趙婷婷

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司 運(yùn)城供電公司，山西 運(yùn)城 044000）

0 引 言

在開(kāi)展影響配變重過(guò)載現(xiàn)象的相關(guān)研究中，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)停電搶修工單、變壓器負(fù)荷數(shù)據(jù)以及氣象數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，以多源異構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，可以有效提高對(duì)配網(wǎng)重過(guò)載相關(guān)的特征指標(biāo)集的分析[1,2]。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建針對(duì)配網(wǎng)負(fù)載情況的分級(jí)預(yù)測(cè)框架，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)重過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)的短期預(yù)警，提升迎峰度夏的預(yù)警能力，而且能識(shí)別出空載、輕載線路，為后期容量規(guī)劃提供解決思路[3]。因此，從配電網(wǎng)實(shí)際出發(fā)，整合配電網(wǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，對(duì)配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警和容量規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行深入研究十分必要[4]。

現(xiàn)階段，在具體的配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警及配網(wǎng)容量規(guī)劃過(guò)程中，由于影響停電的許多因素難以以數(shù)據(jù)值的形式呈現(xiàn)和獲取，導(dǎo)致特征指標(biāo)體系的建立面臨著一定的困難，使得預(yù)警方法無(wú)法全面考慮所有的影響因素[5]。此外，在對(duì)配網(wǎng)容量進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，也需要充分考慮城鎮(zhèn)用電空心化問(wèn)題，既要避免重過(guò)載導(dǎo)致的容量不足，又要關(guān)注由于輕載或空載帶來(lái)的容量過(guò)剩問(wèn)題[6]。只有這樣才能切實(shí)提升配網(wǎng)的供電能力和經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)此，本文提出配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警及配網(wǎng)容量規(guī)劃研究，通過(guò)構(gòu)建配網(wǎng)負(fù)載情況分級(jí)預(yù)測(cè)模型對(duì)配網(wǎng)重過(guò)載情況作出及時(shí)預(yù)警，同時(shí)結(jié)合實(shí)際需求對(duì)配網(wǎng)容量進(jìn)行合理規(guī)劃。

1 配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警及配網(wǎng)容量規(guī)劃設(shè)計(jì)

1.1 歷史數(shù)據(jù)的配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警

為了提高預(yù)警效果的可靠性，本文采用K-means聚類的方式對(duì)配網(wǎng)的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[7]?；贙-means 聚類的停電數(shù)據(jù)集采樣方法的算法流程如下。

步驟1：對(duì)原始配變數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括基于K-最近鄰算法（K-Nearest Neighbor，KNN）的缺失值處理和基于STL-ESD 算法的異常值處理，然后進(jìn)行特征選擇后得到帶有停電（記y=1）和不停電（記y=0）標(biāo)簽的特征數(shù)據(jù)集D，計(jì)算公式為

步驟2：將特征數(shù)據(jù)集D進(jìn)行切分，選取其中的80%為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集D1，20%為測(cè)試數(shù)據(jù)集D2。

步驟3：對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集D1中的不停電數(shù)據(jù)集T0進(jìn)行聚類，隨機(jī)選取k個(gè)聚類質(zhì)心點(diǎn)為μ1,μ2,…,μk∈Rn。

步驟4：對(duì)于(xi,yi)∈T0，計(jì)算所屬簇，則有

步驟5：對(duì)于每一個(gè)簇j，重新計(jì)算該簇的質(zhì)心為

步驟6：計(jì)算簇心的最大移動(dòng)距離，具體的計(jì)算方式可以表示為

若d＞ε，更新μj′=μj，跳到步驟7 執(zhí)行。

步驟7：對(duì)上述聚類結(jié)果的每一簇按照比例進(jìn)行隨機(jī)欠采樣，最終得到平衡訓(xùn)練結(jié)果。當(dāng)實(shí)際的實(shí)施配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)大于平衡訓(xùn)練結(jié)果時(shí)，則進(jìn)行預(yù)警。

通過(guò)這樣的方式，對(duì)配網(wǎng)中重過(guò)載情況作出及時(shí)響應(yīng)。

1.2 配網(wǎng)容量規(guī)劃

在上述基礎(chǔ)上，本文采用AdaBoost 算法實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)不同饋線對(duì)應(yīng)容量的規(guī)劃。在具體的實(shí)施過(guò)程中，將加權(quán)后的全部數(shù)據(jù)樣本對(duì)下一個(gè)弱分類器進(jìn)行訓(xùn)練，直到迭代終止，最后根據(jù)某種組合方法對(duì)所有的弱分類器進(jìn)行組合，并用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。

步驟1：輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

步驟2：假設(shè)數(shù)據(jù)集中每個(gè)樣本的權(quán)值開(kāi)始都是均勻的，則各個(gè)樣本初始權(quán)值wli的計(jì)算方式可以表示為

步驟3：設(shè)定最大迭代次數(shù)（即最大線性組合弱分類器個(gè)數(shù)）為T，那么則有t=1,2,…,T。

步驟4：訓(xùn)練第t個(gè)弱分類器時(shí)，第i個(gè)樣本的權(quán)重為wti，訓(xùn)練得到的基分類器表示為Gt(x)。

步驟5：計(jì)算數(shù)據(jù)集D在Gt(x)上的分類誤差率，具體可以表示為

式中：εt為分類誤差率；I為指示函數(shù)。

步驟6：將Gt(x)的分類誤差率εt與指定的閾值比較，閾值設(shè)置為0.5。當(dāng)εt的取值范圍為（0，0.5）時(shí)，表示分類器的分類效果比隨機(jī)分類要好，則執(zhí)行步驟7；當(dāng)εt的取值范圍大于等于0.5 時(shí)，表示分類器的分類效果比隨機(jī)分類還要差，那么需要進(jìn)行下一輪迭代；當(dāng)εt的取值結(jié)果為0 時(shí)，即樣本全部正確分類。

步驟7：根據(jù)分類誤差率εt計(jì)算基分類器Gt(x)的權(quán)值，具體的計(jì)算方式可以表示為

式中：權(quán)值αt為四基分類器Gt(x)線性組合中的權(quán)值系數(shù)，該系數(shù)反映的是該基分類器在最終的強(qiáng)分類器中的重要程度。因此，當(dāng)基分類器Gt(x)分類的誤差εt越小時(shí)，它在最終分類器中越重要，對(duì)應(yīng)輸出最終分類器，也就是配網(wǎng)容量可以表示為

按照這樣的配網(wǎng)容量規(guī)劃方式，確保各饋線對(duì)應(yīng)的輸出滿足實(shí)際負(fù)荷需求。

2 測(cè)試與分析

2.1 測(cè)試環(huán)境

在測(cè)試階段，本文以10 kV 配電網(wǎng)作為測(cè)試環(huán)境，其連接方式為三端柔性多狀態(tài)開(kāi)關(guān)（Flexible Multi-State Switch，F(xiàn)MSS）連接，對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置情況如圖1 所示。

圖1 測(cè)試配網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)合圖1 可以看出，測(cè)試配網(wǎng)環(huán)境中共包括3條饋線，其中饋線1 的負(fù)荷承載能力為4.0 MW，饋線2 的負(fù)荷承載能力為9.0 MW，饋線3 的負(fù)荷承載能力為8.0 MW。在此基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了不同的用電場(chǎng)景展開(kāi)測(cè)試，具體如表1 所示。

表1 測(cè)試場(chǎng)景設(shè)置 單位：MW

按照表1 所示的方式，設(shè)置7 種不同的測(cè)試場(chǎng)景，同時(shí)采用本文設(shè)計(jì)的配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警及配網(wǎng)容量規(guī)劃方法展開(kāi)測(cè)試分析。為了提高測(cè)試結(jié)果的分析價(jià)值，分別采用營(yíng)配大數(shù)據(jù)融合預(yù)警與規(guī)劃方法以及多參數(shù)分析的預(yù)警與規(guī)劃方法作為對(duì)照組，開(kāi)展對(duì)比測(cè)試。

2.2 測(cè)試結(jié)果與分析

在對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析的階段，利用線路掉閘率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)不同方法的重過(guò)載預(yù)警效果進(jìn)行分析，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表2 所示。

表2 不同方法線路掉閘率統(tǒng)計(jì)表 單位：%

結(jié)合表2 所示的測(cè)試結(jié)果可以看出，在3 種不同方法的測(cè)試結(jié)果中，對(duì)應(yīng)的線路掉閘率存在較為明顯的差異。其中，在營(yíng)配大數(shù)據(jù)融合預(yù)警與規(guī)劃方法中，不同場(chǎng)景下的線路掉閘率穩(wěn)定在15.0%～25.0%，最大值達(dá)到了24.88%。在多參數(shù)分析預(yù)警與規(guī)劃方法中，不同場(chǎng)景下的線路掉閘率出現(xiàn)了較為明顯的波動(dòng)，最小值僅為11.93%，最大值達(dá)到了26.22%。相比之下，在本文設(shè)計(jì)的預(yù)警與規(guī)劃方法中，不同場(chǎng)景下的線路掉閘率穩(wěn)定在20.0%以下，最大值僅為16.24%。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重過(guò)載情況的有效預(yù)警，在降低線路掉閘率方面具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同方法對(duì)應(yīng)的配網(wǎng)容量規(guī)劃效果進(jìn)行分析，具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)為各饋線的日期望缺供電量，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表3 所示。

表3 不同方法下線路的日期望缺供電量 （單位：MW·h）

結(jié)合表3 中的測(cè)試結(jié)果可以看出，在3 種方法的測(cè)試中，線路整體的日期望缺供電量均穩(wěn)定在2.0 MW·h 以內(nèi)，但是具體數(shù)值仍存在一定的差異。其中，營(yíng)配大數(shù)據(jù)融合預(yù)警與規(guī)劃方法對(duì)應(yīng)的線路日期望缺供電量基本穩(wěn)定在1.100 ～0.600 MW·h，最大值達(dá)到了1.102 MW·h；多參數(shù)分析預(yù)警與規(guī)劃方法對(duì)應(yīng)的線路日期望缺供電量與掉閘率表現(xiàn)出了相同的發(fā)展趨勢(shì)，波動(dòng)較為明顯，最小值僅為0.192 MW·h，最大值達(dá)到了1.687 MW·h。相比之下，本文設(shè)計(jì)預(yù)警與規(guī)劃方法對(duì)應(yīng)的線路日期望缺供電量始終在0.50 MW·h 以下，最大值僅為0.459 MW·h。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)容量的合理規(guī)劃，在降低線路日期望缺供電量方面具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

在對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃管理的過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電源布點(diǎn)、道路建設(shè)、市政規(guī)劃、用電負(fù)荷分布情況的協(xié)同考慮，保障配網(wǎng)容量規(guī)劃結(jié)果的合理性是亟待解決的問(wèn)題之一。本文提出配網(wǎng)重過(guò)載預(yù)警及配網(wǎng)容量規(guī)劃研究，大大提高了配網(wǎng)供電的可靠性，對(duì)應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)能力也得到了進(jìn)一步提升。希望通過(guò)本文的研究可以為客戶服務(wù)水平提供技術(shù)保障和支持。