基于自适应权重FAHP的电能表运行状态评价_王兆军.pdf

基于自适应权重 FAHP 的电能表运行状态评价王兆军1，矫真2，刘丽君1，李骁1(1 国网山东省电力公司营销服务中心(计量中心)，济南 250000;2 国网智能科技股份有限公司，济南 250000)摘要:智能电能表作为电能计量装置的核心设备，其运行状态直接影响着电能计量的准确性和公平性，因此对电能表运行状态进行准确评价至关重要。针对现有电能表状态评价方式存在的问题，提出了一种新型电能表运行状态评价方法。以电能表现场试验、基本信息和运行监测指标为基础建立了运行状态评价体系;针对评价体系指标众多，各项指标重要性横向比较困难、缺乏客观性的问题，建立了基于模糊层次分析法(FAHP)的运行状态评价模型;考虑到异常状态值的淹没问题，提出了通过权重自适应调整对运行状态评价模型的改进，动态反映各个指标对电能表的影响。算例分析证明了 FAHP 可得到合理的评价权重系数，权重自适应调整算法避免了单个子指标异常越限的淹没，评价结果更加准确、合理。关键词:电能计量;智能电能表;模糊层次分析法;权重自适应;运行状态评价DOI:10 19753/j issn1001-1390 2023 04 028中图分类号:TM933文献标识码:B文章编号:1001-1390(2023)04-0186-07esearch on operation status evaluation of electricity meter based on fuzzyanalytic hierarchy process with weight self adaptionWang Zhaojun1，Jiao Zhen2，Liu Lijun1，Li Xiao1(1 State Grid Shandong Electric Power Company Marketing Service Center(Metering Center)，Jinan 250000，China2 State Grid Intelligent Technology Co，Ltd，Jinan 250000，China)Abstract:As the core equipment of electric energy metering device，the operation status of smart meter directly affects theaccuracy and fairness of electric energy metering Therefore，it is essential to accurately evaluate the operation status ofsmart meter Aiming at the problems existing in the current state evaluation method，a novel evaluation method of opera-tion status for electricity meter is proposed On the basis of performance field test，basic information and operation monito-ring information of smart meter，the evaluation system of operation status is established Considering that there are manyindicators in the evaluation system，the importance of each index is difficult and lack of objectivity，the evaluation modelof operation status based on fuzzy analytic hierarchy process(FAHP)is established To solve the problem of flooding theabnormal state value，an improved evaluation model based on weight adaptive adjustment is proposed The case studyproves that the FAHP can obtain the reasonable operation status evaluation weight coefficient by calculation And theweight adaptive adjustment algorithm avoids the flooding of the single sub-indicator abnormality and the evaluation result ismore accurate and reasonableKeywords:electric energy metering，smart meter，fuzzy analytic hierarchy process，weight self-adaption，operation statusevaluation0引言随着电网规模的不断扩大，电能计量装置维护管理的重要性日益突出。增强电能计量装置管理体系的建设，保障电能计量装置运行的准确性，是提高供电服务质量，构建坚强智能电网的基础1-2。智能电能表作为用电信息实时采集和电能精确计量的主要设备，其运行管理的水平直接关系到用电质量和系统运行成本，以及后续一系列用电管理工作的执行和用电量结算的公平公正，因此电能表的运行管理是电能计量装置运行维护的关键。681第 60 卷第 4 期电测与仪表Vol 60 No42023 年 4 月 15 日Electrical Measurement InstrumentationApr15，2023我国电能表运行管理的依据是电能计量装置技术管理规定3。随着电力工业的快速发展以及“三型两网”战略目标的不断推进，传统的电能表状态检测方法难以适应现有的发展趋势4。目前，电能表的运行状态主要依靠周期性检测确定，这导致电能表故障状态不能被及时发现并处理，造成电能计量的误差，影响计量体系的准确性5。此外，现有的定期轮换模式使得性能状态良好的电能表往往被误更换，造成人力、物力的浪费，也增加了新风险产生的几率，降低了电能计量装置的可靠性。因此，建立完善的电能表运行状态评价体系对维护电能计量体系的可靠性，提高电能计量的准确性具有重要的意义6-9。针对现有状态评价方式的问题，提出了一种新的电能表状态评价体系，实现了电能表运行状态的实时评估，并为电能表轮换策略提供了理论依据。在对全生命周期管理周期内的电能表基本信息、运行监测和现场测试分析的基础上，建立了电能表状态评价指标体系。基于模糊层次分析法，建立了电能表综合评价模型;提出了新型自适应权重调整方式，解决了评价模型恒定权重的缺陷，实现了动态权重下电能表状态评估。1电能表综合评价指标体系电能表的运行状态可通过电能表的现场试验数据获取，同时运行状态与电能表的基本信息也存在关联。随着电能表在线监测技术的成熟，在线监测系统也为电能表运行状态评价提供了大量可用信息。因此，从电能表现场试验、基本信息和运行监测三个角度进行综合考虑分析，选取多项子指标建立可靠的综合评价体系。电能表基本信息指的是在非运行状态下可获取的信息，包括配置性能、可靠性以及质量管理三个二级指标，作为反映电能表离线状态的评价指标。配置性能指标包括接线方式、设备封闭性和选型、主辅电能表、接线盒性能、安装位置;可靠性指标包括电能表的平均寿命和可靠性测试结果;质量管理指标包括家族缺陷记录、批量抽样结果、基本允许误差、批次误差分散检验结果、批次合格率、运行故障率抽样结果。现场试验指标是依据现场试验数据而获得的信息指标，该指标主要包括现场试验信息该二级指标，而现场试验信息指标主要有现场测试误差、组合误差以及时钟校验结果三个子指标。运行状态监测指标是通过在线监测技术获得的指标10，主要包括运行条件、运行环境和异常监测三个二级指标。运行条件指标包括:用户信誉、部件故障情况、外观缺陷以及线路损耗状态;运行环境指标主要包括:负载特性、工作电压、频率波动、谐波、供电可靠性、静电放电、环境温湿度、电磁干扰以及雷击;异常监测指标包括:电量异常、负载异常、电压和电流异常、计费控制异常。电能表基本信息、现场试验和运行监测三个角度下的具体指标层次结构如图 1 所示。图 1电能表综合评价指标体系结构图Fig 1Structural chart of comprehensive evaluation index system of electricity meter2电能表综合状态评价方法21 模糊层次分析方法对电能表运行状态的综合评价需要分析各指标对整体运行状态影响，并确定整个评估系统中各指标的权重。常用的指标权重确定方法分为主观加权法和客观加权法 11。电能表的状态评价指标主要取决于专家经验，因此需要采用主观加权法。层次分析法(AnalyticHierarchy Process，AHP)是一种主观权重法，可用于定性以及定量地处理各种评价因素，因此 AHP 方法作为一种新型权重确定方法，开始被应用于各行各业，实现评价体系的权重确定 12。然而当项目中存在很多评估指标时，该方法难以保证评价过程的一致性，存在评价指标权重一致性调整困难的问题。模糊层次分析法(FuzzyAnalytic Hierarchy Process，FAHP)结合了模糊数学和层次781第 60 卷第 4 期电测与仪表Vol 60 No42023 年 4 月 15 日Electrical Measurement InstrumentationApr15，2023分析法的优点，有效的解决了指标权重一致性问题 13。2 2 模糊层次分析法流程2 2 1 层次结构模型的建立应用 FAHP 进行评价指标权重的确定，首先需要确定决策的目标，之后分析影响决策目标的各方面因素，并将其进行层次化分解，构建层次化结构模型，电能表综合评价体系的层次结构如图 1 所示。按决策的目标、决策的影响准则和决策对象之间的相互关系分为目标层 T、中间层 M、方案层 P。其中目标层为决策的评估结果输出层，输出结果为电能表运行状态评价综合得分;中间层为影响运行状态评价的各因素之间的相互关系(同级关系和隶属关系)，即决策推理层;方案层为具体的方案详细参数，即数据输入层，电能表综合评价体系中方案层为电能表各子指标的状态值。假设章节 1 中所建立评价指标体系为 U，采用评价目标 G 表示电能表运行状态，其包括了 n 个指标，则组合集 U=U1，U2，Un。集合 U 中的元素 Ui可包含 s 个子指标，即 Ui=Ui1，Ui2，Uis。2 2 2 模糊互补判断矩阵的构造在确定中间层各指标的权重系数时，若仅仅采用主观定性结果，则不具备说服性，因而 FAHP 采用一致矩阵法确定各子指标的相对权重，即通过两两比较，对比时采用相对尺度，以尽可能减少性质不同因素相互比较的困难。FAHP 方法分析的基础是逐层计算指标元素的相对重要性，并形成模糊互补判断矩阵。在电能表状态评估系统中，电能表的综合状态指标 G 包含电能表基本信息、现场试验和运行监测三个指标。确定三个指标中各个因素对电能表综合状态的影响，并赋予其适当的权重，即可构建模糊互补判断矩阵。构建模糊互补判断矩阵需要比较每个指标中所有子因素进行两两比较，确定子因素的相对重要性，并将比较结果作为模糊互补判断矩阵 mij的元素，构造的模糊互补判断矩阵:M=m11m12m1nm21m22m2nmn1mn2mnn(1)式中 mij表示指标因素 Ui与指标因素 Uj对比的相对重要性。表 1 给出了不同相对重要程度下矩阵元素的取值标准。2 2 3 一致性测试