一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(quán)重；2）原始數(shù)據(jù)采集，采集監(jiān)測點(diǎn)的電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)；3）構(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣，將監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)電壓、自設(shè)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(jié)合到一起構(gòu)成一個原始數(shù)據(jù)矩陣；4）數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括同趨勢化、歸一化；5）使用改進(jìn)的TOPSIS法計算各貼近系數(shù)；6）預(yù)警等級判斷。本發(fā)明方法利用改進(jìn)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(diǎn)電壓暫降的嚴(yán)重程度做出及時合理的預(yù)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(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】—種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能質(zhì)量監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)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(zhì)量監(jiān)控方法，即基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)標(biāo)準(zhǔn)中，電壓暫降可以簡單的定義為:供電系統(tǒng)中某點(diǎn)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(fù)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?qū)Σ杉蟮臄?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(biāo)量化評估以及電壓暫降擾動識別等方面，對電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)或電能質(zhì)量干擾源并網(wǎng)點(diǎn)的電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)異常檢測及預(yù)警的研究欠缺。隨著用電設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，基于計算機(jī)、微處理器、高度自動化的新型電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中大量的投入使用。這些設(shè)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(jì)損失。專家們認(rèn)為，電壓暫降已成為最重要的電能質(zhì)量問題，對供電質(zhì)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(jìn)行挖掘，及時給出相關(guān)線路的超標(biāo)和異常數(shù)據(jù)，給出預(yù)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(yùn)行。電壓暫降預(yù)警作為監(jiān)控平臺的重要功能之一，可對歷史或當(dāng)前電壓暫降狀況進(jìn)行及時可靠預(yù)警，可以發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行已經(jīng)存在或潛在的電能質(zhì)量問題。專職人員針對預(yù)警系統(tǒng)給出的預(yù)警，對每一條記錄進(jìn)行處理；如果是指標(biāo)超標(biāo)，說明此線路該指標(biāo)不滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以改善；如果是指標(biāo)異常，說明此線路該指標(biāo)某段時間內(nèi)，與正常運(yùn)行時存在較大的差異，需予以關(guān)注。由此可見，一種合理可行的電壓暫降預(yù)警方法，可以為供用電雙方及時準(zhǔn)確提供電網(wǎng)電壓暫降預(yù)警信息，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供保障，充分發(fā)揮電能質(zhì)量監(jiān)控平臺的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)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(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(quán)重；
[0008]2)數(shù)據(jù)采集:采集監(jiān)測點(diǎn)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(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)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(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣:將監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)電壓、自設(shè)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(jié)合到一起構(gòu)成一個5行2*n列的原始數(shù)據(jù)矩陣；
[0010]4)數(shù)據(jù)預(yù)處理，對原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)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(jìn)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(yù)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(diǎn)電壓暫降預(yù)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(quán)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(jié)構(gòu)；
[0015]12)在所確定的層次遞階結(jié)構(gòu)中，建立比較判斷矩陣；
[0016]13)對判斷矩陣進(jìn)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(yīng)的正規(guī)化特征向量的分量作為對應(yīng)元素的權(quán)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(diǎn)電壓暫降問題，至少連續(xù)12個月每天對該監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)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(shí)際電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)，還存儲有實(shí)際未發(fā)生暫降的監(jiān)測數(shù)據(jù)。我們將這部分?jǐn)?shù)據(jù)也當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際調(diào)試需要，選取待測試的電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)，然后采集選取的電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)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(gòu)成“電能質(zhì)量預(yù)警指標(biāo)測試數(shù)據(jù)庫”。
[0021]本發(fā)明步驟3)中，構(gòu)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(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)，包括η個暫降幅值及η個對應(yīng)的持續(xù)時間；
[0023]32)將標(biāo)準(zhǔn)電壓、監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)、自設(shè)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(jié)合到一起構(gòu)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(yù)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(jìn)行同趨勢化處理，將指標(biāo)全變?yōu)榈蛢?yōu)指標(biāo)，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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)理想解；
[0029]52)使用改進(jìn)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(diǎn)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(kuò)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(yù)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(diǎn)電壓暫降預(yù)警。
[0032]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0033](I)有利于量化分析電壓暫降嚴(yán)重度。根據(jù)該預(yù)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(biāo)的影響權(quán)重，更加真實(shí)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(biāo)和嚴(yán)重度指標(biāo)，雖也可量化評估電壓暫降，但相比較而言，能量指標(biāo)由于公式計算的缺陷，可能會導(dǎo)致量化結(jié)果在某些情況下不能真實(shí)反映電壓暫降嚴(yán)重度，而嚴(yán)重度指標(biāo)具有跳躍性，不能反映連續(xù)的變化。因此計及了各自權(quán)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(yùn)行的安全可靠性，根據(jù)電壓暫降預(yù)警方法確定的結(jié)果，結(jié)合各擾動源的運(yùn)行特性和要求，構(gòu)成一整套電壓暫降預(yù)警系統(tǒng)，對一段時間區(qū)域電網(wǎng)的電能質(zhì)量狀況做出及時可靠的預(yù)警。對于供用電雙方，可以適時調(diào)整自身的運(yùn)行/生產(chǎn)計劃，避免電能質(zhì)量進(jìn)一步惡化，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來詳細(xì)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(yù)警層次模型。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0039]參見圖1，本實(shí)施例是一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)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(quán)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(diǎn)的角度綜合評估電壓暫降的干擾水平，建立層次的遞階結(jié)構(gòu)；建立層次的遞階結(jié)構(gòu)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(jié)合各監(jiān)測時刻點(diǎn)的角度綜合評估電壓暫降的嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(jié)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(biāo)標(biāo)度，如表I所示。[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(quán)重； 2)數(shù)據(jù)采集；采集監(jiān)測點(diǎn)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(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)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(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣；將監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)電壓、自設(shè)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(jié)合到一起構(gòu)成一個原始數(shù)據(jù)矩陣； 4)數(shù)據(jù)預(yù)處理；對原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)理想解；然后使用改進(jìn)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(jìn)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(fù)理想解之間的距離D作為判斷各樣本的合格情況放入標(biāo)準(zhǔn)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(quán)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(jié)構(gòu)； 12)在所確定的層次遞階結(jié)構(gòu)中，建立比較判斷矩陣； 13)對判斷矩陣進(jìn)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(yīng)的正規(guī)化特征向量的分量作為對應(yīng)元素的權(quán)重。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(jìn)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(yīng)的歸一化特征向量； (B),利用一致性指標(biāo)Cl來衡量一個指標(biāo)標(biāo)度的優(yōu)劣，所述一致性指標(biāo)Cl的計算公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)電壓暫降歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)庫； 22)選取待測試的電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)，采集選取的電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)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(gòu)成電能質(zhì)量預(yù)警指標(biāo)測試數(shù)據(jù)庫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)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(shí)際電壓暫降監(jiān)測數(shù)據(jù)和實(shí)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(quán)利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟3)中，構(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣的具體方法為: 31)取η個某監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)，包括η個暫降幅值及η個對應(yīng)的持續(xù)時間； 32)將標(biāo)準(zhǔn)電壓、監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降測試數(shù)據(jù)、自設(shè)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(jié)合到一起構(gòu)成一個5行2Xn列的原始數(shù)據(jù)矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟4)中，數(shù)據(jù)預(yù)處理的具體方法為: 41)對原始矩陣進(jìn)行同趨勢化處理，將指標(biāo)變?yōu)榈蛢?yōu)指標(biāo)；42)同趨勢化后，對原始矩陣再進(jìn)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(quán)利要求1中所述的一種基于監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘的電壓暫降預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟6)中，判斷預(yù)警等級方法如下:.一級橙色預(yù)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(quán)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(xué)研究院, 東南大學(xué)