王 蕾，金 凯

（国网西安供电公司，陕西 西安 710000）

1 引言

新用电环境下分布式电源和电力电子设备的普及应用更为迫切，随着实际生产生活中直流用电设备不断增加，整个用电方式有了较大转变。另外，近些年新型能源有了较大发展，在配电网中设置了非常多不同类型的电子器件，这些器件也都会对电网电能质量造成影响。为了降低对电网的影响，直流配电网有了较大发展，通过直流配电方式可以大大减小整个线路的运营成本，同时可以增强供电稳定性，最大程度获取相应经济效益。因此相对于同等级的交流配电网来说，直流配电网存在着多方面的优势，例如直流配电网不存在交流配电网中的三相不平衡问题，可以有效提升电能质量；该系统和直流负载直连，无需配备整流电路以及功率补偿电路，能够提升供电可靠性。但是直流配电网受到全新换流设备、负荷对于直流电压适应范围等因素的影响，使其同样面临着挑战和问题，因此需要加强对直流配电网电能质量的综合性评定，这对于推动电网发展具有重要作用。传统电能质量综合评估更多针对的是电能质量优劣情况，对于评估对象自身因素考量的不够充分，例如对于不同电压等级来说某些电能质量指标限值有所差异，而传统评估方式所得结论合理性不足。文章采取主成分分析法来对直流配电网电能质量进行综合评估，能够减小评价时主观因素的影响，同时可以减小无效数据的影响，更好的研究对象的本质。

2 直流配电网电能质量综合评估体系概述

在对电能质量进行评估时需要参照多种影响因素来进行，所以要确定不同指标的权重，建立起完善的评价指标体系，才可以获得相对合理的综合评价结论。在建立指标体系时要基于优化方法以及定性指标数量化技术来进行，从“系统电压质量”以及“负荷电流质量”两方面进行评定。对于直流配电网来说，和频率有关的质量问题能够更好地处理，电压降是影响有功功率的关键性因素，整个系统电能质量最主要的决定性因素在于母线电压的稳定性，所以要针对关键性指标（包括：电压质量、系统可靠性等）实施有效评定。

针对此，在进行直流配电网电能质量评定时主要从母线电压质量、配网可靠性等方面进行重点分析。对于母线电压质量来说，评定的关键性指标有电压偏差、谐波、电压暂降等等；配电网可靠性要从换流站、直流断路器、直流变压器、储能装置等元器件的可靠性进行考量，具体情况如图1和图2所示。

图1 母线电压质量评价指标

图2 配电网可靠性评价指标

3 研究意义

（1）直流配电网有着自身多重优点，直流配电网已经成为了现代全新的配电发展方向，但是从现阶段来看针对直流配电网电能质量方面的研究还有一定补助，所以要深入研究电能质量影响因素，明确其相应机理，这对于推动直流配电网进一步发展具有现实意义。同时，通过对衡量系数进行分析可以充分明确电能质量情况，更便于全面、准确认识到整个系统中的电能质量问题，可以进一步推动直流配电网的应用。（2）在实际应用时需要加强对直流配电电能质量的检测，通过对扰动特征量的分析能够进一步明确相关因素（包括：扰动时间、严重程度、不同扰动间能量关系等），更便于对电能质量进行全面分析。同时以直流配电网的特性为基础分析交直流两侧电能质量之间的交互关系，可以更加深入了解直流配电网电能质量问题。（3）通过对直流配电网电能质量情况分析，可以提升具体应用时对用户电能质量的监测，从而对电网进行更加合理的规划。

4 主成分分析法

4.1 基本原理概述

主成分分析法主要是以统计分析原理为基础，从多个不同指标中摘取多个不具有关联性的相应指标，并且保证已有指标所展现信息的有效性的分析方法。利用该种方法能够通过较少的关键性指标变量取代已有的多维度变量，从而使得数据更加的精简，然后将“主成分贡献率”作为权值实施加权平均，以此来形成综合评估函数。

此方法在应用时首先设定原始数据变量（x1、x2、…、xn），然后在经过坐标系的转换之后形成和原有坐标系原点重合的新坐标系，此坐标系的第一轴表示的为数据变异最大方向，而第二轴正交于第一轴，同时和数据变异第二大方向相对应。可以将这些轴定义为第一主轴u1、第二主轴u2、…第m主轴um，通过主轴来展现原数据的变异情况（原有n维空间降到m维空间）。将以此所形成的主成分贡献率当作权值，最终使得数集综合成为指数形式。

主成分分析法从根本上来看就是通过严密的数据统计实施最终结果的分析，此种方法的主成分权值更多是利用数据分析来得到的，从中可以体现出不同指标所具有的关联性，可以防止受到不相关指标的影响，具有更好的客观性，更便于实施定量性评价。通过此种方法所得到的主成分相互之间具有独立性，能够大大精简评价体系，能够避免信息之间发生冗余以及交叉。

4.2 主成分分析法的数学模型

这种方法首先是设定n个评价对象，然后把每个评价设定p个指标，针对xij表示第i个评价对象的第j个指标，以此建立起原始数据矩阵如表1。

表1 原始数据矩阵

该诗中第i个主成分Yi的方差在所有方差中所占比重vi就表示为贡献率，以此来体现p个指标所具有的综合性能。为了能够简化计算过程和数据量，主要通过实施主成分分析来代替原有的多成分分析，而主成分的数量设定标准为：可以体现原有变量90%之上信息量，也就是选择累积贡献率在90%以上情况下主成分个数实施综合性分析。

5 具体算例分析

虽然直流配电网有了一定的应用，但是从现阶段来看有关直流配电网运行的数据信息量和准确性有所不足，因此在实际分析过程中所采用的方式更多是参照已有资料，并且利用传统低压交流配电网数据进行结合，把表2中的数据当做原始指标数据，对甲乙丙不同区域400V直流配电网电能质量实施综合性评定。

表2 某地区电能质量指标数据

从所选定的指标来看，存在着三种不同类型指标，储能设备寿命X13归类为正指标，而储能设备容量占比X15则属于适度指标，其余各项指标归类为逆指标。为了能够对其进行有效分析，要对逆指标进行正向化，最终确保整个系统中所有的指标都能够达到正向，在此基础上才能够利用“最大综合评价函数值”来对区域性电能质量情况进行判定。在对上述相应指标数据进行必要处理之后，对其实施相应转换就能够获取每个主成分所具有的特征根和贡献率，具体情况如表3所示。从表中数据可知，因为前两个组成

表3 主成分Y1到Y3特征根和方差贡献率

分累计贡献率满足100%的要求，也就是对原有指标实施了彻底的综合，因此利用第一、第二主成分作为综合指标是较为合理的，Y1和Y2主成分因子载荷量情况如表4所示。

表4 主成分Y1和Y2的因子载荷量

从上述两表中能够得知，这两个主成分包括的信息量非常大，其中第一个主成分包括了40.75%的信息量，该主成分所关联的主要指标包括：电压平均偏差X1（相关因数：0.981 7）、电压中断时间X6（相关因数：0.987 8）、换流站平均故障修复时间X10（相关因数：0.777 7）、储能设备寿命X13（相关因数：0.999 4）、储能设备使用时间X14（相关因数：1.000 0）。从上述分析结果来看，所设定的主要成分85%来自于原始指标的内容，因此最后可以将主成分评价结果总结出图3进行表示。

以表3中主成分的方差贡献率为基础能够获取对直流配电网电能质量综合评定的评价函数，具体为：F=0.407 5Y1+0.592 5Y2，在此基础上参照图3中对于第一个主成分以及第二个主成分的评定，最终得到综合评定结果，具体情况如图4所示。从图4中能够得知，丙地区得分为负，属于直流配电网电能质量最差的区域，而乙地区的得分最高，因此是最优的直流配电网电能质量地区。

图3 主成分评价结果

图4 甲、乙、丙地区电能综合评定结果

6 结束语

相对于传统交流配电网来说，直流配电网存在多方面优势，其应用区域逐渐扩大。但是其也会受到多种因素的影响，需要对其电能质量进行综合性的评定。目前所采用的电能质量评定方法更多针对的是传统交流系统设定的，为了能够对直流配电网电能质量进行更加准确、客观的评定，文章在原有电能质量综合评价方法的基础上进行了优化，采取主成分分析法进行评价，能够大大降低主观因素对评价结果的影响。通过全新综合评价模型能够更具针对性地对直流配电网电能质量进行评估。同时，以具体案例对主成分分析法在直流配电网电能质量评定过程以及具体应用情况进行了充分的分析，明确了具体的效果。通过文章的介绍能够对直流配电网电能质量综合评价提供一定参考和帮助，对于进一步推动电力行业发展具有现实意义。