劉 勇

（中國光電研究院，天津 300300）

在分布式電源應(yīng)用的過程中，配電終端與配電自動化運(yùn)行模式的融合需要通過建立模型的方式對自動化終端融入應(yīng)用后的實際效果進(jìn)行分析。并且同步做好分布式電源融入后的協(xié)同規(guī)劃工作。模型構(gòu)建的過程中，需要考慮整個電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，并且采取針對性的措施提高協(xié)同運(yùn)行的安全保障。

1 分布式電源與配電自動化的模型構(gòu)建分析

1.1 分布式電源處在負(fù)荷狀態(tài)下的時序模型構(gòu)建

在分布式電源負(fù)荷狀態(tài)的分析中，以風(fēng)力發(fā)電模式下的時序模型研究為典型代表。而在具體的模型構(gòu)建環(huán)節(jié)中，風(fēng)速模型是常見的模型結(jié)構(gòu)[1]。這主要是由于風(fēng)速本身具有典型的時序性特征，且風(fēng)力本身也具有一定的隨機(jī)性。因此，需要結(jié)合大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，以便確定出一個區(qū)域內(nèi)相對穩(wěn)定精確的風(fēng)速數(shù)據(jù)模型。具體的風(fēng)速概率密度函數(shù)公式為

式中：v代表風(fēng)速這一指標(biāo)的實時數(shù)值；k代表形狀參數(shù)指標(biāo)；c代表尺度參數(shù)。當(dāng)k值發(fā)生變化時，整體分布狀態(tài)也有所不同。例如，k=1時，函數(shù)分布狀態(tài)為指數(shù)型；當(dāng)k=2時，函數(shù)分布狀態(tài)為瑞利分布；k=3.5時，函數(shù)呈現(xiàn)正態(tài)分布狀態(tài)。計算k與c時，需參照公式

式中：Vc代表某一時間段內(nèi)風(fēng)速。

1.1.1 風(fēng)力發(fā)電輸出功率模型分析

在風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)研究開展時，仍然需要設(shè)置風(fēng)力發(fā)電模型參數(shù)的方式對參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行合理求解，隨后完成數(shù)據(jù)計算，為進(jìn)一步模型構(gòu)建提供支持。分別設(shè)遏制模型參數(shù)為A、B、C，具體參數(shù)計算方法如下

式中：r表示風(fēng)力發(fā)電設(shè)備葉片半徑。

通過公式計算結(jié)果分析可知，在以風(fēng)力發(fā)電為背景的發(fā)電工作開展中，需要充分考慮風(fēng)速變化給整體的分布式發(fā)電電源應(yīng)用帶來的影響。從實際出發(fā)分析可知，季節(jié)性因素對于風(fēng)速變化的影響十分強(qiáng)烈，在具體的風(fēng)力發(fā)電工作落實的過程中，需要結(jié)合季節(jié)性元素，通過設(shè)置不同的場景，繪制時序特性曲線達(dá)到合理控制風(fēng)速的目標(biāo)[2]。

1.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)背景下的序出力模型

在此模型構(gòu)建的過程中，主要以光照強(qiáng)度模型的構(gòu)建為代表，光照是光伏發(fā)電模式背景下發(fā)揮作用的核心指標(biāo)。光伏電池在光照強(qiáng)度的計算過程中，也需要應(yīng)用概率密度函數(shù)進(jìn)行光伏發(fā)電模式的光照強(qiáng)度計算和分析。

1.2 配電終端的布局分析

配電終端在自動化系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)以檢測單元與控制單元為典型代表。通常情況下，配電終端的位置位于整個裝置的柱結(jié)構(gòu)開關(guān)區(qū)域，另外，環(huán)網(wǎng)柜、箱式變等現(xiàn)場設(shè)備上也會設(shè)置配電終端[3]。設(shè)置配電終端后，整個設(shè)備的狀態(tài)能夠得到實時監(jiān)控。并且能夠進(jìn)一步將數(shù)據(jù)上傳至主站與子站區(qū)域。終端設(shè)備按照其功能的差異可分為“二遙”和“三遙”模式。為了促使配電終端的合理布局模式的形成，需要針對配電終端的布局進(jìn)行經(jīng)濟(jì)模型的構(gòu)建。以便獲得投資成本指標(biāo)與終端運(yùn)維成本指標(biāo)。具體的運(yùn)算公式如下

2 分布式電源對配電網(wǎng)的規(guī)劃影響分析

2.1 主要影響狀況

分布式電源在并網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)下，出力的整體狀態(tài)會直接影響到配電網(wǎng)絡(luò)的潮流變化，具體的影響狀態(tài)分為以下幾種類型。①對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響。分布式電源出力小于接入點負(fù)荷需求量，此時潮流方向不發(fā)生改變，同時，處在支路上的傳輸功率也呈現(xiàn)出逐步減小的趨勢。這時，配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗也會因此有所下降。②分布式電源若出現(xiàn)了處理大于接入點符合需求的狀態(tài)，且分布式電源的接入容量較小，則可能促使輸入功率的多余部分也開始向別的線路負(fù)荷節(jié)點進(jìn)行輸入。網(wǎng)絡(luò)損耗量也會隨之有所減少。通過分析可知，網(wǎng)絡(luò)損耗量的狀態(tài)與電源接入位置和容量指標(biāo)有緊密的聯(lián)系，需要通過合理有效地規(guī)劃促使配電網(wǎng)的運(yùn)行在可靠性上更進(jìn)一步提升。網(wǎng)絡(luò)損耗量就會在這個過程中不斷降低[4]。③對電能質(zhì)量的影響。此種影響主要是指在具體的電力電子設(shè)備與配網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)連接時，應(yīng)當(dāng)重視對諧波問題的充分考慮，避免諧波導(dǎo)致電壓波動的現(xiàn)象出現(xiàn)，同時導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。電壓閃變的影響因素有幾種。如若接入容量較大，則會直接導(dǎo)致出力確定性不足。配電網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行狀態(tài)會由于啟停次數(shù)的增多受到影響。④對配電網(wǎng)絡(luò)可靠性狀態(tài)的影響在分布式電源的應(yīng)用中介入的總體數(shù)量較多，因此分布式電源能夠帶范圍的堿基碳排放，促使能源節(jié)約，達(dá)到清潔環(huán)保的狀態(tài)，是要合理地對分布式電源的應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行控制，就能夠提升供電狀態(tài)的可靠性，同時點擊用戶端電力供應(yīng)過程中的問題不足。具體來說分布式電源提升電網(wǎng)供應(yīng)可靠性的原理包括以下幾方面，一是若電路末端接入分布式電源，負(fù)荷節(jié)點和電源間的距離可大幅度縮短，這就能針對性地降低電能輸送過程中出現(xiàn)故障的概率。二是在普通的供電電源接入模式下，故障與主電源之間的獨(dú)立性相對存在不足，因此故障下游與組件員的聯(lián)系會被切斷，隨之引發(fā)停電問題，若合理規(guī)劃下游使用分布式電源支撐電力供應(yīng)，則能夠通過配電自動化裝置的融入應(yīng)用，形成孤島狀態(tài)，促使非故障區(qū)能夠正常獲得電力資源的供應(yīng)是保障用戶正常用電、減輕用戶停電損失的有效路徑。

2.2 配電網(wǎng)規(guī)劃中自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 配電自動化子站結(jié)構(gòu)

在龐大的配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，配電終端與主鍵的連接存在直接連接和間接連接2種情況。子站主要是在通信的過程中承擔(dān)部分間接連接任務(wù)的主要結(jié)構(gòu)。在整體系統(tǒng)中若能合理地設(shè)置子站點位，并且做好子站開閉的狀態(tài)，控制就能夠通過通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使得上層主站和下層的配電終端實現(xiàn)實時交互[5]。

2.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是指配電自動化的通信網(wǎng)絡(luò)中主站子站終端渠道在運(yùn)行中的相互交互支撐網(wǎng)絡(luò)。在通信網(wǎng)站的基本結(jié)構(gòu)中包括了無線專網(wǎng)、公網(wǎng)通信、光纖通信和以太網(wǎng)通信幾種常見的方式。

3 配電網(wǎng)運(yùn)行過程中的可靠性指標(biāo)專項分析

在分布式電源應(yīng)用的過程中，配電自動化的系統(tǒng)規(guī)模及電網(wǎng)運(yùn)行可靠性是影響分布式電源應(yīng)用效果的關(guān)鍵性因素。因此，在以分布式電源和整體的自動化系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的背景下，需要針對配電網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性指標(biāo)進(jìn)行專項分析，以便提升應(yīng)用過程中的安全保障和應(yīng)用穩(wěn)定性指標(biāo)。

3.1 元件可靠性指標(biāo)分析

關(guān)于元件的可靠性分析，主要是指針對系統(tǒng)運(yùn)行中的基礎(chǔ)元件對其運(yùn)行質(zhì)量運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察和分析。為了針對性地了解元件的可靠性，還需構(gòu)建相應(yīng)的模型，在配電網(wǎng)絡(luò)中通過模型結(jié)構(gòu)中的各個實體的可靠性研究，最終計算得出故障發(fā)生率指標(biāo)。具體來說，基礎(chǔ)元件在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主要是指變壓器分段開關(guān)、熔斷器、架空線路或電纜線路，電源結(jié)構(gòu)和儲能設(shè)備等。在故障率計算的過程中，需設(shè)定單位時間和故障次數(shù)等相關(guān)指標(biāo)具體的計算公式為

式中：Ny為在固定時間段內(nèi)，元件因故障而停止工作的頻率；Ty為援建工作的持續(xù)時間長度。

在計算過程中，還需要對原件的修復(fù)率進(jìn)行計算。通常情況下原件修復(fù)率用μy，在具體的計算過程中設(shè)定時間段內(nèi)原件若無法工作，但通過修復(fù)能恢復(fù)工作狀態(tài)，則可對修復(fù)率指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的計算，計算具體公式如下

式中：My為在固定時間段內(nèi)，元件經(jīng)過修復(fù)能夠恢復(fù)正常工作狀態(tài)的頻率；Fy為原件修復(fù)到正常工作狀態(tài)所需要耗費(fèi)的時間指標(biāo)。

3.2 負(fù)荷點的可靠性指標(biāo)分析

具體來說，負(fù)荷點平均故障率強(qiáng)調(diào)的是配電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，若固定區(qū)域發(fā)生故障，復(fù)合點會處于故障狀態(tài)，而復(fù)刻點平均故障率是指此種情況發(fā)生次數(shù)的平均值，單位為（次/年），而顧客點的平均停電時間是指在配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，若獨(dú)立區(qū)域發(fā)生故障，復(fù)合點就會處在故障狀態(tài)下，這時所耗費(fèi)時間的平均值，單位為（h/年）。最后，關(guān)于負(fù)荷點的平均停電持續(xù)時間，主要強(qiáng)調(diào)的是配電網(wǎng)絡(luò)中由于固定點位的故障導(dǎo)致負(fù)荷點出現(xiàn)故障，并最終恢復(fù)到正常供電期間所耗費(fèi)的時間，單位為（h/次）。

3.3 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體可靠性指標(biāo)分析

整體配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性，對配電網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)和供電能力都能進(jìn)行精準(zhǔn)的反映。在配電網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素中也有多種不同的類型，最為核心的指標(biāo)為系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)。具體的計算表示公式為

式中：λi為區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷點故障發(fā)生率；Ni為區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷節(jié)點的用戶數(shù)量。

關(guān)于用戶的平均停電頻率，主要是指通過規(guī)劃分析得出的配電網(wǎng)內(nèi)故障影響用戶的平均停電次數(shù)。具體表示方法如下

式中：Fi為負(fù)荷點的故障影響用戶停電的總數(shù)指標(biāo)。

關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)的平均停電持續(xù)時間指標(biāo)具體的表達(dá)式如下

4 分布式電源與配電自動化終端的協(xié)同規(guī)劃路徑分析

4.1 規(guī)劃中上層算法的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)運(yùn)行需求不斷提升的背景下，分布式電源與配電自動化終端系統(tǒng)需協(xié)同發(fā)揮作用。為了更加精準(zhǔn)有效地明確分布式電源與配電自動化終端系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用的狀態(tài)，需構(gòu)建相應(yīng)的模型、應(yīng)用不同階段的正確求解方法計算出具體的數(shù)據(jù)指標(biāo)。具體來說，計算方法分為上層求解法和下層求解法2種類型。其中上層求解法需要輸入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，種群數(shù)目等專業(yè)參數(shù)，并實現(xiàn)迭代次數(shù)的初始化設(shè)置。在本文的研究中主要采用整數(shù)編碼的形式，對種群內(nèi)部的染色體狀態(tài)進(jìn)行編碼。隨后再進(jìn)入到遺傳迭代的環(huán)節(jié)的運(yùn)行中需借助孤島劃分的方式，對下層目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值初步表示，隨后傳遞并計算出上層的目標(biāo)函數(shù)值，具體表達(dá)式如下

繼續(xù)完成數(shù)值傳遞可計算出上層的目標(biāo)函數(shù)數(shù)值，具體表達(dá)式如下

通過數(shù)據(jù)計算方法的應(yīng)用，可得到F1的數(shù)值。并根據(jù)計算得數(shù)對遺傳運(yùn)算中的適應(yīng)度指標(biāo)是密度平均值指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的計算，存在相應(yīng)的數(shù)組結(jié)構(gòu)中。

在實踐應(yīng)用中，遺傳算法強(qiáng)調(diào)應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行深戶進(jìn)化理論的模擬，完成自然選擇過程，以優(yōu)勝劣汰為基本原則找到問題的最優(yōu)解決方法，從而針對遺傳算法進(jìn)行自適應(yīng)式的改進(jìn)。在遺傳算法的基礎(chǔ)上實現(xiàn)選擇、交叉、變異和內(nèi)部設(shè)定環(huán)節(jié)的組織實施，通過設(shè)定的改進(jìn)促使迭代種群的遺傳因子相互適應(yīng)。只有實現(xiàn)不斷的優(yōu)化，才能盡可能避免在交叉或變異狀態(tài)下出現(xiàn)數(shù)值分歧的問題。

4.2 規(guī)劃中下層算法的應(yīng)用

下層算法的應(yīng)用是以上層算法為基礎(chǔ)的計算方法，在實踐應(yīng)用中需要經(jīng)歷，由上層向下層轉(zhuǎn)換、對下層染色體進(jìn)行編碼以及遺傳迭代、自適應(yīng)交叉的整體流程，以便獲取最終的計算結(jié)果。

4.3 以電動汽車應(yīng)用分布式電源為例實現(xiàn)EV模型構(gòu)建

此模型的主要優(yōu)勢在于不會受到運(yùn)行策略和出行方式的影響，在模型應(yīng)用的過程中，可對居民1天之內(nèi)的生活規(guī)律進(jìn)行摸索和確認(rèn)，建立此模型后需針對性的明確概率密度函數(shù)的表達(dá)式具體如下

式中：x為日常的行駛里程數(shù)據(jù)為方差數(shù)據(jù)，在此公式中將方差數(shù)據(jù)定為0.88；μD在此工序中表示平均值，在此公式的計算中取數(shù)值3.2。

5 結(jié)束語

綜合本文的分析可知分布式電源與配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃工作中需要通過模型構(gòu)建以及數(shù)據(jù)計算兩方面針對性措施達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，計算過程中，除了要把握基礎(chǔ)，計算指標(biāo)數(shù)據(jù)，還應(yīng)當(dāng)對計算方法、計算公式中基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)的選擇等問題引起充分的重視，并合理進(jìn)行規(guī)劃，以便立足于模型構(gòu)建為分布式電源與整個配電自動化系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行提供支持。