高振楠

(安徽郵電職業(yè)技術(shù)學院 通信工程系, 安徽 合肥 230031)

城市配電網(wǎng)是供電企業(yè)與電力用戶聯(lián)系的紐帶。隨著我國電力系統(tǒng)配電網(wǎng)設(shè)備的不斷發(fā)展,在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造中,要求高壓直接進入負荷中心,形成高壓受電—變壓器降壓—低壓配電的供電方式[1-3]。其中變電站是電力系統(tǒng)中對電壓和電流進行變換,接受電能及分配電能的場所。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,城市配電網(wǎng)變電站的安全穩(wěn)定運行成為人們的關(guān)注熱點,相關(guān)的城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址方法研究受到人們的關(guān)注[4-6]。蘇宇等[7]建立了城市配電網(wǎng)有載調(diào)容配電變壓器規(guī)劃模型,采用分支定界法在有載調(diào)容配電變壓器可更換點集合內(nèi)求解該模型,得到電能替代下的城市配電網(wǎng)配電變壓器最優(yōu)規(guī)劃方案。張姚等[8]根據(jù)變壓器調(diào)控原理,綜合考慮重構(gòu)配電網(wǎng)的約束條件,構(gòu)建變壓器選址優(yōu)化模型,并利用細菌覓食算法計算模型最優(yōu)解,獲得最終選址方案。陳垚煜等[9]基于柔性多狀態(tài)開關(guān)設(shè)備進行配網(wǎng)變壓器選址定容,構(gòu)建了選址3層規(guī)劃模型;運用模擬退火算法確定變壓器的調(diào)控變量,利用粒子群算法確定變壓器運行工況,并引入網(wǎng)損微增率與功率傳輸分布系數(shù)作為選址的輔助決策,降低了選址規(guī)劃模型求解的復雜度。以上方法進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的智能規(guī)劃性較弱,特征匹配能力不強,對動態(tài)選址節(jié)點的定位性能較低[10-12]。

針對上述問題,本文提出了城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址輔助決策,輔助當前電網(wǎng)變電站變壓器選址規(guī)劃。構(gòu)建城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址模型,結(jié)合對配電變壓器選址虛擬視景圖像分析,采用虛擬現(xiàn)實技術(shù),進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的三維視覺重構(gòu)。分析城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的視覺分布特征量,根據(jù)城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的規(guī)模數(shù)進行特征優(yōu)化求解。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址視景信息融合處理,根據(jù)信息融合結(jié)果,實現(xiàn)城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的空間區(qū)域規(guī)劃和網(wǎng)格分塊匹配,實現(xiàn)選址優(yōu)化。仿真實驗分析驗證了本文方法在提高城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址可視化能力方面的優(yōu)越性能。選址結(jié)果的虛擬現(xiàn)實仿真圖線路分明,立體感較強,輔助增強了城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址規(guī)劃能力。虛擬現(xiàn)實仿真結(jié)果匹配度和可靠性較高,輔助電網(wǎng)規(guī)劃和變電站場站選址,從而提高規(guī)劃審批的效率。

1 虛擬現(xiàn)實視景處理

1.1 虛擬視景圖像三維場景分布

為了實現(xiàn)城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址,采用虛擬視景仿真方法,以便進行圖像三維場景可視化分析。建立城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景圖像三維采樣模型,進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計[13-14]。根據(jù)ZigBee協(xié)議棧,進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的分布結(jié)構(gòu)設(shè)計,即為了在簇內(nèi)傳感節(jié)點中進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景仿真,以LM2576HV-5.0作為傳感器基陣,假設(shè)N k為第k層城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的三維場景分布集的個數(shù)為第k層第j個城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器節(jié)點的連接權(quán)值;為第k層城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬現(xiàn)實第i(i=1,2,…,N)個電壓輸入分布節(jié)點、分別為配電網(wǎng)絡(luò)中第k層第j(j=1,2,…,N k)個供電、配電節(jié)點。將供電節(jié)點與電壓輸入節(jié)點相匹配后,城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的視景分布規(guī)則項集為

式中:n為選址虛擬現(xiàn)實分布節(jié)點數(shù)量(n)為配電網(wǎng)絡(luò)中第k+1層第j個供電節(jié)點的選址虛擬現(xiàn)實電壓輸入分布節(jié)點的數(shù)量;f為分布規(guī)則下的配電變壓器選址的有效激活函數(shù);d(L)i為城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬現(xiàn)實第i個電壓輸入分布節(jié)點的輸出層L的電壓期望值;為第k+1層第j個城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器節(jié)點的連接權(quán)值共軛特征。

綜合輸出頻域特征,得到城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的可視化分布函數(shù)為

式中:λ為城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的可靠性因子,為一個大于0,且小于1的常數(shù)。

為了在不同工作頻率內(nèi)進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的虛擬視景圖像采樣及輸出可靠性評價,采用交直交換方法,得到城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景仿真的輸出功率為

式中:I為交直交換前電壓輸出量。

圖1為配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布模型,提高了配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布融合能力[15-16]。

圖1 配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布模型

1.2 配電變壓器選址過程中的視覺重構(gòu)處理

為了輔助當前電網(wǎng)規(guī)劃,實現(xiàn)精準選址,對城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的特征分布集進行自適應融合處理。

采用信息融合和模糊層次分析方法[17],構(gòu)建配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的模糊決策評價函數(shù)為

式中:μ為自適應權(quán)值迭代系數(shù),取值條件為

引入虛擬現(xiàn)實的視景仿真技術(shù)。現(xiàn)實的變電站配電變壓器共包含k(k=1,2,…,n)個供電節(jié)點,為了對城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址過程進行視覺重構(gòu)處理,依據(jù)式(4)進行特征采樣和自適應調(diào)度。提取城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景圖像的三維可視化分布特征量x(n),得到三維場景可視化重建的特征分辨率最優(yōu)解為

城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景重構(gòu)的模糊加權(quán)值為

式中:y*(n)為配電網(wǎng)絡(luò)中配電節(jié)點分布特征量的連接權(quán)值共軛特征;e(n)為誤差,表達式為

將誤差值作為初始模糊加權(quán)值,輸入圖1模型中,即可實現(xiàn)變電站配電變壓器選址過程中的視覺重構(gòu)處理。

2 城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址優(yōu)化

2.1 配電變壓器選址視景信息融合

基于上述城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的三維場景可視化重構(gòu)結(jié)果[18],進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景增強,增強過程的迭代式為

式中:Pf為滿足三維視景分布規(guī)則的變壓器選址虛擬視景仿真圖像增強結(jié)果;為第k+1層第j個配電變壓器節(jié)點圖像的重構(gòu)誤差值;f(n)為配電變壓器節(jié)點分布規(guī)則特征量。

在視覺圖像融合算法控制下,采用增強現(xiàn)實技術(shù)進行配電變壓器選址視景信息融合處理,設(shè)配電變壓器選址的三維分布屬性值P R=[P Rp,P Rq],則

式中:P Rp、P Rq分別為視景信息融合處理的互信息量和分布屬性關(guān)聯(lián)維數(shù)。

設(shè)城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址三維場景分布時態(tài)為I Rp,得到配電變壓器選址三維場景重構(gòu)輸出最優(yōu)特征解為

則配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景重建的分布場為

綜上分析,實現(xiàn)了城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址視景信息融合處理,根據(jù)信息融合結(jié)果,進行配電變壓器選址的視覺規(guī)劃。

2.2 變電站配電變壓器選址的空間區(qū)域規(guī)劃

采用增強現(xiàn)實技術(shù)進行配電變壓器選址視景信息融合處理后,根據(jù)信息融合結(jié)果進行配電變壓器選址的空間區(qū)域規(guī)劃設(shè)計,匹配選址空間區(qū)域規(guī)劃和網(wǎng)格分塊,從而優(yōu)化選址的視景圖像三維場景,便于選址結(jié)果的快速規(guī)劃審批。

首先,進行配電變壓器選址的空間規(guī)劃信息設(shè)計,得到配電變壓器選址的視景圖像的三維場景重構(gòu)決策函數(shù)為

其次,提取配電變壓器選址虛擬視景圖像的三維可視化分布特征,得到第k層(k=1,2,…,n)城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址虛擬視景重建的統(tǒng)計特征量為

最后,結(jié)合式(15)～式(17),對配電變壓器選址模糊特征重構(gòu),得出配電變壓器選址虛擬現(xiàn)實增強輸出模型為

至此,建立了配電變壓器選址的三維網(wǎng)格分布結(jié)構(gòu)模型,使變壓器選址結(jié)果虛擬現(xiàn)實仿真圖更加清晰立體,輔助當前電網(wǎng)規(guī)劃進行變電站場站選址,代替圖片、視頻等展示匯報形式,提高配電變壓器選址的視覺規(guī)劃和空間重構(gòu)能力[19]。

3 仿真實驗與結(jié)果分析

在Matlab中設(shè)置仿真測試,在虛擬規(guī)劃平臺下進行變壓器選址的虛擬現(xiàn)實視景仿真。配電變壓器選址的信息采樣周期為0.135 s,數(shù)據(jù)長度為1 Mb,城市配電網(wǎng)變電站分布的載波頻率為12 k Hz,搜索步長a=4,選址的地理空間分布網(wǎng)格尺寸分別為9 mm×9 mm,11 mm×11 mm,圖像頻帶增強系數(shù)為0.68。根據(jù)上述仿真環(huán)境和參數(shù),進行配電變壓器選址的優(yōu)化設(shè)計。

將多配電變壓器選址虛擬視景圖像融合后,獲取最終的配電變壓器選址結(jié)果虛擬視景圖像三維場景分布結(jié)果,即空間區(qū)域規(guī)劃初始仿真圖如圖2所示。圖中標注的黑框位置即為配電變壓器選址結(jié)果。對選址結(jié)果中的變壓器進行虛擬現(xiàn)實優(yōu)化仿真,如圖3所示。

圖2 城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址結(jié)果

圖3 城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器虛擬現(xiàn)實優(yōu)化仿真圖

由圖3可知,本文的變壓器選址結(jié)果虛擬現(xiàn)實仿真圖中的變壓器線路分明,立體感較強,說明基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù),輔助當前電網(wǎng)規(guī)劃進行變電站場站選址,可以摒棄以前圖片或視頻等形式展示匯報的方式,提高了城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址規(guī)劃能力。

對變壓器選址結(jié)果虛擬現(xiàn)實仿真結(jié)果進行量化測試,測試指標如下:

(1) 匹配度。采用三維場景可視化方法產(chǎn)生數(shù)個場景,運用同步前向回代法從各個模擬場景中選取代表場景結(jié)果,并對場景進行比例化重構(gòu);將圖譜分析、視頻分析手段與本文算法進行對比,當其差異度保持在2%以內(nèi),且擬合準確度接近98%時,表明選址結(jié)果符合規(guī)劃需求。匹配度計算公式為

本文方法、文獻[8]與文獻[9]方法的匹配度驗證結(jié)果如表1所示。

表1 城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的匹配度對比

由表1可知,采用本文方法進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的結(jié)果與規(guī)劃需求的匹配度達到了0.997,滿足了匹配度要求。

(2) 可靠性。通過可靠性判斷其仿真選址結(jié)果呈現(xiàn)的清晰度、完整性。將最終的電網(wǎng)變電站配電變壓器選址結(jié)果三維分布屬性值與配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布模型進行對比,當其差異度保持在5%以內(nèi),且擬合準確度接近95%時,表明虛擬現(xiàn)實優(yōu)化仿真結(jié)果可靠性較高?？煽啃杂嬎愎綖?/p>

本文方法與文獻[8]、文獻[9]方法的匹配度驗證結(jié)果如表2所示。

表2 城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的可靠性對比

根據(jù)以上匹配度和可靠性對比可知,本文的虛擬現(xiàn)實視景仿真實驗結(jié)果符合選址優(yōu)化方法要求。

4 結(jié) 語

本文采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址的三維視覺重構(gòu),分析了配電變壓器選址的視覺分布特征量,根據(jù)選址規(guī)模數(shù)進行特征優(yōu)化求解以提高選址能力,增強選址的空間區(qū)域規(guī)劃和網(wǎng)格分塊匹配效率,從而實現(xiàn)選址優(yōu)化。本文方法改變了之前圖片或視頻等形式展示匯報的方式,豐富了城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址優(yōu)化研究內(nèi)容。然而該研究隨著城市配電網(wǎng)變電站增多,其匹配量也隨之增長,推薦效率會有所降低,時間和空間上的選址質(zhì)量會受到影響,且未克服配電網(wǎng)本身的限制,因此后續(xù)將進一步改進,深入配電網(wǎng)選址的研究和應用,提高選址方法的技術(shù)與性能,為城市配電網(wǎng)變電站配電變壓器選址優(yōu)化提供更加切實有效的應用方法。