一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其包括：1）使用AHP法確定各電壓暫降幅值和持續(xù)時間的權重；2）原始數(shù)據(jù)采集，采集監(jiān)測點的電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)；3）構造原始數(shù)據(jù)矩陣，將監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)、標準電壓、自設等級限值、前一段時間電壓暫降均值以及電壓暫降最低限值結合到一起構成一個原始數(shù)據(jù)矩陣；4）數(shù)據(jù)預處理，包括同趨勢化、歸一化；5）使用改進的TOPSIS法計算各貼近系數(shù)；6）預警等級判斷。本發(fā)明方法利用改進的TOPSIS法，計算出監(jiān)測數(shù)據(jù)與各等級限值的貼近程度，并據(jù)此對監(jiān)測點電壓暫降的嚴重程度做出及時合理的預警，可使供用電雙方了解所屬區(qū)域電網(wǎng)一段時間內(nèi)的母線或線路的電壓暫降狀況，提高電網(wǎng)運行可靠性和經(jīng)濟性。
【專利說明】—種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電能質量監(jiān)控【技術領域】，涉及一種用于電力系統(tǒng)及電力用戶輸配電網(wǎng)的電能質量監(jiān)控方法，即基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法。
【背景技術】
[0002]在電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)標準中，電壓暫降可以簡單的定義為:供電系統(tǒng)中某點的工頻電壓有效值突然下降到額定電壓的90%?10%，并在隨后的IOms?Imin短暫持續(xù)后恢復正常。由此可以看出電壓暫降的特性。
[0003]目前，對電壓暫降的研究主要集中在數(shù)據(jù)采集方法或對采集后的數(shù)據(jù)的基本處理上，這些研究主要包括電壓暫降監(jiān)測裝置和方法、電壓暫降指標量化評估以及電壓暫降擾動識別等方面，對電能質量監(jiān)測點或電能質量干擾源并網(wǎng)點的電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)異常檢測及預警的研究欠缺。隨著用電設備技術的發(fā)展，基于計算機、微處理器、高度自動化的新型電力電子設備在電力系統(tǒng)中大量的投入使用。這些設備對電壓暫降干擾非常敏感，一次電壓暫降會造成巨大的經(jīng)濟損失。專家們認為，電壓暫降已成為最重要的電能質量問題，對供電質量提出了新的挑戰(zhàn)，所以有必要對電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行挖掘，及時給出相關線路的超標和異常數(shù)據(jù)，給出預警提示，做到問題早發(fā)現(xiàn)，早解決。將由電壓暫降問題引發(fā)的電力事故的可能性降到最低，保證電力的安全運行。電壓暫降預警作為監(jiān)控平臺的重要功能之一，可對歷史或當前電壓暫降狀況進行及時可靠預警，可以發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行已經(jīng)存在或潛在的電能質量問題。專職人員針對預警系統(tǒng)給出的預警，對每一條記錄進行處理；如果是指標超標，說明此線路該指標不滿足相應標準，應采取相應的措施予以改善；如果是指標異常，說明此線路該指標某段時間內(nèi)，與正常運行時存在較大的差異，需予以關注。由此可見，一種合理可行的電壓暫降預警方法，可以為供用電雙方及時準確提供電網(wǎng)電壓暫降預警信息，為電網(wǎng)的安全運行提供保障，充分發(fā)揮電能質量監(jiān)控平臺的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種可使供用電雙方了解所屬區(qū)域電網(wǎng)一段時間內(nèi)的母線或線路的電壓暫降狀況，提高電網(wǎng)運行可靠性和經(jīng)濟性的基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，包括下述步驟:
[0007]I)使用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP法)確定各電壓暫降幅值和持續(xù)時間的權重；
[0008]2)數(shù)據(jù)采集:采集監(jiān)測點的電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括電壓暫降幅值、持續(xù)時間和發(fā)生次數(shù)，同時采集待測試的電能質量監(jiān)測點的電壓暫降測試數(shù)據(jù)，并將上述采集的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中；[0009]3)構造原始數(shù)據(jù)矩陣:將監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)、標準電壓、自設等級限值、前一段時間電壓暫降均值以及電壓暫降最低限值這5個電壓暫降數(shù)據(jù)序列，結合到一起構成一個5行2*n列的原始數(shù)據(jù)矩陣；
[0010]4)數(shù)據(jù)預處理，對原始數(shù)據(jù)矩陣進行數(shù)據(jù)預處理，包括同趨勢化、歸一化等，并將處理完后的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中；
[0011]5)計算各貼近系數(shù):根據(jù)改進的 TOPSIS (Technique for OrderPreference bySimilarity to an Ideal Solution)法,分別計算出各電壓暫降數(shù)據(jù)序列的貼近系數(shù)；
[0012]6)預警等級判斷:根據(jù)步驟5)計算得到的貼近系數(shù)，判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)與各等級限值的貼近程度，從而判斷出對監(jiān)測點電壓暫降預警。
[0013]本發(fā)明步驟I)中，使用AHP法確定各電壓暫降幅值和持續(xù)時間的權重的具體方法為:
[0014]11)對電壓暫降特征量:暫降幅值和持續(xù)時間，建立層次的遞階結構；
[0015]12)在所確定的層次遞階結構中，建立比較判斷矩陣；
[0016]13)對判斷矩陣進行層次單排序、層次總排序的一致性檢驗；
[0017]14)若均滿足一致性檢驗，則將判斷矩陣中最大特征值對應的正規(guī)化特征向量的分量作為對應元素的權重。
[0018]本發(fā)明步驟2)中，采集電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)的具體方法為:
[0019]21)為保證采集的數(shù)據(jù)能夠全面反映監(jiān)測點電壓暫降問題，至少連續(xù)12個月每天對該監(jiān)測點進行電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)按照監(jiān)測日存入“監(jiān)測點電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)庫”。在這里存儲時需注意的是，數(shù)據(jù)庫中不單存儲有發(fā)生實際電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)，還存儲有實際未發(fā)生暫降的監(jiān)測數(shù)據(jù)。我們將這部分數(shù)據(jù)也當成電壓暫降數(shù)據(jù)，只不過其是電壓跌落為0%，持續(xù)時間為Os的標準電壓。另外，在得到全部的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)后，可對其求平均值，得到這一段時間內(nèi)電壓暫降均值，包括電壓暫降幅值均值和持續(xù)時間幅值均值；
[0020]22)根據(jù)實際調(diào)試需要，選取待測試的電能質量監(jiān)測點，然后采集選取的電能質量監(jiān)測點的電壓暫降測試數(shù)據(jù)。然后再將采集的測試數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫，構成“電能質量預警指標測試數(shù)據(jù)庫”。
[0021]本發(fā)明步驟3)中，構造原始數(shù)據(jù)矩陣的具體方法為:
[0022]31)取η個某監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)，包括η個暫降幅值及η個對應的持續(xù)時間；
[0023]32)將標準電壓、監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)、自設等級限值、前一段時間電壓暫降均值以及電壓暫降最低限值這5個電壓暫降數(shù)據(jù)序列，結合到一起構成一個5行2Xn列的原始數(shù)據(jù)矩陣。
[0024]本發(fā)明步驟4)中，數(shù)據(jù)預處理的具體方法為:
[0025]41)為便于后續(xù)分析，需對原始矩陣進行同趨勢化處理，將指標全變?yōu)榈蛢?yōu)指標，常用的方法有倒數(shù)法和插值法等；
[0026]42)同趨勢化后，為了消除計量單位的影響，需要進行向量歸一化處理，得到歸一化矩陣。
[0027]本發(fā)明步驟5)中，計算各貼近系數(shù)的具體方法為:[0028]51)將標準電壓和電壓暫降最低限值分別作為絕對正理想解和絕對負理想解；
[0029]52)使用改進TOPSIS法分別計算各電壓暫降數(shù)據(jù)序列的貼近系數(shù)。這里有一點需要注意的是，常規(guī)意義下，利用TOPSIS法計算得到的貼近系數(shù)是不可以大于I的，但此處擴展了其定義，使其可以在電壓暫降超過最低限值的情況下出現(xiàn)大于I的情況。
[0030]本發(fā)明步驟6)中，預警等級的具體方法為:
[0031]根據(jù)步驟6)計算得到的貼近系數(shù)，可知監(jiān)測數(shù)據(jù)與各等級限值的貼近程度。直接比較各貼近系數(shù)可做出對監(jiān)測點電壓暫降預警。
[0032]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0033](I)有利于量化分析電壓暫降嚴重度。根據(jù)該預警方法計算出的貼近系數(shù)，不僅考慮了殘留電壓和持續(xù)時間的影響，而且計及了它們各自對量化指標的影響權重，更加真實的反映電壓暫降的干擾水平。相比較而言，目前研究中用的較多的電壓暫降能量指標和嚴重度指標，雖也可量化評估電壓暫降，但相比較而言，能量指標由于公式計算的缺陷，可能會導致量化結果在某些情況下不能真實反映電壓暫降嚴重度，而嚴重度指標具有跳躍性，不能反映連續(xù)的變化。因此計及了各自權重的貼近系數(shù)可用來量化電壓暫降的干擾水平。
[0034](2)有利于提高區(qū)域電網(wǎng)運行的安全可靠性，根據(jù)電壓暫降預警方法確定的結果，結合各擾動源的運行特性和要求，構成一整套電壓暫降預警系統(tǒng)，對一段時間區(qū)域電網(wǎng)的電能質量狀況做出及時可靠的預警。對于供用電雙方，可以適時調(diào)整自身的運行/生產(chǎn)計劃，避免電能質量進一步惡化，提高電網(wǎng)運行的安全可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]下面結合附圖和【具體實施方式】來詳細說明本發(fā)明；
[0036]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0037]圖2為本發(fā)明的電壓暫降預警層次模型。
【具體實施方式】
[0038]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0039]參見圖1，本實施例是一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其可使供用電雙方了解所屬區(qū)域電網(wǎng)一段時間內(nèi)的母線或線路的電壓暫降狀況，提高電網(wǎng)運行可靠性和經(jīng)濟性。其具體方法流程如下:
[0040]I)使用AHP法確定各電壓暫降幅值和持續(xù)時間的權重。
[0041]11)對電壓暫降特征量:暫降幅值和持續(xù)時間，從監(jiān)測點的角度綜合評估電壓暫降的干擾水平，建立層次的遞階結構；建立層次的遞階結構的具體方法為:
[0042]根據(jù)電壓暫降兩個特征量:暫降幅值和持續(xù)時間，結合各監(jiān)測時刻點的角度綜合評估電壓暫降的嚴重程度，建立的層次模型如圖2所示。
[0043]12)在所確定的層次遞階結構中，建立比較判斷矩陣；建立比較判斷矩陣的具體方法為:
[0044]為避免評價結論的錯誤與一致性檢驗的錯誤，本發(fā)明采用一種新的指標標度，如表I所示。[0045]
【權利要求】
1.一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)通過層次分析法確定各電壓暫降幅值和持續(xù)時間的權重； 2)數(shù)據(jù)采集；采集監(jiān)測點的電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括電壓暫降幅值、持續(xù)時間和發(fā)生次數(shù)，同時采集待測試的電能質量監(jiān)測點的電壓暫降測試數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中； 3)構造原始數(shù)據(jù)矩陣；將監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)、標準電壓、自設等級限值、前一段時間電壓暫降均值以及電壓暫降最低限值結合到一起構成一個原始數(shù)據(jù)矩陣； 4)數(shù)據(jù)預處理；對原始數(shù)據(jù)矩陣進行數(shù)據(jù)預處理，并將處理完后的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中； 5)計算各貼近系數(shù):根據(jù)改進的TOPSIS法，分別計算出各電壓暫降數(shù)據(jù)序列的貼近系數(shù)；其具體方法為，首先將標準電壓和電壓暫降最低限值分別作為絕對正理想解和絕對負理想解；然后使用改進TOPSIS法分別計算各電壓暫降數(shù)據(jù)序列的貼近系數(shù)；該改進TOPSIS法計算貼近系數(shù)方法為: (I )按照公式(i )計算絕對正理想解與絕對負理想解之間的距離D作為判斷各樣本的合格情況放入標準；
2.根據(jù)權利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟I)中，使用層次分析法確定各電壓暫降幅值和持續(xù)時間的權重的具體方法為:11)對電壓暫降特征量:暫降幅值和持續(xù)時間，建立層次的遞階結構； 12)在所確定的層次遞階結構中，建立比較判斷矩陣； 13)對判斷矩陣進行層次單排序和層次總排序的一致性檢驗； 14)若均滿足一致性檢驗，則將判斷矩陣中最大特征值對應的正規(guī)化特征向量的分量作為對應元素的權重。
3.根據(jù)權利要求2中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟13)中，一致性檢驗的具體方法為: (A)，對判斷矩陣的特征向量和特征值進行計算，該計算公式如下:
BW = AmaxW (iv) 式中，λ _為判斷矩陣B的最大特征值，W為對應的歸一化特征向量； (B),利用一致性指標Cl來衡量一個指標標度的優(yōu)劣，所述一致性指標Cl的計算公式如下:
4.根據(jù)權利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟2)中，采集電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)的具體方法為: 21)至少連續(xù)12個月每天對該監(jiān)測點進行電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)按照監(jiān)測日存入監(jiān)測點電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)庫； 22)選取待測試的電能質量監(jiān)測點，采集選取的電能質量監(jiān)測點的電壓暫降測試數(shù)據(jù)，然后再將采集的測試數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫，構成電能質量預警指標測試數(shù)據(jù)庫。
5.根據(jù)權利要求4中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟21)中，所述數(shù)據(jù)庫中存儲有發(fā)生實際電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)和實際未發(fā)生暫降的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在得到全部的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將全部的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)求平均值，得到這一段時間內(nèi)電壓暫降均值，包括電壓暫降幅值均值和持續(xù)時間幅值均值。
6.根據(jù)權利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟3)中，構造原始數(shù)據(jù)矩陣的具體方法為: 31)取η個某監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)，包括η個暫降幅值及η個對應的持續(xù)時間； 32)將標準電壓、監(jiān)測點電壓暫降測試數(shù)據(jù)、自設等級限值、前一段時間電壓暫降均值以及電壓暫降最低限值這5個電壓暫降數(shù)據(jù)序列，結合到一起構成一個5行2Xn列的原始數(shù)據(jù)矩陣。
7.根據(jù)權利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟4)中，數(shù)據(jù)預處理的具體方法為: 41)對原始矩陣進行同趨勢化處理，將指標變?yōu)榈蛢?yōu)指標；42)同趨勢化后，對原始矩陣再進行向量歸一化處理，得到歸一化矩陣Z ;所述向量歸一化處理的計算公式為:
8.根據(jù)權利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點電能質量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預警方法，其特征在于，所述步驟6)中，判斷預警等級方法如下:.一級橙色預警:?.<?;
【文檔編號】G06Q50/06GK103886518SQ201410106999
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2014年3月21日
【發(fā)明者】李群, 顧偉, 袁曉冬, 陳兵, 柏晶晶, 張帥, 史明明 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院, 東南大學