一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的模糊綜合評(píng)估算法

傅　磊，　盧力東，　劉甲林

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱　150036)

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一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的模糊綜合評(píng)估算法

傅磊，盧力東，劉甲林

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150036)

摘要：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)是否能穩(wěn)定運(yùn)行。通常對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的評(píng)估涉及調(diào)壓性能、無(wú)功功率分配、對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)以及暫態(tài)穩(wěn)定性影響、故障處理及其他必備功能等多個(gè)方面，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能做了規(guī)定，但這些規(guī)定指標(biāo)僅僅是一個(gè)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(chǔ)上，給出了一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的二級(jí)模糊綜合評(píng)估算法，并通過(guò)算例驗(yàn)證了該方法可以有效用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的評(píng)估。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)； 性能； 模糊綜合評(píng)估

0引言

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流維持機(jī)端電壓穩(wěn)定和無(wú)功功率分配，對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、靜態(tài)穩(wěn)定性及暫態(tài)穩(wěn)定性都有重要的影響，因此發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的好壞與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)是否能夠良好穩(wěn)定的運(yùn)行[1-3]。除了穩(wěn)定性問(wèn)題之外，國(guó)標(biāo)GB/T 7409.3—2007《同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求》也對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本性能進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定[4]。但固定的指標(biāo)通常是一個(gè)符合的范圍，具有一定的模糊性，僅能區(qū)分勵(lì)磁系統(tǒng)性能是否達(dá)標(biāo)，不能判斷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能究竟處于何種水平。由于勵(lì)磁系統(tǒng)性能受多方面因素影響，一項(xiàng)因素可能會(huì)影響到勵(lì)磁系統(tǒng)多方面的性能指標(biāo)，多項(xiàng)因素的綜合影響又會(huì)使勵(lì)磁系統(tǒng)性能處于一個(gè)不同的水平。針對(duì)此問(wèn)題，本文根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)在調(diào)壓能力，無(wú)功功率分配，對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性以及暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，故障處理及其他必備功能等方面的性能，對(duì)國(guó)標(biāo)要求的勵(lì)磁系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行分類，作為評(píng)估因素，再采用二級(jí)模糊綜合評(píng)估算法[5-8]，給出了一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的模糊綜合評(píng)估算法，并通過(guò)算例驗(yàn)證了算法的有效性。

1算法設(shè)計(jì)

1.1　勵(lì)磁系統(tǒng)性能評(píng)估指標(biāo)體系的確立

U1={u11，u12，u13，u14}，

1.2　建立權(quán)重集

根據(jù)每一層中各個(gè)因素對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)性能中所起的作用和重要程度不同，即體系中各個(gè)因素對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的影響大小不同，分別給每一個(gè)因素確立相應(yīng)的權(quán)數(shù)，所有因素權(quán)數(shù)的集合稱為權(quán)重集，同時(shí)權(quán)數(shù)歸一化。評(píng)估因素權(quán)重的確定一般采用三種方法： 專家會(huì)議法，特爾裴法，層次分析法。根據(jù)具體情況可以選用適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蚓C合這三種方法來(lái)使用。

根據(jù)因素層次的確立，設(shè)第一層次的權(quán)重集為

設(shè)第二層次的權(quán)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(píng)估集

評(píng)估集是對(duì)最終評(píng)估對(duì)象所有可能出現(xiàn)的結(jié)果為元素的集合。本模型討論的是勵(lì)磁系統(tǒng)性能的等級(jí)及相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。本算法中將勵(lì)磁系統(tǒng)性能按評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)分為五個(gè)等級(jí)，設(shè)定評(píng)估集為V={優(yōu)秀，良好，合格，不合格，差}。

1.4　進(jìn)行一級(jí)模糊評(píng)估

一級(jí)模糊綜合評(píng)估應(yīng)按第二層次評(píng)估因素進(jìn)行。設(shè)評(píng)估對(duì)象是第二層次中的因素uij。它對(duì)評(píng)估集中第k個(gè)元素的隸屬度為rijk，則第二層次單因素評(píng)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(gè)數(shù)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(píng)估結(jié)果，即該因素指標(biāo)對(duì)評(píng)估對(duì)象產(chǎn)生的影響所占的比重，每一行的和為1，也就說(shuō)明該評(píng)估結(jié)果是經(jīng)過(guò)歸一化后所產(chǎn)生的，如果沒(méi)有歸一化則要經(jīng)過(guò)歸一化處理后建立該評(píng)估矩陣。根據(jù)這種原則依次建立起R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。則一級(jí)模糊評(píng)估集為Bi=Ai·Ri，其中i=1，2，3，4，5，6，7。

第二層次單因素評(píng)估矩陣的確定由對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)性能第二層次因素產(chǎn)生影響的參數(shù)決定。對(duì)于定量指標(biāo)，根據(jù)是否達(dá)到指標(biāo)的合格范圍以及距離合格范圍的遠(yuǎn)近確定評(píng)估矩陣參數(shù)值；對(duì)于定性指標(biāo)，根據(jù)是否具有規(guī)定功能或滿足規(guī)定功能的符合程度確定評(píng)估矩陣的參數(shù)值。

1.5　進(jìn)行二級(jí)模糊評(píng)估

為了綜合考慮所有因素的影響，還必須對(duì)第二層次中各個(gè)因素的影響進(jìn)行二級(jí)綜合評(píng)估，其單因素評(píng)估矩陣為一級(jí)模糊綜合評(píng)估矩陣，即：

則二級(jí)模糊綜合評(píng)估集為B(b1，b2，b3，b4，b5)=A·R。選用加權(quán)評(píng)估模型M(·，⊕)。根據(jù)隸屬度最大原則，取b*=max(b1，b2，b3，b4，b5)為最終勵(lì)磁系統(tǒng)性能的評(píng)估結(jié)果。根據(jù)評(píng)估結(jié)果所對(duì)應(yīng)的評(píng)估等級(jí)判定勵(lì)磁系統(tǒng)性能最終處于何種水平。

2算例驗(yàn)證

根據(jù)上述勵(lì)磁系統(tǒng)性能模糊綜合評(píng)估算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，設(shè)立最終評(píng)估目標(biāo)的評(píng)估集為V={優(yōu)秀，良好，合格，不合格，差}。首先確立第一層次評(píng)估權(quán)重矩陣為A=[0.2，0.2，0.05，0.05，0.05，0.2，0.25]，根據(jù)第二層次評(píng)估因素分別確立如下權(quán)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(jù)uij對(duì)評(píng)估集的符合程度得到對(duì)應(yīng)的二級(jí)模糊單因素評(píng)估矩陣：

根據(jù)Bi=Ai·Ri得到一級(jí)模糊評(píng)估矩陣為

選取加權(quán)平均模型，最終得到二級(jí)模糊綜合評(píng)估集為

為了分析方便，因此上述結(jié)果不進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)隸屬度最大原則，取

0.346

此結(jié)果表示該勵(lì)磁系統(tǒng)性能處于優(yōu)秀這一等級(jí)，說(shuō)明目前的勵(lì)磁系統(tǒng)是特別符合系統(tǒng)性能指標(biāo)的。

3結(jié)語(yǔ)

本文給出的模糊綜合評(píng)估算法能夠利用影響

勵(lì)磁系統(tǒng)性能的主要性能指標(biāo)以及其他影響因素作為評(píng)估因素，通過(guò)二級(jí)模糊評(píng)估模型給出勵(lì)磁系統(tǒng)性能的評(píng)估結(jié)果。利用此模型得到勵(lì)磁系統(tǒng)性能水平等級(jí)后，可以對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)第一層最大權(quán)重項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的第一層評(píng)估因素，找出對(duì)此評(píng)估因素影響最大的第二層評(píng)估因素，最終找到對(duì)判別結(jié)果影響最大的第一層評(píng)估因素下的二級(jí)評(píng)估指標(biāo)，從而發(fā)現(xiàn)影響勵(lì)磁系統(tǒng)性能的瓶頸和最大的影響因素，對(duì)改進(jìn)勵(lì)磁系統(tǒng)性能起到指導(dǎo)作用。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]方思立.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)性能的評(píng)估[J].電網(wǎng)技術(shù)，1990(1)： 44- 48.

[2]李基成.關(guān)于現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能評(píng)估的探討[J].大電機(jī)技術(shù)，1984(3)： 1-8.

[3]張虹，徐濱，高健，等.基于最小方差基準(zhǔn)的勵(lì)磁系統(tǒng)性能評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(8)： 54-58.

[4]同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)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(píng)估法在評(píng)估教學(xué)質(zhì)量中的應(yīng)用[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)： (自然科學(xué)版)，2009，15(1)： 88-92.

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[7]王海燕.基于層次分析和模糊綜合評(píng)估智能電網(wǎng)綜合效益研究[J].云南電力技術(shù)，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(píng)估模型研究[J].電氣應(yīng)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(hào)：TM 31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-6540(2016)02- 0026- 04

作者簡(jiǎn)介：傅磊(1978—)，男，工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)研發(fā)、調(diào)試。盧力東(1990—)，男，工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試。劉甲林(1986—)，男，工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)研發(fā)、調(diào)試。