一種發電機勵磁系統性能的模糊綜合評估算法

傅　磊，　盧力東，　劉甲林

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱　150036)

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一種發電機勵磁系統性能的模糊綜合評估算法

傅磊，盧力東，劉甲林

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150036)

摘要：發電機勵磁系統是電力系統的一個重要組成部分，發電機勵磁系統的性能好壞直接關系到電力系統是否能穩定運行。通常對發電機勵磁系統性能的評估涉及調壓性能、無功功率分配、對電力系統動靜態以及暫態穩定性影響、故障處理及其他必備功能等多個方面，國家標準也對勵磁系統的性能做了規定，但這些規定指標僅僅是一個合格的范圍，通常具有一定的模糊性。在考慮以上因素的基礎上，給出了一種發電機勵磁系統性能的二級模糊綜合評估算法，并通過算例驗證了該方法可以有效用于發電機勵磁系統性能的評估。

關鍵詞：發電機勵磁系統； 性能； 模糊綜合評估

0引言

發電機勵磁系統作為發電機系統的重要組成部分，能夠通過調節勵磁電流維持機端電壓穩定和無功功率分配，對電力系統的動態穩定性、靜態穩定性及暫態穩定性都有重要的影響，因此發電機勵磁系統性能的好壞與否直接關系到電力系統是否能夠良好穩定的運行[1-3]。除了穩定性問題之外，國標GB/T 7409.3—2007《同步電機勵磁系統大、中型同步發電機勵磁系統技術要求》也對勵磁系統的基本性能進行了標準化的規定[4]。但固定的指標通常是一個符合的范圍，具有一定的模糊性，僅能區分勵磁系統性能是否達標，不能判斷發電機勵磁系統性能究竟處于何種水平。由于勵磁系統性能受多方面因素影響，一項因素可能會影響到勵磁系統多方面的性能指標，多項因素的綜合影響又會使勵磁系統性能處于一個不同的水平。針對此問題，本文根據勵磁系統在調壓能力，無功功率分配，對電力系統的靜態穩定性、動態穩定性以及暫態穩定性的影響，故障處理及其他必備功能等方面的性能，對國標要求的勵磁系統性能指標進行分類，作為評估因素，再采用二級模糊綜合評估算法[5-8]，給出了一種發電機勵磁系統性能的模糊綜合評估算法，并通過算例驗證了算法的有效性。

1算法設計

1.1　勵磁系統性能評估指標體系的確立

U1={u11，u12，u13，u14}，

1.2　建立權重集

根據每一層中各個因素對勵磁系統性能中所起的作用和重要程度不同，即體系中各個因素對勵磁系統性能的影響大小不同，分別給每一個因素確立相應的權數，所有因素權數的集合稱為權重集，同時權數歸一化。評估因素權重的確定一般采用三種方法： 專家會議法，特爾裴法，層次分析法。根據具體情況可以選用適當的方法或綜合這三種方法來使用。

根據因素層次的確立，設第一層次的權重集為

設第二層次的權重集為

A1={a11，a12，a13，a14}，

A2={a21，a22}，

A3={a31，a32}，

A4={a41，a42，a43}，

A5={a51，a52，a53，a54}，

A6={a61，a62，a63}，

A7={a71，a72，a73，a74，a75，a76，

a77，a78，a79，a710，a711}

1.3　建立評估集

評估集是對最終評估對象所有可能出現的結果為元素的集合。本模型討論的是勵磁系統性能的等級及相應的評估標準。本算法中將勵磁系統性能按評估標準分為五個等級，設定評估集為V={優秀，良好，合格，不合格，差}。

1.4　進行一級模糊評估

一級模糊綜合評估應按第二層次評估因素進行。設評估對象是第二層次中的因素uij。它對評估集中第k個元素的隸屬度為rijk，則第二層次單因素評估矩陣為

其中，i=1，2，3，4，5，6，7；j=1，2，3，…，n；n由第二層次因素的個數決定，即n依次為4，2，2，3，4，3，11；k=1，2，3，4，5。rijk為因素uij的評估結果，即該因素指標對評估對象產生的影響所占的比重，每一行的和為1，也就說明該評估結果是經過歸一化后所產生的，如果沒有歸一化則要經過歸一化處理后建立該評估矩陣。根據這種原則依次建立起R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。則一級模糊評估集為Bi=Ai·Ri，其中i=1，2，3，4，5，6，7。

第二層次單因素評估矩陣的確定由對勵磁系統性能第二層次因素產生影響的參數決定。對于定量指標，根據是否達到指標的合格范圍以及距離合格范圍的遠近確定評估矩陣參數值；對于定性指標，根據是否具有規定功能或滿足規定功能的符合程度確定評估矩陣的參數值。

1.5　進行二級模糊評估

為了綜合考慮所有因素的影響，還必須對第二層次中各個因素的影響進行二級綜合評估，其單因素評估矩陣為一級模糊綜合評估矩陣，即：

則二級模糊綜合評估集為B(b1，b2，b3，b4，b5)=A·R。選用加權評估模型M(·，⊕)。根據隸屬度最大原則，取b*=max(b1，b2，b3，b4，b5)為最終勵磁系統性能的評估結果。根據評估結果所對應的評估等級判定勵磁系統性能最終處于何種水平。

2算例驗證

根據上述勵磁系統性能模糊綜合評估算法的實現過程，設立最終評估目標的評估集為V={優秀，良好，合格，不合格，差}。首先確立第一層次評估權重矩陣為A=[0.2，0.2，0.05，0.05，0.05，0.2，0.25]，根據第二層次評估因素分別確立如下權重矩陣為

A1={0.4，0.3，0.2，0.1}，

A2={0.6，0.4}，

A3={0.3，0.7}，

A4={0.4，0.3，0.3}，

A5={0.3，0.1，0.3，0.3}，

A6={0.4，0.4，0.2}，

A7={0.1，0.1，0.1，0.1，0.1，0.1，

0.1，0.1，0.02，0.02，0.16}

根據uij對評估集的符合程度得到對應的二級模糊單因素評估矩陣：

根據Bi=Ai·Ri得到一級模糊評估矩陣為

選取加權平均模型，最終得到二級模糊綜合評估集為

為了分析方便，因此上述結果不進行歸一化處理，根據隸屬度最大原則，取

0.346

此結果表示該勵磁系統性能處于優秀這一等級，說明目前的勵磁系統是特別符合系統性能指標的。

3結語

本文給出的模糊綜合評估算法能夠利用影響

勵磁系統性能的主要性能指標以及其他影響因素作為評估因素，通過二級模糊評估模型給出勵磁系統性能的評估結果。利用此模型得到勵磁系統性能水平等級后，可以對評估結果進行分析，根據第一層最大權重項所對應的第一層評估因素，找出對此評估因素影響最大的第二層評估因素，最終找到對判別結果影響最大的第一層評估因素下的二級評估指標，從而發現影響勵磁系統性能的瓶頸和最大的影響因素，對改進勵磁系統性能起到指導作用。

【參 考 文 獻】

[1]方思立.發電機勵磁控制系統性能的評估[J].電網技術，1990(1)： 44- 48.

[2]李基成.關于現代同步發電機勵磁系統動態性能評估的探討[J].大電機技術，1984(3)： 1-8.

[3]張虹，徐濱，高健，等.基于最小方差基準的勵磁系統性能評估[J].電力系統保護與控制，2014，42(8)： 54-58.

[4]同步電機勵磁系統大、中型同步發電機勵磁系統技術要求： GB/T 7409.3—2007[S].

[5]鄒舒，劉洪偉，曲曉波.多層次模糊綜合評估法在評估教學質量中的應用[J].江蘇技術師范學院學報： (自然科學版)，2009，15(1)： 88-92.

[6]穆永錚，魯宗相，喬穎，等.基于多算子層次分析模糊評估的電網安全與效益綜合評估指標體系[J].電網技術，2015，39(1)： 23-28.

[7]王海燕.基于層次分析和模糊綜合評估智能電網綜合效益研究[J].云南電力技術，2014，42(6)： 54-57.

[8]劉海濤，黃鳴宇，張永浩.智能變電站合并單元性能模糊綜合評估模型研究[J].電氣應用，2014，33(20)： 102-106.

A Kind of Method Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation

Algorithm for Performance of Generator Excitation System

FULei,LULidong,LIUJialin

(Harbin Electric Machinery Company Limited， Harbin 150036， China)

Abstract：Generator excitation system is the important part of power system， the performance of generator excitation system is good or bad， which is related to operate stably of power system. Usually， voltage tuning ability， passive power distributing ability， effects to static， dynamic and transient state stability of power system， fault process and other required functions are included into the evaluation of generator excitation system performance， at the same time， country standard also makes the rules to the performance of excitation system， but these specified index only are the eligible scope， and have certain fuzziness. Based on above elements， a kind of two level fuzzy comprehensive evaluation algorithm of generator excitation system was presented， and a practical example was given to prove effectiveness of the presented method for applying to evaluate performance of generator excitation system.

Key words：generator； excitation system； performance； fuzzy comprehensive evaluation

收稿日期：2015-06-08

中圖分類號：TM 31

文獻標志碼：A

文章編號：1673-6540(2016)02- 0026- 04

作者簡介：傅磊(1978—)，男，工程師，研究方向為發電機勵磁系統研發、調試。盧力東(1990—)，男，工程師，研究方向為發電機勵磁系統設計、調試。劉甲林(1986—)，男，工程師，研究方向為發電機勵磁系統研發、調試。