陳旸， 劉竹杰， 李美依， 胡翼， 李家睿， 袁鑫

(1.國(guó)網(wǎng)上海松江供電公司，上海 201699;2.上海交通大學(xué)，上海 200240)

0 引 言

大規(guī)模分布式電源的接入增加了配電網(wǎng)的復(fù)雜性[1-2]，以高電能品質(zhì)、高運(yùn)行可靠性以及清潔能源的高滲透率為目標(biāo)的主動(dòng)配電網(wǎng)得到了應(yīng)用推廣[3-4]。主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知是其可靠、安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，而構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)估體系是主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)[5]。由于分布式電源接入對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)電壓波動(dòng)有較大影響，且其輸出諧波可能影響主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估[6-7]。模糊評(píng)估算法具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，能夠檢測(cè)并剔除壞數(shù)據(jù)[8]，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知的基礎(chǔ)。

對(duì)基于主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行感知主要從分布式電源層、網(wǎng)絡(luò)層與主動(dòng)控制層等多個(gè)層級(jí)著手，但目前還未有完備的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知評(píng)價(jià)體系。文獻(xiàn)[9]從經(jīng)濟(jì)性、可靠性及安全性三個(gè)角度構(gòu)建了配網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行態(tài)勢(shì)綜合評(píng)估指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[10]構(gòu)建的配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。文獻(xiàn)[11-12]面向主動(dòng)配電網(wǎng)建立了多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行模型及動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)先級(jí)評(píng)估體系。上述文獻(xiàn)從多個(gè)角度、運(yùn)用多種方法構(gòu)建了配網(wǎng)運(yùn)行評(píng)估指標(biāo)體系等，但皆缺乏對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域的多源數(shù)據(jù)考量。

本文建立了主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電源層、網(wǎng)絡(luò)層與主動(dòng)控制層的各層動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系。運(yùn)用模糊評(píng)估算法建立了包含各層級(jí)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知指標(biāo)體系。采用IEEE 34節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)模型的拓?fù)渑c運(yùn)行信息為算例進(jìn)行研究，驗(yàn)證所提運(yùn)行感知方法的有效性。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)多層動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系

主動(dòng)配電網(wǎng)多層動(dòng)態(tài)指標(biāo)類包含分布式電源層、網(wǎng)絡(luò)層和控制層等多種動(dòng)態(tài)指標(biāo)類，圖1為其具體構(gòu)成。

1.1 分布式電源層動(dòng)態(tài)指標(biāo)類

1.1.1 設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估

采用量化的形式對(duì)各設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估[13]，各部件權(quán)重值用層次分析法計(jì)算得出。第i個(gè)部件的最后得分Mi為：

Mi=miKF(100-0.5NY)/100

(1)

(2)

式中:mi為i部件基礎(chǔ)得分；KF為家族缺陷系數(shù)，對(duì)存在家族缺陷的部件KF=0.95，無(wú)缺陷的KF=1；Dgr為相應(yīng)部件各狀態(tài)量扣分值；NY為運(yùn)行年數(shù)。

(3)

(4)

(5)

(6)

前件網(wǎng)絡(luò)的第五層就是后件網(wǎng)絡(luò)的第三層，是對(duì)非線性系統(tǒng)的無(wú)限逼近，令ym(k)=ωm,0x0+ωm,1x1+…+ωm,nxxnx，第五層的輸入輸出為

(7)

前件網(wǎng)絡(luò)第二層中隸屬度中心ci,j和寬度σi,j以及后件網(wǎng)絡(luò)中權(quán)值ωm,i都是未知量，需采用自適應(yīng)遺傳禁忌算法計(jì)算。計(jì)算中，染色體編碼將ci,j，σi,j和實(shí)數(shù)編碼，長(zhǎng)度為ci,j、σi,j和ωm,i個(gè)數(shù)和。編碼方式為：

[c1,1,…,cnx,k1,σ1,1, …,σnx,k1,ω1,1, …,ωk2, nx]

(8)

至此，可根據(jù)分布式能源監(jiān)測(cè)裝置采集設(shè)備電壓、電流和環(huán)境溫度作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法輸入判斷設(shè)備健康指數(shù)，流程如圖2所示。

1.1.2 分布式電源出力波動(dòng)性評(píng)估

波動(dòng)性指標(biāo)為：

(9)

1.2 網(wǎng)絡(luò)層動(dòng)態(tài)指標(biāo)類

如表1所示，配電網(wǎng)健康狀態(tài)含間歇式能源滲透率λjt、供蓄比率Rss、消納率θ和負(fù)載率θ14個(gè)柔性指標(biāo)，以及電壓偏差ΔU、電壓波動(dòng)Ut%、頻率偏差Δf和電壓合格率Kzu%4個(gè)硬性指標(biāo)：

表1 網(wǎng)絡(luò)層動(dòng)態(tài)指標(biāo)

1.3 控制層動(dòng)態(tài)指標(biāo)類

主動(dòng)配電網(wǎng)主動(dòng)控制層動(dòng)態(tài)指標(biāo)包含控制裝置響應(yīng)偏差ΔC和控制裝置分辨率偏差Δd，如表2所示。

表2 控制層動(dòng)態(tài)指標(biāo)

2 主動(dòng)配電網(wǎng)多層動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系

2.1 饋線整體動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系

如圖3所示,多層動(dòng)態(tài)模糊評(píng)估器由各個(gè)基本模糊評(píng)估單元構(gòu)成，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化輸入量δ的模糊化方法如圖4所示。解模糊環(huán)節(jié)采用如式(10)所示重心法：xi為輸出模糊值，u(xi)為隸屬度值。

(10)

至此，可以得到各饋線健康狀況。

2.2 主動(dòng)配電網(wǎng)多層動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系

總指標(biāo)Y計(jì)算過(guò)程主要考慮饋線重要程度和健康狀況，如式(11)所示。

(11)

式中:δi和xi為饋線重要度系數(shù)和健康狀況。

歸一化的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)總指標(biāo)系數(shù)取值范圍如表3所示。

表3 主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)總指標(biāo)層級(jí)劃分

評(píng)估等級(jí)良好時(shí)，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)健康。評(píng)估為正常時(shí)，分布式電源滲透率提升，但未超過(guò)配電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力。評(píng)估為脆弱時(shí)，諧波、電壓越限等問(wèn)題逐步體現(xiàn)。評(píng)估為危險(xiǎn)時(shí)，部分關(guān)鍵設(shè)備極限運(yùn)行。評(píng)估為惡化時(shí)，關(guān)鍵設(shè)備大面積故障，需立即進(jìn)行故障排查。

3 算例分析

以IEEE 34標(biāo)準(zhǔn)模型中與842，844，846和848節(jié)點(diǎn)連接的四條饋線為對(duì)象，測(cè)試上述主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行多層動(dòng)態(tài)評(píng)估策略。每條饋線包含分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷和控制調(diào)節(jié)裝置。IEEE 34標(biāo)準(zhǔn)模型中各饋線單元標(biāo)準(zhǔn)化健康狀態(tài)如表4所示。

表4 IEEE 34標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型以及饋線各單元的標(biāo)準(zhǔn)化健康狀態(tài)

采用含分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知方法進(jìn)行評(píng)估，各饋線整體健康狀態(tài)如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，饋線842運(yùn)行狀態(tài)良好。饋線844運(yùn)行狀態(tài)正常，控制設(shè)施脆弱，但其他各項(xiàng)均正常運(yùn)行，要加強(qiáng)無(wú)功控制的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。饋線846運(yùn)行狀態(tài)脆弱，分布式電源和控制設(shè)施處于

危險(xiǎn)狀態(tài)，需要即時(shí)排查和檢修。饋線848網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)正常，其他各項(xiàng)運(yùn)行脆弱，需進(jìn)一步監(jiān)測(cè)和維護(hù)。四饋線具備相同重要程度，結(jié)合模糊系統(tǒng)可評(píng)估其組成配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)為正常。

根據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)評(píng)估等級(jí)(惡化，危險(xiǎn)，脆弱，正常，良好)可初步評(píng)估當(dāng)前主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，為進(jìn)一步狀態(tài)檢測(cè)提供指導(dǎo)建議。評(píng)估等級(jí)良好時(shí)，各分布式電源實(shí)時(shí)滲透率低。評(píng)估為正常時(shí)，配電網(wǎng)關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)健康。評(píng)估為脆弱時(shí)，部分分布式電源滲透率已超過(guò)電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，但在各關(guān)鍵設(shè)備承受范圍內(nèi)。評(píng)估為危險(xiǎn)時(shí)，諧波大量增加，電壓越限問(wèn)題頻繁出現(xiàn)。評(píng)估為惡化時(shí)，關(guān)鍵設(shè)備大面積故障，需立即進(jìn)行故障排查，恢復(fù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行狀態(tài)、靈活控制方式與多樣評(píng)價(jià)指標(biāo)的特點(diǎn)，本文提出含分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行感知方法。所提運(yùn)行感知的多層動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系包含分布式電源、主動(dòng)配電網(wǎng)柔性和硬性系、控制裝置指標(biāo)體系等多個(gè)子成分。通過(guò)模糊評(píng)估方法，將上述各子體系集成整體動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)估方案。最后，采用IEEE34節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)模型的拓?fù)渑c運(yùn)行信息作為算例進(jìn)行研究，驗(yàn)證了該感知方法的有效性。