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1、基于层次分析与模糊综合评价法的变电站智能组件抗 电磁干扰性能评价郭韶杰1,张卫东1,张晓莉21.华北电力大学,北京市昌平区,102206;2.中国电力科学研究院,北京市海淀区, 100192摘要：随着智能组件在电力系统中的应用越来越广泛,其平安稳定运行对电力系统可靠运行起着越来越大 的作用.因而研究变电站智能组件平安性能对于国家电网的开展和平安稳定运行,具有重大意义.本文综 合考虑变电站的电磁环境,将层次分析法和模糊综合评价法相结合,通过定性分析和定量计算,在保证电 网可靠性的根底上,合理选择抗扰度试验,最后对智能组件抗电磁干扰做出性能评价.关键词：变电站智能组件；抗电磁干扰；层次分析法；模糊
2、综合评价法Anti-electromagnetiknterferencePerformanceEvaluationofSubstatiorSmart ComponentBasedonAnalyticHierarchy Procesand FuzzyComprehensiveEvaluationMethodGUO Shaojie1, ZHANG Weidong1, ZHANG Xiaoli2(1.North China Electric Power University, Changping District,Beijing,102206;2.China Electric Power Resea
3、rchInstitute,Haidian District,Bwijing,100192 )Abstract: With the use of smart components in the power system more widely,its safety and stable operation play an increasingly important role in the reliable operation of the power system. Thus,it is of great significance that we research of substation
4、smart components safety performance for the development of the national grid security and stability. In this paper, I consider the substation electromagnetic environment,combinating the AHP and fuzzy comprehensive evaluation, through qualitative analysis and quantitative calculation, on the basis of
5、 ensuring grid reliability, reasonably choosing immunity test,finally,making an Anti-electromagnetic Interference assessmentof the smart components.Key words Substation Smart Components; Anti-electromagnetic Interference; Analytic Hierarchy Process(AHP); Fuzzy Comprehensive Evaluation Method中文分类号：TM
6、7321引言随着智能电网的大力推进,智能组件 的平安稳定运行对电力系统可靠运行起着 越来越大的作用.智能组件运行的可靠性 直接影响到电网的继电保护、安稳限制、 自动化等关键业务运行,甚至直接威胁到 电网平安.然而,随着以微电子和计算机 技术为根底的智能组件应用到电网中,智 能组件受到电磁干扰而影响其性能的问题 越来越多.鉴于在电网中数据获取、保护和限制 信号的上传下达都必须依靠智能组件,因 此智能组件是建立智能电网的根底之一,其高速、双向、实时、可靠运行直接关系 着系统运行的平安,因而研究变电站智能 组件抗电磁干扰性能对于电网的开展和安 全稳定运行,具有重大意义.本文将层次分析法和模糊综合评价
7、法 相结合,通过定性分析和定量计算,从变 电站的电磁环境出发,在保证电网可靠性 的根底上,合理选择抗扰度试验,最后对 智能组件的抗电磁干扰性能做出综合评价.2变电站智能组件抗电磁干扰性能综合评价指标体系的构建放置在变电站内的智能组件不能以一 个孤立的个体来看待,而是要结合变电站 的电磁环境来评估其可靠性和平安性.在 高压变电站有限的空间内,聚集了母线、断 路器、变压器、断路器、隔离开关等一次 设备和保护、限制、通信等二次设备 ,是一 个强弱电相结合的典型环境.在变电站电 磁环境中,一次设备主要产生两类电磁信号 类是稳态电磁信号,以工频电压、电流和 电场、磁场的形式存在.另一类是瞬态电 磁信号,
8、主要由雷击、故障和开关操作等 产生.基于层次分析法的思想,首先确定准 那么层,然后对各准那么层设定具体的评价指 标,进而构建变电站智能组件抗电磁干扰 性能综合评价指标体系.根据变电站的电 磁环境的分类,准那么层由稳态骚扰、开关 操作、雷击和故障共 3项组成.结合准那么 层的各项内容提出10项评价指标,如图1 所示.变电站智能组件抗电磁干扰性能U雷击和故障U3开关操作U2静 电 放 电 抗 扰 度U33脉冲磁场抗扰度IJ3浪涌1冲*)抗扰度IJ31振荡波抗扰度IJ23阻尼振荡磁场抗扰度IJ22快瞬脉群扰IJ21 电速变冲抗度压隼时断电变的扰复JU电部短中和压化抗度U射频电磁场辐射抗扰度IJ 1频
9、感的导扰扰更12射场应传骚抗度U工频磁场抗扰度图1变电站智能组件抗电磁干扰性能综合评价指标体系Fig.1 ComprehensiveEvaluation Systemof Anti-electromagnetidnterferencePerformanceEvaluation ofSubstationSmart Components3基于层次分析和模糊综合评价法的简介模糊综合评价法是以模糊数学为根底,根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转 化为定量评价,即用模糊数学对受到多种 因素制约的事物或对象做出一个总体的评 价,是一种定量地综合评判事物的数学工 具.层次分析法(Analytic Hiera
10、rchy Process, AHP)是将与决策总是有关的元 素分解成目标、准那么、方案等层次,在此 根底之上进行定性和定量分析的决策方法, 旨在通过两两比拟的方式来确定复杂问题 中诸因素的相对重要性,经过定性和定量 分析,确定诸因素整体优劣的总排序.基于AHP和模糊综合评价法是通过专 家经验和定量计算相结合来确定权重矢量 和模糊评价矩阵,再进行综合运算的一种 评价方法,合理地处理了评价因素的不确 定性,并提升处理复杂问题的准确性.具 体评价步骤如下：(1)确定评价目标；(2)确定评价因素的论域 U,假设评 价目标有n个影响因素,那么U=(U i,U2,U). 评价因素根据属性分为假设干类,每一
11、类视 作单一评价因素,称作第一级评价指标.可以设置下属的第二类评价因素,记作(Uii,U 12,UK),称为第二级评价指标. 以此类推,可设置第三级、第四级评价指 标；(3)确定评语等级论域 V,假定有m 个评语等级,那么V=(V 1,V2,Vn)；(4)确定因素权重集 Wo设Ui,U2,Un的权重依次为 W1,W2,w n, 那么权重集W=W 1,W2,Wn.计算步骤如 下：1)构造两两比拟判断矩阵 A.对n个影 响因素重要度作两两比拟,根据表1所示的标度,确定判断矩阵A = (aij )n n(1)2)对A进行归一化处理,得到判断矩 阵的各个元素 可=a(i, j=1,2,.,n) (2)
12、二 akj k3)计算权重n aW = nj： _(i, j =1,2,.,n).二.二 akjkjd(3)4)进行一致性检验max-n 四idnW(4)n -1(5)C.R.=C1 R.I.(6)式中,R.I.为一致性指标,见表 2.如果C.R.0.1 ,即认为判断矩阵的一 致性是可以接受的.6.1 确定综合评价矩阵 R,即U与V 的模糊隶属矩阵Rjm式中,rij为评语等级Vj在评价指标Ui上的隶属度.(6)进行模糊综合评价运算B =WoR=(皿,皿,.,叫)0(1；濡(b1,b2,.,bm)的各个元素大小进行比拟,得分最高者表 示该因素最可靠.表1标度aj的含义j为综合每个因素的作用,采用
13、加权平均型算子 M(.,)评价结果中的元素显示了评价指标中第j个评价因素的优劣性,通过对 B向量 中高频和高幅值成分,极易通过空间的辐射 耦合或经CT、PT的传导耦合对智能组件形 成干扰.与雷击和故障引起的瞬态电磁干Tab.1 The meaningof the scale标度含义1表示两个因素相比,具有相同重要性；3表示两个因素相比,前者比后者稍重要；5表示两个因素相比,前者比后者明显重要；7表示两个因素相比,前者比后者强烈重要；9表示两个因素相比,前者比后者极端重要；2,4,6,8表示上述相邻判断的中间值；倒数假设因素i与因素j的重要性之比aij ,那么因1素j与因素i重要性之比为a =1
14、Jji aij表2 一致性指标R.I.的值n345678910RI.0.580.901.121.241.321.411.451.49扰相比,开关操作引起的瞬态电磁田丁将由隹次 干扰频因工频电场谷率较高,且雷击故障发生的次数少.性耦合对站内 故稳设备的影响并不严重,这是 由于金属屏蔽影响变电站内智能组件的稳降低电场的作态骚扰主用.射频场感要是有工频及其谐波、无线电干扰、应的骚扰源通 电晕常是指来自放电、局部放电、火花放电等.变 电站内磁场,该电磁场可能作用于 a. 完全一致的.4变电站智能组件抗电磁干扰性能评价实证分析6.2 构造判断矩阵变电站内的瞬态电磁信号含有丰富的连接安装设备的整个电缆上,
15、极易通过电缆耦合传给智 能组件.电磁辐射以辐射耦合的方式直接 或者间接地作用于智能组件,如操作维修 及员使用的小型手持无线电收发机、电视 台的发射机、固定的无线电播送、车载无 线电发射机和各种工业电磁源均会频繁地态骚扰相对于开关操作赋值为 1/5,稳态骚于出幅梅章娜北断训.电网、电力设施的故障主要是短路或负荷忽然 出现大的变化引起的.在某些情况下会出 现两次或更屡次连续的暂降或中断,电压 变化是由连接到电网的负荷连续变化引起的.经过对变电站的电磁环境测试和实际 经验,做出如下赋值,uii相对于U12为9kHz -80MHz频率范围内射频发射机的电Tab.2 Consistencyndexval
16、ues R.I.注意,任意的一阶、二阶判断矩阵是产生电磁辐射.近年来,无线 及其他 无线电发射装置的使用显著增加,其使用 频率在0.8GHz至3GHz之间,也会产生电1/5,Uii相对于Ui3为1/2,Uii相对于Ui4 为 i/3.电快速瞬态脉冲群由切换瞬态过程切断感性负载、继电器触点弹跳等产 生,容易使设备出现如程序混乱,数据丢 失等故障,严重时会造成元器件损坏.由 实际经验得知,设备对此敏感度大,不易 通过,需重点考察.阻尼振荡磁场是由隔 离刀闸切合高压母线时产生的,设备所遭 受的磁场可能影响设备和系统的可靠运行. 振荡波表现为在公用和非公用网络的低 压电力线、限制线和信号线中出现的非重
17、 复的阻尼振荡瞬态振铃波；在高压及中 压HV/MV变电站中安装的电源电缆、控 制电缆和信号电缆中出现的重复的阻尼振 荡波.结合每个的特点和测试经验得出, U2i相对于U22为3,U2i相对于U23为4.雷电产生的浪涌电压的主要机理如下： 直接雷,它击于外部户外电路,注 入的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗 而产生电压；间接雷即云层之间或云 层中的雷击或击于附近物体的雷击产生的 电磁场,它在建筑物内、外导体上产生感应电压和电流；附近直接对地放雷的雷 电电流,当它耦合到设备组合接地系统的 公共接地路径时产生感应电压.当雷电保 护装置动作时,电压和电流可能发生迅速 变化,可能耦合到内部电路.雷电发生
18、的 次数少,危害大.脉冲磁场是由雷击建筑 物和其他金属构架包括天线杆、接地体 和接地网以及由在低压、中压和高压电 力系统中初始的故障瞬态产生的.在高压 变电站,脉冲磁场也可由断路器切合高压 母线和高压线路产生.静电放电抗扰度试 验的目的是模拟带有较高电压静电的人体 接触受试设备时发生的现象,也模拟人体 接触受试设备附近的其他金属物体时发生 的静电放电对受试设备的影响.而对于静 电放电而言,工作人员在触碰设备时,都 会自行静电放电后再触碰设备.结合每个 的特点和测试经验得出,U3i相对于U32为2,U3i相对于U33为3.根据公式i 6以及表i,2得出 判断矩阵,权重以及一致性检验结果,如 表3
19、.表3指标体系的单一权重计算表Fig.3 Singleweightcalculationtable ofindex system矩阵名称判断矩阵权重一致性检验结果U-U iU Ui U2 U3Uiii/5i/3U25 i3U33 i/3i九 max =3.04/max nC.I.=0.02n -iC.I.C.R.=0.0340.iR.I.0.i060.6340.260Ui-UiiUi Uii Ui2 Ui3 Ui4Uiiii/5i/2i/3Ui25 i22Ui32i/2ii/3Ui43i/23i九 max =4.23 m- max - nC.I.=o.77n -iC.I.C.R. = =0.0
20、860.iR.I.0.0720.5380.i350.255U2 -U2iU2U2iU22 U 23U2i i34九 max =3.020.623U221/3120.240九 max - n C.I.=0.01n -1C.I.C.R.=0.0170.1R.I.U231/41/210.137U3U31U32U33九 max =3.01U311230.539U3 -U3imax - nC.I.=0.005n -1U321/2120.297U331/31/210.164C.I.C R =0.00860.1, , R.I.6.3 综合评价指标权重计算4.根据表3所得的单一权重,可得出综合权重,如表表4相
21、对于目标层各指标的综合模糊权重集Fig.4 Each indexrelative to thetarget layer of comprehensiveuzzy weightset一级指标二级指标相对于上一层指标综合权重三级指标相对于上一层指标综合权重综合权重变电 站智 能组 件抗 电磁 干扰 性能稳态骚扰0.106工频磁场抗扰度0.0720.008射频场感应的传导骚扰抗扰度0.5380.057射频电磁场辐射抗扰度0.1350.014电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度0.2550.027开关操作0.634电快速瞬变脉冲群抗扰度0.6230.395阻尼振荡磁场抗扰度0.2400.152振荡波抗
22、扰度0.1370.087雷击和故障0.260浪涌(冲击)抗扰度0.5390.140脉冲磁场抗扰度0.2970.077静电放电抗扰度0.1640.043总计1.001.006.4 确定综合评价矩阵 R设定评语集 V= (0, 60, 70, 80, 100),根据评语集对通信设备进行评分,0代表未到达该抗扰度测试的最低等级要求,60代表到达该抗扰度测试的最低等级要求,70、80和100分别代表抗扰度水平逐渐提 高.对三台来自不同厂商的同一智能组件I707080 1706070070就760600070R1 =|807070606070160708070进行抗扰度试验,最后进行结果统计,得 出这三
23、台通信设备的综合得分,即得综合评价矩阵根据式8进行模糊综合评价运算,那么 B =64.06 33.7668.84 上6.5 变电站智能组件抗电磁干扰性能综合评 价结果分析由以上计算结果可以得知,本文中第一家和第三家厂商的智能组件抗电磁干扰 特性较好,可以满足变电站智能组件的抗 扰度要求.而第二家厂商的智能组件的抗 电磁干扰不能满足要求,那么优先选用第一 家和第三家厂商的通信设备.5结论(1)通过变电站智能组件抗电磁干扰 性能指标的构建,可以看出,不仅有效地 减少了抗电磁干扰性能指标测试范围,明 确了检测目标,同时,变电站智能组件抗 电磁干扰性能指标体系的设计从稳态骚扰、 开关操作、雷击和故障等
24、角度出发充分体 现了结合智能组件在变电站所处的电磁环 境因素.(2)采用层次分析和模糊综合评价法 相结合进行变电站智能组件抗电磁干扰性 能指标分析,逻辑严密,可以较大程度地 克服评价过程中主观因素的过大影响.应 用层次分析法计算权重,反映出各个因素 在评价中的重要程度.参考文献1谢季坚,刘承平.模糊数学方法及其应用M.武汉：华中 科技大学出版社,2005.Xie Jijian,Liu Chenping.Fuzzy Mathematics and Its ApplicationsM.wuhan: Huazhong University of Science and Technology.2005
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