張宏偉, 李保忠, 梁濤, 孫巧玉, 劉潔

(1. 國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司, 山東 青島 266002；2. 山東科技大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院, 山東 青島 266590)

0 引 言

掌控配電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，提高主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network, ADN)對(duì)分布式發(fā)電(distributed generation, DG)、儲(chǔ)能等設(shè)備的利用能力，是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)主動(dòng)控制和管理的信息基礎(chǔ)[1]。文獻(xiàn)[2]利用自適應(yīng)K-means聚類算法構(gòu)建用電數(shù)據(jù)局部模型，通過二次聚類分析構(gòu)建全局模型。文獻(xiàn)[3]提出了一種基于多準(zhǔn)則分區(qū)和基本加權(quán)最小二乘法的狀態(tài)估計(jì)方法，提高了狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算速度與求解精度。文獻(xiàn)[4]提出了態(tài)勢(shì)圖構(gòu)成模型，分析了影響態(tài)勢(shì)感知可視化效果的因素。文獻(xiàn)[5-7]提出了基于不同指標(biāo)及各指標(biāo)間協(xié)調(diào)系數(shù)的綜合評(píng)估指標(biāo)體系。已有的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)主要針對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)展開研究，為給主動(dòng)配電系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知及態(tài)勢(shì)利導(dǎo)提供判斷依據(jù)，本文提出了基于專家經(jīng)驗(yàn)的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)綜合評(píng)價(jià)方法和基于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的態(tài)勢(shì)利導(dǎo)方法。

1 運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和安全性的目的，建立如圖1所示的主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)體系。

1.1 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要包括線損率和DG利用率。設(shè)Pload為有功負(fù)荷，Ploss為配網(wǎng)線損，則線損率kloss為：

kloss=Ploss/Pload

(1)

采用分段函數(shù)對(duì)線損率評(píng)價(jià)指標(biāo)yloss進(jìn)行描述：

(2)

DG利用率表示為：

(3)

yDG=kDG

(4)

1.2 環(huán)保性指標(biāo)

將CO2排放率kCO2和SO2排放率kSO2作為環(huán)保評(píng)價(jià)指標(biāo)：

(5)

(6)

1.3 安全性指標(biāo)

將節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量、線路負(fù)載均衡度及配變負(fù)載率均衡度作為衡量安全性的指標(biāo)。此處以線路負(fù)載均衡度為例，線路負(fù)載均衡指標(biāo)表示為：

(7)

(8)

(9)

(10)

2 層次分析法

在圖1所示的運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)模型中，設(shè)某層指標(biāo)為F=[f1,f2,…,fn]，兩兩比較fi與fj對(duì)上層各指標(biāo)的影響重要程度，以fij=fi/fj表示，mij的值用數(shù)字1～9及其倒數(shù)表示[8]，構(gòu)成單層判斷矩陣M，然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，并計(jì)算M最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量，將特征向量歸一化處理，獲得同層各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于上層某一指標(biāo)重要性的排序權(quán)值。為獲得最底層各指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的排序權(quán)重，還應(yīng)計(jì)算層次總排序，總排序權(quán)重應(yīng)從上至下將層次單排序權(quán)重進(jìn)行合成。主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)綜合評(píng)價(jià)方法如圖2所示。

3 基于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的態(tài)勢(shì)利導(dǎo)

通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可有效提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。根據(jù)上述配網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)模型，選取網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)y為：

y=klossyloss+kDGyDG+kCO2yCO2+kSO2ySO2+klineyline

(11)

采用遺傳算法完成配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和態(tài)勢(shì)利導(dǎo)?；陔S機(jī)生成樹策略得到輻射狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中參與重構(gòu)的支路進(jìn)行隨機(jī)排列，得到支路序列，即為一個(gè)染色體。通過解碼得到每個(gè)染色體對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)遺傳算法輸出的最優(yōu)個(gè)體進(jìn)行解碼，即可得到網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，通過執(zhí)行此方案完成配網(wǎng)態(tài)勢(shì)利導(dǎo)。

4 算例分析

圖3所示為改造后的某配電系統(tǒng)[9]。變壓器額定容量為10 MVA，線路最大傳輸功率為5 MVA。DG額定輸出功率為500 kW，功率因數(shù)為0.95。燃煤發(fā)電的CO2和SO2的排放量分別為86.5 g/kWh和0.018 3 g/kWh。

專家經(jīng)驗(yàn)法確定的各項(xiàng)具體指標(biāo)取值如表1所示。層次分析法中各層的判斷矩陣如表2和表3所示，各指標(biāo)的權(quán)重取值如圖4所示。

表1 專家經(jīng)驗(yàn)法參數(shù)取值

表2 指標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性比較

表3 安全性指標(biāo)判斷矩陣

圖5和圖6分別為重構(gòu)前后各節(jié)點(diǎn)電壓和各線路負(fù)載。表4和表5分別為各具體指標(biāo)及各一級(jí)指標(biāo)歸一化目標(biāo)值?？梢?，通過重構(gòu)有效降低了系統(tǒng)損耗，改善了環(huán)保性指標(biāo)，同時(shí)電壓質(zhì)量得到明顯改善，總體的安全性評(píng)價(jià)值升高。通過本文提出的綜合評(píng)價(jià)與態(tài)勢(shì)利導(dǎo)方法，有效改善了配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

表4 各具體指標(biāo)歸一化目標(biāo)值

表5 各一級(jí)指標(biāo)歸一化目標(biāo)值

5 結(jié)束語

本文提出了基于專家經(jīng)驗(yàn)的主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)綜合評(píng)

價(jià)方法，建立了考慮主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和安全性的評(píng)價(jià)體系，利用專家經(jīng)驗(yàn)確定運(yùn)行狀態(tài)的參考值，并采用層次分析法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。然后，利用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行利導(dǎo)。最后運(yùn)用所提方法對(duì)某實(shí)際算例的運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及優(yōu)化重構(gòu)，提高了配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和安全性。