熊建英，吳文寶，熊 敏

（中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力建設(shè)有限公司，江西 南昌 330001）

0 引言

“雙碳”戰(zhàn)略下，我國(guó)的光伏裝機(jī)容量將迎來(lái)進(jìn)一步的快速增長(zhǎng)。然而，隨著光伏電站并網(wǎng)數(shù)量的不斷增加，給電網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題也逐漸凸顯。光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響是其中重要問(wèn)題[1-2]，電能質(zhì)量問(wèn)題可以導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作，嚴(yán)重的時(shí)候甚至影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

通常對(duì)光伏電站并網(wǎng)時(shí)電能質(zhì)量的要求是[3]：1）光伏電站向當(dāng)?shù)亟涣髫?fù)載提供電能和向電網(wǎng)發(fā)送電能的質(zhì)量，在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量、電壓波動(dòng)和閃變等方面應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2）光伏電站應(yīng)該在并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)滿(mǎn)足IEC 61000-4-30《電磁兼容第4-30部分試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電能質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)要求的A類(lèi)電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)于大型或中型光伏電站電能質(zhì)量數(shù)據(jù)應(yīng)能夠遠(yuǎn)程傳送到電網(wǎng)企業(yè)，對(duì)于小型光伏電站，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)應(yīng)具備年及以上的存儲(chǔ)能力，必要時(shí)供電網(wǎng)企業(yè)調(diào)用。

評(píng)估可以從多個(gè)維度進(jìn)行，評(píng)估過(guò)程包括指標(biāo)選取、權(quán)重計(jì)算、評(píng)估結(jié)果確定。文中為使方法具有普適性，對(duì)光伏電站的電能質(zhì)量評(píng)估主要依據(jù)現(xiàn)行的《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)作為其評(píng)估指標(biāo)來(lái)源的依據(jù)。權(quán)重計(jì)算方法有專(zhuān)家賦值、網(wǎng)絡(luò)分析法，主成分分析、熵權(quán)法等[4-6]。評(píng)估結(jié)果計(jì)算可采用模糊評(píng)價(jià)或線(xiàn)性加權(quán)法等[7]。

為此，文中提出了一種改進(jìn)層次分析法的電能質(zhì)量評(píng)估方法，從電壓變動(dòng)、諧波分析、頻率變動(dòng)三個(gè)項(xiàng)目，共8個(gè)指標(biāo)去評(píng)估電能質(zhì)量；提出基于熵權(quán)法的權(quán)重分析法計(jì)算權(quán)重，改善專(zhuān)家賦值的主觀差異弊端。

1 評(píng)估模型的建立

1.1 構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系

反映光伏電站并網(wǎng)電能質(zhì)量的評(píng)估指標(biāo)很多，如何根據(jù)各個(gè)指標(biāo)對(duì)于電能質(zhì)量綜合狀態(tài)的不同影響程度對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的選擇是關(guān)鍵。文中采用二級(jí)綜合評(píng)估，將各指標(biāo)層分為兩級(jí)，并按照分層評(píng)估理論對(duì)其進(jìn)行分級(jí)評(píng)估。文中建立的電能質(zhì)量評(píng)估體系如圖1所示。

圖1 光伏電站電能質(zhì)量指標(biāo)體系

1.2 權(quán)重計(jì)算方法

1.2.1 客觀權(quán)重計(jì)算

熵最早由香農(nóng)引入信息論中，目前已在工程應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)金融方面得到了廣泛應(yīng)用。熵權(quán)法的基本思路是根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來(lái)確定客觀權(quán)重，這樣的評(píng)價(jià)相對(duì)客觀準(zhǔn)確。通常來(lái)說(shuō)，某個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵值越小，表明指標(biāo)變異程度大，提供的價(jià)值信息越大，其在綜合評(píng)價(jià)中起到的作用也越大，故其權(quán)重也就越大。同理，一個(gè)指標(biāo)熵值越大，則該指標(biāo)的權(quán)重也越小。熵權(quán)確定步驟如下：

1）對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行去量綱歸一化處理。設(shè)8個(gè)指標(biāo)集合為X1，X2，X3…Xn，其中，X={x1，x2，x3…xm}。各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值為：Y1，Y2，Y3…Yn，則有：

2）求各指標(biāo)在各個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目下的比值，即第j項(xiàng)指標(biāo)在第i個(gè)項(xiàng)目中占該指標(biāo)的比重，其實(shí)也就是為了計(jì)算該指標(biāo)的變異大小：

3）求各指標(biāo)的信息熵。根據(jù)信息熵的定義有：

4）計(jì)算權(quán)重：

1.2.2 主觀權(quán)重計(jì)算

主觀權(quán)重計(jì)算利用層次分析法，該方法通過(guò)將復(fù)雜的分體劃分為若干層次的逐漸具體的指標(biāo)，再對(duì)每一層指標(biāo)之間的重要程度進(jìn)行比較，建立判斷矩陣，通過(guò)計(jì)算該矩陣的最大特征值及相應(yīng)的特征向量，得出不同指標(biāo)的權(quán)重，從而為系統(tǒng)規(guī)劃的評(píng)估提供重要的依據(jù)。記某一層的指標(biāo)為z1，z2，L，zn，則其判斷矩陣為：

其中的aij表示表示zi與zj對(duì)于上一層指標(biāo)相對(duì)的重要程度，用1～9 表示，數(shù)字越大則表示重要程度越高。當(dāng)i＞j時(shí)，zi與zj重要程度差距越大，則aij的值越大，aij可以表示為：

十個(gè)沒(méi)有搶到座位的人不約而同地聚在了一起，有的人緊張地扭著手指頭，有人痛苦地抱著頭蹲在地上，像鴕鳥(niǎo)般將頭埋得低低的，也有人冷冷地盯著坐在座位上的人，看得人心里發(fā)毛。

因此判斷矩陣對(duì)角線(xiàn)上元素均為1。矩陣構(gòu)造完之后，計(jì)算其最大特征值及其相應(yīng)的特征向量，通過(guò)歸一化以及一致性檢驗(yàn)，便能得到所選層次指標(biāo)的排序權(quán)值。n階矩陣一致的充分必要條件為最大特征值λmax=n。一致性指標(biāo)CI與一致性比例CR計(jì)算如下：

其中，RI為對(duì)應(yīng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)。若CR<0.1，認(rèn)為判斷矩陣一致性可接受，若CR≥0.1，應(yīng)修改判斷矩陣直到一致性可接受。

將其應(yīng)用于每一層次，便能獲得底層指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)重要程度的排序權(quán)重，從而完成考核指標(biāo)的權(quán)重選取。此外，按規(guī)定，電力系統(tǒng)運(yùn)行中有著各參數(shù)的強(qiáng)制限制條件，將其作為評(píng)價(jià)體系的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，一旦越界將危害系統(tǒng)運(yùn)行。由此得到電能質(zhì)量參數(shù)權(quán)重及限制條件在低壓、變動(dòng)頻率較少時(shí)的情況如表1 所示。注意為了區(qū)別限制條件，其中指標(biāo)參數(shù)尚未歸一化。

表1 指標(biāo)權(quán)重分布及限制條件表

1.2.3 組合權(quán)重計(jì)算

文中研究的電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重由下式確定：

其中，ω1j、ω2j分別為主觀權(quán)重和客觀權(quán)重。

2 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

測(cè)試原理圖如圖2 所示。電壓測(cè)點(diǎn)接在光伏逆變側(cè)電壓互感器二次側(cè)，電流用電流鉗取自電流互感器二次側(cè)。采用便攜式電能質(zhì)量?jī)x測(cè)試結(jié)果，I1，I2，I3分別接ABC 三相的電流，U1，U2，U3分別接A、B、C 三相的電壓，N接零線(xiàn)，可以測(cè)不平衡電流。

圖2 電能質(zhì)量戶(hù)外測(cè)試原理

電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果和參考的限值如表2所示。

表2 測(cè)量結(jié)果（晴天）

表3給出了兩種電站電能質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算的結(jié)果。

表3 指標(biāo)計(jì)算及對(duì)比表

為了更為直觀地反映出光伏電站各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)其電能質(zhì)量的影響程度，從而準(zhǔn)確客觀地評(píng)價(jià)光伏電站地電能質(zhì)量，將歸一化后的實(shí)際指標(biāo)參數(shù)置入變形雷達(dá)圖中，如圖3所示。變形雷達(dá)圖依據(jù)不同指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重大小限制在圖中各指標(biāo)參數(shù)可能的繪制范圍，再在測(cè)得實(shí)際數(shù)據(jù)后，將實(shí)際的指標(biāo)參數(shù)繪制于圖中。相比普通的雷達(dá)圖，變形雷達(dá)圖能夠通過(guò)形變表現(xiàn)出每個(gè)指標(biāo)參數(shù)的相對(duì)重要關(guān)系，也即體現(xiàn)出權(quán)重這一概念。通過(guò)觀察變形雷達(dá)圖中實(shí)際指標(biāo)參數(shù)中框定區(qū)域的面積，即可了解到光伏系統(tǒng)電能質(zhì)量偏離理想情況的程度。

圖3 光伏電站電能質(zhì)量變形雷達(dá)圖

從光伏電站電能質(zhì)量變形雷達(dá)圖3 中，可以很清楚地觀察到光伏電站在電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的數(shù)值比較關(guān)系以及對(duì)于總體電能質(zhì)量的影響程度。在波動(dòng)、不平衡以及直流分量等方面光伏電站都符合電能質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)的要求，偏差不超過(guò)3%，而在主要的電壓、頻率諧波方面影響稍大但均能符合要求。

3 結(jié)語(yǔ)

文中基于熵權(quán)—層次分析法對(duì)光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出了一種基于熵值的客觀權(quán)重計(jì)算方法，同時(shí)組合主觀權(quán)重值，使得權(quán)重結(jié)果更為可靠，避免因?qū)＜掖蚍种饔^因素太強(qiáng)而導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果偏差大的弊端。以某光伏電站實(shí)際數(shù)據(jù)為例進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)變形雷達(dá)圖展示，可直觀地表現(xiàn)出各個(gè)指標(biāo)的狀態(tài)，對(duì)并網(wǎng)測(cè)試人員有很好的指導(dǎo)意義。