， ，

(國網(wǎng)鐵嶺供電公司，遼寧 鐵嶺 112000)

0 引言：

隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和自然資源的逐漸短缺，促使配電網(wǎng)調(diào)度智能技術(shù)的快速發(fā)展，城市的大型配電網(wǎng)調(diào)度智能系統(tǒng)技術(shù)必須以綠色可再生能源為前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)[1-2]。城市配電網(wǎng)是未來配電網(wǎng)智能化調(diào)度的發(fā)展趨勢，是實(shí)現(xiàn)分布式電源接入配電網(wǎng)的重要技術(shù)方法[3-4]。配電網(wǎng)調(diào)度智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念為：利用分布式能源對網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)技術(shù)的靈活性，綜合配電網(wǎng)的負(fù)荷柔性資源和儲存能量的資源，使用監(jiān)管環(huán)境手法和分布式能源接入的準(zhǔn)則對系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)[5-6]。智能型的配電網(wǎng)調(diào)度與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)存在顯著的差別，主要表現(xiàn)在智能型配電網(wǎng)調(diào)度都是以接入的分布式電源作為發(fā)電基礎(chǔ)，運(yùn)行人員控制儲存能量單元和配電網(wǎng)單元。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)調(diào)度都是將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡單的連接，而現(xiàn)在的智能型配電網(wǎng)調(diào)度將分布式的能源參與到設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)當(dāng)中，賦予了城市的配電網(wǎng)調(diào)度智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的豐富內(nèi)容[7]。

智能化配電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，得到了科研和運(yùn)行部門的大力支持，共同推動城市大型配電網(wǎng)自動化設(shè)計(jì)的進(jìn)步。文獻(xiàn)[8]中主要闡述城市大型配電網(wǎng)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)的方法，具有一定的指導(dǎo)性意義；文獻(xiàn)[9]中對配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的概括，并對城市智能型配電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)的觀念；文獻(xiàn)[10]中提出DMS配電管理系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能。

針對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)調(diào)度設(shè)計(jì)的不足，提出一種基于城市大型配電網(wǎng)調(diào)度的智能運(yùn)行系統(tǒng)模型的建立，首先提出了3高性能、1嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)、位置矢量表達(dá)的特殊要求以及配電原則的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后對系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，得出模型函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，最后得出配電網(wǎng)負(fù)荷一定的前提下，輸出的電能與模型函數(shù)成正比的結(jié)論。

1 城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

配置2臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)服務(wù)功能。服務(wù)器必須具備較高性能，應(yīng)具有64位RISC技術(shù)及對稱多處理器(SMP)技術(shù)的多CPU系統(tǒng)，高帶寬系統(tǒng)總線和I/O總線，可運(yùn)行64位操作系統(tǒng)和大型關(guān)系型商用數(shù)據(jù)庫，具有高速運(yùn)算能力和事務(wù)處理能力(OLTP)，具有集群(Cluster)技術(shù)和系統(tǒng)容錯能力，擬采用相互備份(RAC)模式，盡量提高系統(tǒng)的安全性和可用性，減少日常維護(hù)工作量，滿足地、縣調(diào)的系統(tǒng)功能和性能要求。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器應(yīng)采用雙機(jī)集群和共享磁盤陣列的配置方式。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器外部存儲采用SAN(存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò))方式，利用2臺光纖交換機(jī)、1套磁盤陣列、若干主機(jī)HBA光纖通道適配器及存儲管理軟件和數(shù)據(jù)備份軟件構(gòu)成。用于原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的長期保存。存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置滿足地、縣調(diào)的存儲、訪問的要求。

配置2臺應(yīng)用服務(wù)器、2臺WEB服務(wù)器，提供所有應(yīng)用模塊的核心處理功能以及內(nèi)部網(wǎng)站服務(wù)。正常運(yùn)行時一臺應(yīng)用服務(wù)器(WEB服務(wù)器)作為主機(jī)使用，另一臺作為其熱備用，具備主服務(wù)器故障雙機(jī)自動切換功能。

1.2 配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)

對城市大型配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要根據(jù)城市現(xiàn)代化設(shè)備的優(yōu)勢和場合進(jìn)行綜合的考慮，選擇合理的配電裝置，發(fā)揮最大程度的智能運(yùn)行級別。配電網(wǎng)智能運(yùn)行組件的設(shè)計(jì)主要依據(jù)不同智能數(shù)據(jù)運(yùn)行的模式，可根據(jù)公式中的模型函數(shù)的公式對組件進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)。各個組件之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)的框圖

由圖可知：配電網(wǎng)智能運(yùn)行組件的設(shè)計(jì)主要包括：配電網(wǎng)的電源發(fā)出的電量分別流入單片機(jī)與控制器、電離傳感器、采樣器和轉(zhuǎn)換器；而交流電源的電量只流入配電網(wǎng)的接口；控制器接收電源并進(jìn)行控制電動機(jī)，電動機(jī)發(fā)動使減速器控制滾筒的轉(zhuǎn)速，這時指令被分成兩個部分，一部分是對電離傳感器的指令，一部分是對執(zhí)行器的指令；電離傳感器接收到指令，并傳遞給采樣器，采樣器再將指令傳遞給轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換電流；而執(zhí)行器將指令傳遞給零位傳感器，零位傳感器接收指令并再傳遞給轉(zhuǎn)換器，這樣配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)的組件之間關(guān)系就比較明確了。

1.3 配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)模型函數(shù)的設(shè)計(jì)

智能運(yùn)行的配電網(wǎng)調(diào)度設(shè)計(jì)的本質(zhì)是在綠色環(huán)境可再生能源的前提下最大化的利用，實(shí)現(xiàn)城市大型配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)涉及到的所有設(shè)計(jì)方法成本的最優(yōu)化利用，減小成本的損失。其設(shè)計(jì)模型的內(nèi)容主要包括源、網(wǎng)、荷這3個方面：源指的是以分布式充放電為調(diào)度控制功率的電源大??；網(wǎng)指的是用以開關(guān)為位置變換模式的網(wǎng)絡(luò)控制；荷指的是電池能量儲存以及放出的負(fù)荷控制。因此，配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制向量可以表示為：

[R1-1，…，R1-i，…，R1-n，R2-1，…，R2-j，…，R2-m，W]t。配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制向量前n個分量表示的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分布式單元控制向量的發(fā)電輸出功率；第m個分量表示的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分布式單元儲存能量的充放電功率；W分量表示的是開關(guān)位置的設(shè)計(jì)。

基于城市大型配電網(wǎng)智能系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)的模型函數(shù)為：

(1)

其中：k表示的是配電網(wǎng)調(diào)度周期中劃分的單元階段數(shù)量，每一個階段都可以被認(rèn)為發(fā)布的電能和負(fù)荷大小一致，保持不變；表示的是每一個階段單位的時長；表示的是第p條電流反饋線路在階段t處的電量成本和第p條電流輸出的功率；n表示的是分布式電源的個數(shù)；表示的是第i個分布式充放電單元在階段t處的電量成本和第i個分布式充放電的功率。

基于配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)模型函數(shù)的設(shè)計(jì)與分析來驗(yàn)證調(diào)度模型的有效性。如圖2所示，主要用于配電網(wǎng)調(diào)度的雙電源裝置，反饋線互相連接的節(jié)點(diǎn)作為測試的主要系統(tǒng)。

圖2 配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行電路圖

城市大型配電網(wǎng)智能系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)的模型函數(shù)從本質(zhì)上反應(yīng)出在綠色環(huán)境可再生能源的前提下最大化的利用所帶來的收益情況，簡單來說，在配電網(wǎng)負(fù)荷一定的前提下，發(fā)電的利用價(jià)值越高，配電網(wǎng)輸出的電能就會越小，其模型函數(shù)的值就會越??；儲存電能的優(yōu)化調(diào)度可以在充電和放電的過程中吸收其中的差價(jià)來增加收益，同樣可以降低模型函數(shù)的值。因此，大型配電網(wǎng)調(diào)度的智能運(yùn)行系統(tǒng)模型函數(shù)的設(shè)計(jì)對于城市電網(wǎng)運(yùn)行情況來說是十分必要的，通過上述論述，完成城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分及算法

2.1 配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件部分的特殊要求

城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能的運(yùn)行不同于其它的配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，對一般的配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時性、有效性和可靠性的要求比較廣泛，而現(xiàn)在的配電網(wǎng)調(diào)度的物理設(shè)備和配電模式在城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面還存在很多的不足，不能達(dá)到大型配電的標(biāo)準(zhǔn)。配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

基于大型城市的配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行要求其具有3高性能和1嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)。高綜合性、高經(jīng)濟(jì)性、高可靠性是配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須具備的，在技術(shù)與業(yè)務(wù)高效的綜合方面，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感控制技術(shù)的融合，同時將配電網(wǎng)與各種電力業(yè)務(wù)進(jìn)行發(fā)電到用電各個環(huán)節(jié)的無縫連接，簡化繁瑣的配電聯(lián)網(wǎng)過程，實(shí)現(xiàn)大型城市的配電網(wǎng)調(diào)度智能有效的運(yùn)行；一般的配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)相對與大型城市中的配電系統(tǒng)智能運(yùn)行具有強(qiáng)大的可靠性能，這就要求大型城市中的配電系統(tǒng)在發(fā)生故障的時候能夠具備快速恢復(fù)電力的自治能力，將負(fù)荷的障礙切換到具有可靠性能的其它電源上，減少配電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的損失，加快配電網(wǎng)恢復(fù)的速度；大型城市中的配電智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠輔助其它電網(wǎng)的運(yùn)行，基于自動運(yùn)行的功能，可以大大的減少人員控制的成本和設(shè)備維護(hù)的成本，避免因?yàn)榕潆娋W(wǎng)運(yùn)行電力所涉及的范圍大就損失經(jīng)濟(jì)的問題。

滿足多向、實(shí)時、高效的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)是大型城市中的配電智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，也是公認(rèn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求為高級的配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和城市應(yīng)用提供了高速、智能的配電支持，為我國大型城市的配電網(wǎng)智能運(yùn)行設(shè)計(jì)帶來了質(zhì)的突破。

2.2 配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)算法中位置矢量的表達(dá)

基于大型城市的配電網(wǎng)要求來說，配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中位置的矢量表達(dá)是十分重要的。配電網(wǎng)的智能單位是粒子，根據(jù)配電網(wǎng)調(diào)度的要求，將配電網(wǎng)智能單位粒子的位置可以表示為m=a×b的矩形陣列(a、b分別為矩形陣列的長和寬)，令a=x+y+1。

在上述公式中：x為矩形分布式中發(fā)電的單元個數(shù)；y為儲存電量的單元個數(shù)。

在矩形陣列m=a×b中的x行向量的任意一行[mk，1，mk，2，…，mk，r，…，mk，b]，其中k表示的是第k個分布式中調(diào)度單元完整的控制周期；r表示的是第r個元素mk，r，在第k個分布式中單元粒子在階段r的電功，而且必須滿足以下公式：

k∈[1,m]

(3)

在上述公式中：和分別表示的是第k個分布式發(fā)電單元的電功功率的上下限值，也是矢量元素的位置mk，r的范圍。

矩形陣列中的第x+1行和第x+y行的任意一個向量[mk，1，mk，2，…，mk，r，…，mk，b]表示的是第k個儲存電量的充放電調(diào)度周期。第r個元素mk，r為第k個分布單元在階段r中剩余的電量，需要滿足以下電量范圍公式：

k∈[x+1,y+1]

(4)

上述公式中：和分別表示的是第k個儲存電量的上下限值，也是元素mk，r的位置范圍。根據(jù)公式(3)中電量儲存的性質(zhì)可以看出，第k個分布單元在階段r中充放電調(diào)度的功率：

(5)

由公式可以看出，當(dāng)r不等于k時，配電網(wǎng)的充放電剩余的電能為第r階段的電能減去第r+1階段的電能；當(dāng)r等于k時，配電網(wǎng)的充放剩余的電能為第r階段的電能減去第1階段的電能，這樣是為了保證公式(6)的成立：

Ek(0)=Ek(bΔT)

(6)

因此，配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求位置矢量表達(dá)也是為了滿足配電網(wǎng)調(diào)度的物理設(shè)備和配電模式在城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的特殊要求才進(jìn)行的。矢量位置的完美呈現(xiàn)，才能使配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)分析

假設(shè)時間為24小時作為一個完整的配電網(wǎng)調(diào)度周期，每次調(diào)度的時間間隔為1個小時，根據(jù)表3可看出高峰時的電價(jià)為560元/(MW·h)，在平時的電價(jià)為300元/(MW·h)。

表1 分布式電源配置模式

經(jīng)過以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出不同單元的最智能的配電設(shè)計(jì)方案，與此同時，也驗(yàn)證了配電網(wǎng)調(diào)度模型設(shè)計(jì)的合理性，實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷這3個主要內(nèi)容應(yīng)用的規(guī)范性。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了證明城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理化進(jìn)行了上述的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠使城市的配電方面更加的合理，有效的提高了系統(tǒng)的吞吐率和路由器消耗的功率，在時延和電量傳輸?shù)臏?zhǔn)確性方面都由較強(qiáng)的優(yōu)勢。配電網(wǎng)智能運(yùn)行系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)與分析和基于模型函數(shù)的配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析都能夠提高配電網(wǎng)調(diào)度的能力，使優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效果更加的明顯。按照上述的論述，配電網(wǎng)調(diào)度智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提高電網(wǎng)運(yùn)行效率、降低總障礙發(fā)生的幾率等。其對比的情況如圖3所示。

從圖1可以看出，相比傳統(tǒng)方法來說，本文所提的智能調(diào)度配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)在考慮了配電網(wǎng)電力范圍的基礎(chǔ)上，保證配電網(wǎng)電調(diào)度的功率，繼而系統(tǒng)運(yùn)行過程中故障率更低，12小時內(nèi)故障率保持在20%～40%之間，說明該方法更符合現(xiàn)階段配電網(wǎng)需求。基于大型城市的配電網(wǎng)智能運(yùn)行設(shè)計(jì)要求建立高綜合性、高經(jīng)濟(jì)性、高可靠性的配電智能系統(tǒng)，滿足多向、

實(shí)時、高效的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，支持高速、智能的配電業(yè)務(wù)的靈活運(yùn)用。智能化的設(shè)計(jì)符合城市實(shí)際配電的要求，為調(diào)度和運(yùn)行提供了良好的技術(shù)保障，未來配電網(wǎng)基本運(yùn)行的效果如表2所示。

表2 未來配電網(wǎng)基本運(yùn)行的效果

分析表二可知，運(yùn)用所提方法配電網(wǎng)運(yùn)行3個月的過程中，配電網(wǎng)用戶使用率和配電設(shè)計(jì)正確率持續(xù)保持100%，配電網(wǎng)運(yùn)行效率保持在99.99%，輸出端口運(yùn)行效率和配電網(wǎng)用戶輸出率呈小幅度波動狀態(tài)，保持在96%～99%之間?？傮w來說，該方法下的配電網(wǎng)運(yùn)行十分穩(wěn)定。

綜上所述，配電網(wǎng)調(diào)度智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主站的調(diào)度層實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)常規(guī)化的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，也實(shí)現(xiàn)了對電源負(fù)荷的預(yù)測和分布式發(fā)電的控制。高效、實(shí)時、安全的配電網(wǎng)智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)支撐著電源快速切換的控制、充放電能量的控制和配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的智能性控制。配電網(wǎng)智能調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是朝著安全、智能、可靠的方向發(fā)展的，為以后配電網(wǎng)更加智能化的進(jìn)步和新增配電業(yè)務(wù)的需求提供幫助。配電網(wǎng)智能調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是大容量的矢量位置表達(dá)與智能核心的調(diào)度技術(shù)相互結(jié)合的一種無縫連接的常規(guī)配電網(wǎng)調(diào)度的方式。在調(diào)度的方面，大規(guī)模的城市用戶接入電網(wǎng)，將電網(wǎng)的用量推向高峰期，作為負(fù)荷能量的控制組件開始放電模式，而在平時的時候，符合能量的控制組件主要的功能就是對配電網(wǎng)進(jìn)行充電，并與其它組件進(jìn)行電源的互補(bǔ)。因此，針對城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行模式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分必要的。

4 結(jié)束語

在城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行模式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對用戶數(shù)據(jù)實(shí)時的采集和智能化的管理配電屬于調(diào)度的重要步驟，需要安全、智能、可靠的信息的支撐。從配電的實(shí)際情況出發(fā)，將配電網(wǎng)智能化調(diào)度變成一個動態(tài)、實(shí)效的信息交換設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使配電網(wǎng)供電性能提高。針對城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運(yùn)行模式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，探討了配電的特殊要求和矢量位置的表達(dá)，并對系統(tǒng)模型函數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，組件的設(shè)計(jì)使配電網(wǎng)調(diào)度智能模型的設(shè)計(jì)的合理性得到驗(yàn)證。高性能、低成本的城市配電網(wǎng)調(diào)度智能模型，能夠有效提高資產(chǎn)利用率，在城市配電網(wǎng)管理中心發(fā)揮作用。

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