考虑源网荷储互动的配电网降损辅助决策系统
时间：2023-01-20 22:05:02 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张 磊
（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663）
节能减排是我国实现经济社会可持续发展的重要举措之一，落实节能减排工作部署的关键在于加强配电网的线损管理。配电网的结构与运行方式复杂，在电能输送与分配过程中，无法避免出现电能损耗问题。因此，如何降低配电网电能损耗一直是国内外学者研究的重要课题，汤红卫等人综合考虑配电网电能损失费用，设计一个配电网降损方案优选模型[1]；
徐常等人在电能替代背景下，根据变压器中负荷与电能损耗之间的关系，设计一种配电网变压器降损方法[2]。当下，我国众多学者在降低配电网电能损耗方面均取得了可喜的成绩，然而随着电力企业经济机制的转轨，传统降损方法与手段的缺陷逐渐暴露，严重阻碍了配电网降损管理工作的顺利进行。为使配电网降损技术与经济效益密切联系，亟需制定一种简便且有效的降损方案。
本文设计的配电网降损辅助决策系统，主要为实现2个目标：一是对配电网运行数据进行全面且精细化的管理，通过此系统完善传统电能损耗计算方法，为配电网电能损耗的动态考核提供理论依据；
二是对配电网结构状态进行全面分析，综合考虑电能损耗的各项影响因素，进而高效降低电能损耗，实现配电网的优化运行[3,4]。因此，在本文设计的配电网降损辅助决策系统中，设置了数据后台、电能损耗计算模块以及综合降损模块等主要功能模块，这些功能模块均围绕着配电网降损进行设计的，利用通信接口完成各子模块之间的数据共享，从而实现配电网降损辅助决策。由于配电网降损辅助决策系统使用单位是各省级、市级以及县级的供电企业，本文在系统结构设计上，选用网络版结构，可以实现各级供电公司的资源共享，如图1所示。
图1 配电网降损辅助决策系统结构设计
如图1所示，本文配电网降损辅助决策系统采用3层网络结构设计。其中数据层内部署数据库服务器，结合配电网实际运行状况，选用MySQL数据库，此数据库在海量数据处理与访问方面的性能表现良好，而且可以定期备份配电网运行数据，对数据进行集中存储并管理，保障数据安全；
系统中间层部署Web服务器，主要存储系统运行程序文件资源，是数据层与用户层的衔接，当中间层接收到用户层的请求指令，对数据层进行访问与调用，同时将用户层所需资源返回；
用户层由多个工作站构成，主要为各级供电公司提供用户界面，然后供电公司通过此界面进行系统功能的访问，出于安全性的考虑，用户层不可以直接访问底层数据库，需要通过中间层实现。
2.1 数据后台功能
数据后台是所设计配电网降损辅助决策系统的基础功能，此功能可以为系统内其他功能提供所需的各类数据[5]。目前，我国配电网建设技术较为成熟，逐步实现了配电网的自动化管理，然而数据测点所获取的实时运行数据，传输过程中受各类因素的干扰，导致存在大量零数据和短时间尖峰数据等，严重影响电能损耗计算以及降损功能的精度，因此本文在配电网降损辅助决策系统的数据中心功能中添加节点选择算法，来增强数据的可靠性。关于配电网节点选择，包含等距与不等距2种节点，为了保证选择的节点数据可以更好地呈现出原始数据曲线的特点，采用数据曲线的斜率引导配电网节点选择，这样可以保证选择的数据变化较大的节点也可以较好地呈现出原始数据曲线。在利用曲线斜率选择节点时最大的困难就是如何获取精准的计算斜率，通过相应的插值多项式来获取斜率为
式中：Cn(k)表示配电网数据k的插值多项式；
n表示节点数量；
zn表示插值多项式阶数。将区段(ki,kj)内的曲线斜率作为数据节点选择的依据，那么配电网数据节点选择时允许的最大斜率为
将式（2）所获得斜率作为配电网数据节点选择的标准，按节点顺序进行数据搜索，直至遍历一遍配电网。该方法可以利用原始数据斜率变化来对配电网数据稀疏的节点进行平衡，保证数据后台内部存储数据的稳定性。
2.2 潮流计算功能
潮流计算功能是配电网降损辅助决策系统运行中最基本的计算模块，利用潮流计算可以获得配电网中各节点电压，进一步求得电能损耗值，作为降损辅助决策的数据支持[6]。配电网降损辅助决策系统的潮流计算主要包含离线和在线2种计算方式，一般情况下，离线潮流计算可以用于规划配电网的运行方式等，而在线潮流计算可以实现配电网运行状态的实时监控。本设计在配电网降损辅助决策系统中添加的潮流计算，主要分2个步骤，一是构建潮流计算数学模型，二是利用牛顿-拉夫逊法对模型进行求解，从而获得所需的电能损耗值。由于在实际的配电网中，一般在节点注入的不是电流数据，而是节点功率，因此，通过节点功率构建潮流计算方程为
式中：qa、pa分别表示配电网节点a的有功功率与无功功率参数；
ua、ub分别表示配电网节点a与节点b的电压参数；
Dab表示配电网节点a与节点b的导纳矩阵。由式（3）可知，系统中引入的潮流计算属于非线性方程式，而牛顿-拉夫逊法是求解非线性方程最有效的办法，此方法可以将非线性的潮流计算方程式，转换为线性方程式，进而求解出精准的电能损耗值。那么利用牛顿-拉夫逊法求解配电网降损辅助决策系统中潮流计算方程的步骤如下：首先根据节点导纳矩阵Dab获得各节点电压的初始数据，将迭代次数设为0；
其次利用电压初始数据将潮流计算方程中不平衡的有功功率与无功功率进行修正；
再次对修正后的方程组进行求解，从而获得配电网中各个节点电压的修正数据；
最后对修正的各节点电压进行收敛性判断，如果没有收敛则再次进行迭代，如果收敛成功，则计算出电能损耗数据。
2.3 考虑源网荷储互动的降损决策功能
降损辅助决策功能是系统关键功能，由于新能源并网的随机性以及不可控性，导致配电网电能损耗严重，一般情况下，可以通过调峰进行降损，然而单一的调峰方法无法满足设计系统的需求，本文设计源网荷储互动的配电网调峰策略，进而实现降损辅助决策[7]。首先综合考虑配电网供电的波动性和随机性，利用模糊C均值聚类法获得配电网出力特性；
其次对配电网调峰容量等特性进行刻画，从而得到最佳调峰能力；
最后以配电网调峰经济性最优为策略，实现降损辅助决策的最优匹配。与单一调峰方法不同的是，源网荷储互动调峰方式综合考虑了配电网各侧资源的深度互动能力，可以和配电网渗透率匹配出最佳平衡峰谷差的策略，以此实现降损。关于构建配电网调峰资源耦合的数学模型，将配电网降损辅助决策系统抽象为一个二端口网络，然后将电能损耗的各影响因素作为源网荷储互动枢纽的输入，如调峰需求等，同时将配电网调峰资源类型作为源网荷储互动枢纽的输出，那么源网荷储互动枢纽的输入与输出关系为
式中：T为配电网的调峰需求；
H为调峰策略的耦合矩阵；
Z=(Z1,Z2,Z3)为配电网调峰资源类型集合；
μ1、μ2、μ3分别为各调峰资源类型的参与度系数值；
分别表示各调峰资源类型容量的最小值与最大值；
为第S台调峰机组的资源容量参数；
δ为用户满意度参数；
PS、PS,max分别为配电网调度区间内的负荷调峰功率以及功率最大值；
Y为用户满意度的阈值，一般根据配电网用户实际需求进行设定。利用式（4）进行配电网源网荷储互动下的最优调峰策略，进而实现配电网降损辅助决策功能。
以某380 V低压台区为算例，该台区的配变容量为100 kVA，适用于降损辅助决策系统性能验证实验。所选台区为典型的三相四线制供电方式，配置2台SCB13型号变压器，电能表安装在变压器的低压一侧，因此本次系统检测试验不考虑变压器的损耗情况，获取该台区的典型日负荷曲线如图2所示。
图2 低压台区典型日负荷曲线图
由图2可以看出，只有00:00～06:00时，所选台区运行更为经济，其他时间台区负荷的实际负荷值均小于设计值，说明所选台区存在严重电能损耗情况。利用本文所设计配电网降损辅助决策系统对该台区的电能损耗进行计算，并进行降损处理，同时采用传统的基于反向传播（Back Propagation，BP）神经网络的降损方法与基于负荷实测的降损方法，分别对所选台区进行降损处理，获得实验结果如表1所示。
表1 典型日台区电能损耗及降损结果
从表1结果可以看出，基于BP神经网络的降损方法可以降低电能损失率2.48个百分点，日降损为14 kW·h；
基于负荷实测的降损方法可以降低电能损失率3.73个百分点，日降损为21 kW·h；
本文所设计系统可以降低电能损失率4.97个百分点，日降损为28 kW·h，较传统方法提升2.49、1.24个百分点。由此可以说明，本文所设计的配电网降损辅助决策系统具有更明显的降损效果，进一步验证了本文设计系统的性能良好，可以提升配电网经济效益。
随着我国社会用电量的大幅增加，电力企业逐渐加大对配电网节能降损的关注度。基于此，本文设计一个考虑源网荷储互动的配电网降损辅助决策系统。为了保证此系统具备一定实用性，在系统中添加了配电网电能损耗计算与降损功能模块，并通过系统测试验证了此系统在配电网降损方面表现良好，有助于提升配电网的经济效益以及社会效益。在配电网电能损耗计算的研究过程中，发现电能损耗计算量较大，导致降损辅助决策系统的运行时间偏长，今后需要进一步完善此系统，最终实现配电网高效节能降损的目标，为配电网的电能损耗管理提供技术支持。
猜你喜欢 调峰损耗电能 含高比例可再生能源电力系统的调峰成本量化与分摊模型电力系统自动化(2022年15期)2022-08-09多工况下永磁电机损耗研究分析防爆电机(2021年5期)2021-11-04江苏省天然气储气调峰设施建设的探讨煤气与热力(2021年7期)2021-08-23调峰保供型和普通型LNG接收站罐容计算煤气与热力(2021年5期)2021-07-22三电平ANPC变流器损耗平衡的SVPWM策略西安工程大学学报(2021年1期)2021-04-06重庆市天然气调峰储气建设的分析煤气与热力(2021年2期)2021-03-19苹果皮可以产生电能奥秘(创新大赛)(2020年1期)2020-05-22定制私家影院系统中的传输损耗(上)家庭影院技术(2018年9期)2018-11-02澎湃电能 助力“四大攻坚”人大建设(2018年2期)2018-04-18高品质变速器效率的理论分析汽车文摘(2017年2期)2017-12-04
