n s i e n t现象或数量变化。脉冲可以是任一极性的单方向脉冲，也可以 是发生在任一极性的阻尼震荡波第一个尖峰。 电压波动电压波动是在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不 v o l t a g ef l u c t u a t i o n 超出0 9 p u 至1 1 p u 电压范围的一系列电压随机变化。 闪变f l i c k e r闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。 电压缺口 缺口主要是由于电力电子装置在有关两相间发生瞬时短路时电 n o t c h i n g流从一相转换到另一相而产生的。电压缺口的频率会非常高， 用常规的谐波分析仪难以测量，直到最近才被列入电压扰动内 容。 谐波h a r m o n i c含有基波的整数倍频率的正弦波电压或电流称为谐波。 间谐波含有基波的非整数倍频率的电压或电流称为间谐波。间谐波的 i n t e r - h a r m o n i c 主要来源是静止变频器、感应电动机和电弧发生装置等。间谐 波会使显示装置引发视觉闪变。 过电压过电压是指电压幅值超过标称电压且持续时间大于1m i n 。过 o v e r - v o l t a g e 电压的幅值为1 1p u 至1 2p u 。 欠电压欠电压是指电压i 幅值小于标称电压且持续时间大于1r a