長時間尺度下電能質量治理項目成功度評價

摘要：“雙碳”背景下，電能質量治理項目呈現增多的態勢，但目前關于電能質量治理項目綜合效益的后評價研究較少，在一定程度上制約電能質量控制技術的創新和應用推廣。現有治理項目后評價研究存在評價指標單一、指標關聯性關注較少、長時間尺度下數據質量研究匱乏等問題。以服務機構為視角，基于網絡分析法和數據驅動理論，從評價指標體系構建、指標關聯度和數據質量三個方面進行研究，構建長時間尺度下電能質量治理項目的成功度評價模型。將研究成果應用于某機場行李系統的電能質量治理項目中，得到該治理項目三個治理點的成功度等級分別為A級（72.91）、A級（68.65）、A級（68.84）。該方法可有效提高治理項目后評價的科學性和準確性，具有一定的實際應用價值。

關鍵詞：電能質量治理；項目后評價；ANP；成功度評價

0引言

我國電力低碳轉型對實現“雙碳”目標具有全局性意義[1]。隨著能源供需兩側清潔化進程的推進，電力系統中的風、光接入比例顯著增加，呈現出“雙高”（高比例可再生能源接入與高比例電力電子設備應用）特點[2]。同時，大規模儲能、電動汽車、數據中心等非線性負荷接入電網[3-5]。將引起寬頻帶、強耦合等新型擾動問題，導致電能質量污染問題更加復雜和嚴峻。

目前，關于電能質量治理項目后評價的研究相對較少。在評價指標方面，盧文安[6]在考慮用戶滿意度情況下，從經濟效益、技術效益、管理效益和社會效益4個維度對電能質量同步補償裝置改造項目進行了后評價。嚴霜[7]針對配電臺區存在的電能質量問題，提出一種電能質量治理方案，通過對裝置安裝后的運行效果進行分析，計算該項目的經濟效益和社會效益，驗證了項目的可行性。劉方[8]在安裝諧波與無功補償治理裝置后，進行治理前后的數據比對分析，著重對諧波治理的經濟效益進行了分析。在數據質量方面，楊成鋼等[9]針對電能質量數據采集中存在的問題，提出一種基于優化感知壓縮的數據采集方法。張逸等[10]基于移動Agent技術，實現了一種新的電能質量數據管理方案，解決了現有監測模式對網絡條件要求高、檢索效率低、可靠性差的問題；陳子輝等[11]利用電能質量監測數據，實現了對電能質量監測裝置的可靠性評估。現有電能質量治理項目后評價研究還存在評價指標單一、指標關聯性關注較少、長時間尺度下數據質量研究匱乏等問題。

隨著新版《電能質量管理辦法（暫行）》的實施，加強電能質量治理項目綜合效益評價，可以有效促進電能質量控制技術的創新和治理項目的應用推廣，改善電能質量，助力電力低碳轉型進程的推進。

1基本方法

1.1網絡分析法

網絡分析法（ANP）將系統元素分為兩部分，一部分稱為控制層，由問題目標及決策準則構成；另一部分為網絡層，由所有受控制層支配的元素構成。元素之間相互依存、支配，元素和層次間內部不獨立，遞階層次結構中的每個準則支配的不是一個簡單的內部獨立元素，而是一個相互依存、反饋的網絡結構。網絡分析層次結構如圖1所示。

1.2成功度評價法

項目成功度評價需要對照項目立項階段所確定的目標，分析實際結果與其差別，以評價項目目標的實現程度。成功度評價法是一種依靠專家打分，綜合各項指標的評價結果，對項目的成功度做出定性的結論的方法。成功度評價通常以項目目標的實現程度和經濟效益分析為基礎，以項目目標和效益為核心。項目的成功度評價可以分為5個等級：完全成功81～100分（AA級）、基本成功61～80分（A級）、部分成功41～60分（B級）、不成功21～40分（C級）、失敗1～20分（D級）。

2指標體系構建

2.1指標維度

通過相關文獻材料分析國內外研究現狀，得到電能質量治理項目后評價的4個一級指標：目標后評價、技術后評價、影響后評價和可持續后評價。

2.2指標識別

依據構建電能質量治理項目后評價指標體系的原則，結合治理設備參數、電能質量標準與規范[12-20]，參考國內外研究中關于電能質量治理項目后評價的相關文獻[21-22]，將收集的評價指標進行歸納與整理，綜合形成18個項目后評價二級指標，后評價指標體系見表1。

3基于ANP的后評價模型

3.1網絡分析結構

電能質量治理項目后評價指標屬性決定了各指標并非簡單的層次關系，元素組之間存在互相影響（反饋或依賴），各個元素組內部元素也是相互關聯、相互作用關系。依據指標關聯情況構建電能質量治理項目后評價指標網絡結構模型，如圖2所示。各元素組和子元素之間的關聯關系用箭頭表示，單箭頭表示元素或子元素之間只存在單方面的影響，而雙箭頭則表示元素組或元素之間存在交叉影響，循環箭頭則表明元素組內部子元素之間的關聯情況。

3.2后評價模型

根據指標網絡結構，在Super Decisions軟件上構建網絡分析模型，邀請專家對指標進行打分，并進行兩兩判斷和一致性檢驗，若檢驗不通過，調整判斷矩陣。同時，舍去權重小于0.01的指標（直流側電壓B6、頻率偏差C2）后，重新計算其權重。電能質量治理項目后評價模型見表2。

4長時間尺度下的數據預處理

對長時間尺度下的數據進行分析，利用電能質量治理裝置自帶通信協議和數據采集與監視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統設計了基于物聯網平臺的電能質量治理項目數據采集系統，實現了79個治理數據的實時顯示、治理效果比對、歷史曲線、異常報警、報告分析、GIS等功能，并將歷史數據存儲于本地服務器中。

4.1數據質量問題分析

在實際治理項目中，設備調試、設備故障、人員誤操作、非故障停機等外部因素，以及通信故障、網絡延遲、軟件缺陷等內部因素，導致統計數據存在質量問題，從而影響數據的完整性、準確性和可用性。對數據采集系統存儲的海量數據進行分析后，將數據質量問題分為以下三類。

4.1.1數據持續為零或空值

數據持續為零或空值的主要原因是該參數沒有被記錄或其值太小，可以忽略不計。以15次諧波電壓含有率（HRU15）為例，數據特征表現為連續采樣周期內全部數據長時間為零或存在缺口。15次諧波電壓含有率如圖3所示。

4.1.2部分數據丟失

數據丟失主要源于通信故障、網絡延遲和軟件缺陷等內部因素。以3次諧波電流含有率（HRI3）為例，在設定的采樣間隔下，其數據特征表現為部分數據為0或1（空值）。數據質量問題為部分數據丟失，3次諧波電流含有率如圖4所示。

4.1.3數據異常

數據異常主要是指設備非正常運行下，依然存在數據傳輸失真的情況。以直流側電壓（DC）為例，其數據特征表現為數據偏離預期值（740V）較明顯。數據質量問題為部分數據失真，直流側電壓如圖5所示。

4.2數據處理方法

常用的數據丟失處理方法有刪除法、加權法和插補法等[23]；數據去噪方法有回歸、均值平滑、離群點分析、小波法等[24]。考慮治理項目的數據特征和評價需要，本文采用刪除法來處理上述數據質量問題，該方法操作簡單，效率最高，并且能夠保證數據質量。

4.3數據統計方法

目前，當電能質量監測數據出現數據質量問題時，實際工程應用中還沒有一套嚴格標準的處理方法[25]。本文統計分析方法主要來源于電能質量標準、產品技術規范等，項目后評價指標數據處理方法見表3。

5案例應用

5.1項目概況

行李系統是機場內重要設施之一，它主要是確保乘客的行李能夠快速、準確地從登機口裝載到飛機的貨艙，以及從飛機的貨艙順利地送到乘客目的地。一個大型機場行李系統通常由多個部分組成，包括行李傳送系統、行李分揀系統、行李安檢系統、行李追蹤系統和行李領取區域。行李傳送系統由傳送帶、轉彎機、斜槽組成；行李分揀系統由分揀機、分揀口、分揀帶組成；行李安檢系統由X射線安檢機、金屬探測器組成；行李追蹤系統由條碼掃描儀、數據處理系統組成；行李領取區域由行李轉盤、行李識別屏幕或指示牌組成。各分系統中帶有各式各樣的電氣化設備。如電機驅動設備（變頻器）、控制系統設備（PLC）、傳感器設備、安全設備、通信設備等。

某機場行李系統的所有電器設備的電源由機場110kV變電站經10kV配電室降壓至0.4kV供電，0.4kV側帶有3個饋線，每段饋線有3個獨立的補償裝置。整個0.4kV配電系統中帶有大量的電機、變頻器、PLC等電器設備，導致整個0.4kV配電室諧波污染較大，同時因負載呈現容性無功特性，原有0.4kV進線柜旁的3個無功補償裝置無法正常投運，使整個0.4kV側系統在運行時功率因數長期位于0.1～0.5之間，不滿足項目驗收和使用要求。因此，諧波污染大和功率因數較低已成為該運營商急需解決的電能質量問題。

5.2項目治理方案

目前，低壓配電系統常用的解決方案為安裝有源電力濾波器，改善該運營商電能質量問題。根據測試數據需對東側配電室安裝6套有源電力濾波器，每個有源電力濾波器的容量為150A。

5.3不同時間尺度下的數據比對

將該項目的有源電力濾波器接入上述基于SCADA搭建的物聯網平臺，實現了長時間尺度下治理電能質量指標的數據采集。根據評價值提取方法，得到該機場東側配電室3個治理點的項目期望值、驗收24h值與后評價1年值。按照表3的數據處理方法，東側配電室3個治理點項目期望值、驗收24h與后評價時1年的數據對比見表4。

5.4成功度評價結果

邀請專家對后評價數據進行打分，得到東側配電室3個治理點的成功度分別為A級（72.91）、A級（68.65）、A級（68.84），評價結果表示3個治理點的大部分目標已經實現。相對成本而言，項目達到了預期的效益和影響。但離完全成功（AA級）還有一定差距，項目存在一定改進空間。

6結語

（1）基于后評價理論和相關文獻進行了指標遴選分析，最終得到了目標后評價A、技術后評價B、影響后評價C、可持續后評價D等4個一級指標和18個二級指標。

（2）通過指標關聯分析，得到了評價網絡結構模型，借助超級決策軟件 Super Decisions 計算評價指標的全局權重。二級指標重要度排前五的分別是用戶滿意度D1、功率因數A3、項目可移植性D3、電壓總諧波畸變率A1、電流總諧波畸變率A2。

（3）從項目整體評價來看，三個治理點成功度均為A級（61～80分），表明項目成功，指標較預期值很接近，用戶滿意度較好，項目推廣價值較高。結合權重系數來看，電壓總諧波畸變率A1、電流總諧波畸變率A2等兩個單一指標得分偏低（60分以下），對評價結果影響較大，與項目目標之間還存在較大差距，仍存在一定的提升空間。該機場電能質量治理項目評價分數偏低的關鍵因素是諧波治理效果未達預期，也影響了用戶滿意度，導致項目整體評分不高。

綜上所述，長時間尺度下的項目后評價因評價周期能覆蓋整個運行工況，能反應治理項目的穩定性，相比于現有項目驗收后評價數據更具代表性，更符合治理對象的實際情況，評價結果更加真實和可靠。本研究能夠更準確地幫助服務機構識別項目潛在的問題并分析原因，以及提出改進措施。

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收稿日期：2024-12-02

作者簡介：

龍劍（通信作者）（1986—），男，高級工程師，研究方向：電能質量檢測、評估與治理。

卜煒瑋（1981—），男，博士，副教授，研究方向：工程建設、土地資源管理。

王朝俊（1991—），男，助理工程師，研究方向：電能質量檢測。

張玉瀟（1992—），男，助理工程師，研究方向：電氣設備管理與維護。