一種基于加權(quán)秩和比法的光伏并網(wǎng)逆變器多性能指標(biāo)評(píng)價(jià)方法研究

:摘要

本文首次提出了一種采用加權(quán)秩和比法（WRSR）來評(píng)價(jià)光伏并網(wǎng)逆變器的多指標(biāo)整體性能，并采用該方法對(duì)某光伏電站的10家企業(yè)10種不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器的6項(xiàng)主要性能指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和比對(duì)，給出了分檔排序，其結(jié)果數(shù)據(jù)為后續(xù)光伏電站建設(shè)中光伏并網(wǎng)逆變器的選擇提供了重要參考依據(jù)，并可以為光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品質(zhì)量的提升和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐

關(guān)鍵詞

光伏電站；光伏并網(wǎng)逆變器；加權(quán)秩和比法；多性能指標(biāo)

（來源：微信公眾號(hào)“亞洲電能質(zhì)量聯(lián)盟”ID：APQI20080919）

引言

目前，光伏行業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)不同光伏并網(wǎng)逆變器之間的優(yōu)劣，還只停留在單個(gè)性能指標(biāo)之間的比對(duì)，采用最多的是光伏并網(wǎng)逆變器的中國效率，它是一種綜合評(píng)價(jià)光伏并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換效率和最大功率點(diǎn)跟蹤效率的平均加權(quán)效率。但除了轉(zhuǎn)換效率之外，還有很多性能指標(biāo)也直接影響了光伏并網(wǎng)逆變器的產(chǎn)品性能，包括發(fā)電電能質(zhì)量，以及運(yùn)行安全可靠性等。國內(nèi)外還未有針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的多指標(biāo)綜合性能進(jìn)行評(píng)估的方法。

多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)是把多個(gè)描述被評(píng)價(jià)事物不同方面且量綱不同的指標(biāo)，轉(zhuǎn)化為無量綱的相對(duì)評(píng)價(jià)值，并綜合這些評(píng)價(jià)值以得出對(duì)該事物一個(gè)整體的評(píng)價(jià)。目前常用的多指標(biāo)綜合分析方法有：

綜合評(píng)分法[1]綜合指數(shù)法[1]層次分析法[2]TOPSIS法[3]灰色模型法[4]優(yōu)序法[1]秩和比法（Rank-Sum Ratio,RSR)[5] 密切值法[1]等......

RSR法由我國學(xué)者田鳳調(diào)于1988年提出，是集古典參數(shù)估計(jì)與近代非參數(shù)統(tǒng)計(jì)各自優(yōu)點(diǎn)于一體的統(tǒng)計(jì)分析方法[5]。該方法以秩次為依據(jù)，能消除異常值干擾；既能直接排序，也能分檔排序，使用范圍廣；不僅可用于綜合評(píng)價(jià)，也可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測報(bào)和質(zhì)量控制；同時(shí)，它還可以與其它方法聯(lián)合使用，比單純采用一種統(tǒng)計(jì)方法更為精確，可提高評(píng)價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

本文提出了一種加權(quán)秩和比法（WRSR）來評(píng)價(jià)某光伏電站的10種光伏并網(wǎng)逆變器的多指標(biāo)綜合性能。根據(jù)光伏并網(wǎng)逆變器的實(shí)際運(yùn)行情況，確定了6項(xiàng)主要代表性性能指標(biāo)，包括：

◇ 轉(zhuǎn)換效率（歐洲效率）

◇ 電能質(zhì)量（含電流諧波含有率、直流分量、功率因數(shù)和三相不平衡度）

◇ 運(yùn)行可靠性。

一方法原理秩和比綜合評(píng)價(jià)法基本原理是在一個(gè)n行m列矩陣中，通過秩轉(zhuǎn)換，獲得無量綱統(tǒng)計(jì)量RSR；在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的概念與方法，研究RSR的分布；以RSR值對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣直接排序或分檔排序，從而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出綜合評(píng)價(jià)。

WRSR法的具體步驟如下：

第一步

確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。選擇評(píng)價(jià)某一對(duì)象所需的全部指標(biāo)；列出所有參評(píng)對(duì)象及其所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)值；確定高優(yōu)指標(biāo)與低優(yōu)指標(biāo)。高優(yōu)指標(biāo)是指該指標(biāo)值越大越好，則低優(yōu)指標(biāo)是指該指標(biāo)值越小越好。

第二步

編秩。將n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的m個(gè)指標(biāo)列成n×m表。把各指標(biāo)值排序（排“秩”R），僅以“秩”R來計(jì)算。

當(dāng)指標(biāo)“高優(yōu)”時(shí)，從小到大編秩，最小指標(biāo)值為1，次小為2，依次類推；

當(dāng)指標(biāo)“低優(yōu)”時(shí)，從大到小編秩，最大指標(biāo)值為1，次大為2，依次類推。同一指標(biāo)數(shù)據(jù)相同者編平均秩。排序得到的秩次為：

式中，Rij(i=1,2,…,n,j=1,2,…,m)是秩次，表示第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)秩統(tǒng)計(jì)量，n為評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)，m為指標(biāo)數(shù)。

第三步

計(jì)算加權(quán)秩和比WRSR，計(jì)算公式為 （1） （2）

式中，Wj(j=1,2,…,m)為第j個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù),它根據(jù)德菲爾法確定；RSRi為第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的加權(quán)秩和；WRSRi為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的相對(duì)優(yōu)劣程度，介于0~1之間。

第四步

確定WRSR分布，擬合直線回歸方程。

通過將WRSR值的分布轉(zhuǎn)化為正態(tài)分布，將WRSR值的累積頻率與概率單位值Probit對(duì)應(yīng)來擬合直線。其方法為：

❶編制WRSR頻數(shù)分布表，列出各組頻數(shù)f，計(jì)算各組累計(jì)頻數(shù)❷確定各組RSR的秩次范圍R及平均秩；❸計(jì)算累積頻率(/n)X100%，最后累積按照（1-1/4n）校正；❹將平均秩次的百分率P查表換算為概率單位值Probit，Probit為百分率P對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)離差u(pi分位數(shù))加5，即：Probit=u+5，其中u可采用Excel中Normsinv函數(shù)計(jì)算得到。

以累積頻率所對(duì)應(yīng)的概率單位Probiti為自變量，以WRSRi值為應(yīng)變量，計(jì)算直線回歸方程，即

其中，截距a和斜率b可分別采用Excel中的intercept函數(shù)和slope函數(shù)求解得到。

第五步

結(jié)果分檔排序。

二 方法應(yīng)用

2.1 應(yīng)用需求

在光伏電站中應(yīng)用的光伏并網(wǎng)逆變器類型多樣，按功率等級(jí)可分為微型逆變器，組串式逆變器和集中式逆變器，其中，集中式光伏逆變器主要應(yīng)用于大型光伏電站，其主要功率等級(jí)為500kW，涉及品牌數(shù)量眾多，且質(zhì)量參差不齊。

為評(píng)估不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器的綜合性能，指導(dǎo)后續(xù)大規(guī)模光伏電站的建設(shè)，國內(nèi)首次在同一光伏電站中開展了針對(duì)10家企業(yè)10種不同型號(hào)500kW光伏并網(wǎng)逆變器的比較測試。

項(xiàng)目基于云端分布式存儲(chǔ)的大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測、存儲(chǔ)光伏逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢和導(dǎo)出，得到所有參與比對(duì)的逆變器多性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，再通過WRSR法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)光伏并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行特性，確定的主要比對(duì)性能指標(biāo)有：

◇ 轉(zhuǎn)換效率

◇ 電能質(zhì)量（包括諧波、直流分量、功率因數(shù)和三相不平衡度）

◇ 運(yùn)行可靠性

這里采用歐洲效率來綜合評(píng)估光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率水平，歐洲效率是5.0%, 10.0%, 20.0%, 30.0%, 50.0%和100.0%額定功率點(diǎn)下的測得的效率的加權(quán)值，其加權(quán)因子分別為：0.03, 0.06, 0.13, 0.10, 0.48和0.20。逆變器發(fā)電電能質(zhì)量數(shù)據(jù)主要采用100%額定功率點(diǎn)下的總電流諧波含有率（THD），功率因數(shù)，直流分量和三相不平衡度。運(yùn)行可靠性主要比較故障停機(jī)時(shí)間。

現(xiàn)場隨機(jī)抽取某光伏電站10家企業(yè)共10臺(tái)不同型號(hào)、相同額定功率光伏并網(wǎng)逆變器的測試數(shù)據(jù)，10家企業(yè)不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 10家企業(yè)不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器測試數(shù)據(jù)匯總

其中，轉(zhuǎn)換效率（歐洲效率），年發(fā)電量和功率因數(shù)是高優(yōu)指標(biāo)，THD，直流分量，電壓不平衡度和故障停機(jī)時(shí)間是低優(yōu)指標(biāo)。根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器性能影響程度，運(yùn)用德菲爾法[6]，基于行業(yè)內(nèi)專家意見給出6項(xiàng)主要性能指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（見表1）。2.3編秩及加權(quán)秩和比計(jì)算

根據(jù)高優(yōu)指標(biāo)從小到大編秩R，指標(biāo)最低的賦值為1，次低的賦值為2，依次類推；根據(jù)低優(yōu)指標(biāo)從大到小編秩，指標(biāo)最高的賦值為1，次高的賦值為2，依次類推；同一指標(biāo)數(shù)據(jù)相同者編平均秩，編秩結(jié)果見表2。然后采用WRSR公式(2)計(jì)算每臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器的WRSRi(i=1,2,…,n)，其中n=10。通過比較WRSRi的大小，就可以對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行綜合排序（也叫直接排序），10家企業(yè)不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器WRSR值計(jì)算結(jié)果及直接排序如見表2所示。

表2 10家企業(yè)不同型號(hào)光伏逆變器WRSR值計(jì)算結(jié)果及直接排序表

2.4確定WRSR的分布及回歸方程

由于評(píng)價(jià)對(duì)象較多，通過分檔排序，WRSR的分布如表3所示。頻數(shù)表示W(wǎng)RSR出現(xiàn)相同指標(biāo)的次數(shù)，這里沒有重復(fù)指標(biāo)，因此每個(gè)WRSR的頻次都是1次，累計(jì)頻數(shù)為10次，同時(shí)每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的秩次值R和平均秩相等。最后一組累計(jì)頻率(/n)X100%，需要按（1-1/4n）*100%校正，其值為:

10/10*(1-1/40)*100%=97.5%。

通過求截距和斜率公式求得：a=intercept(WRSRi，probiti)=-0.26，b=slope(WRSRi，probiti)=0.156,從而計(jì)算得到直線回歸方程為：WRSR=-0.26+0.156*probit （4）

表3 WRSR的分布

2.5結(jié)果分檔及評(píng)價(jià)

按照回歸方程推算對(duì)應(yīng)的WRSR估計(jì)值對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行分檔排序，共分為3個(gè)檔位，常用分檔情況下的百分位數(shù)臨界值及其對(duì)應(yīng)的概率單位Probit值，分檔排序如表4所示。

表4 分檔排序

由分檔結(jié)果可看出，10家企業(yè)不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器綜合性能比較：

最差的是“企業(yè)D”。

中檔的有“企業(yè)G”，“企業(yè)C”，“企業(yè)F”，“企業(yè)H”，“企業(yè)E”，“企業(yè)J”。

最好的是：“企業(yè)I”，“企業(yè)A”，“企業(yè)B”。

三 結(jié)論

本文首次采用加權(quán)秩和比法來評(píng)價(jià)光伏并網(wǎng)逆變器的多指標(biāo)綜合性能，并對(duì)某光伏電站的10家企業(yè)10種不同型號(hào)光伏并網(wǎng)逆變器的6項(xiàng)主要指標(biāo)進(jìn)行了整體評(píng)價(jià)和比對(duì)，其結(jié)果為后續(xù)光伏電站建設(shè)中光伏并網(wǎng)逆變器的選擇提供了重要參考依據(jù)。

本評(píng)估方法可推廣性強(qiáng)，易于操作，評(píng)價(jià)結(jié)果綜合反映了不同光伏并網(wǎng)逆變器的整體性能，包括其轉(zhuǎn)換效率水平、發(fā)電電能質(zhì)量水平以及運(yùn)行可靠性能等，可以為光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品質(zhì)量的提升和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。

原標(biāo)題:一種基于加權(quán)秩和比法的光伏并網(wǎng)逆變器多性能指標(biāo)評(píng)價(jià)方法研究