基于時空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法

張靖, 鞏舒, 趙永紅, 由媛媛, 周明, 周永剛

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司信息通信分公司,安徽,合肥 230022;2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司,安徽,合肥 230022)

0 引言

隨著中國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市化建設(shè)進程不斷加快,電力需求日益增大,電力業(yè)擴工程增長勢頭強勁[1-2]。中國供電企業(yè)的電力業(yè)擴電源資源分析中,通常采用對配電線路的可開放容量計算來對電力業(yè)擴工程配電線路的電源點進行分析[3]。但該類方法對配電線路各地理位置段的負(fù)荷密度計算不準(zhǔn)確,電力業(yè)擴工程電源點分析準(zhǔn)確性低[4]。同時,電力業(yè)擴工程電源點、用電客戶資源與地理信息脫節(jié)[5-6],導(dǎo)致電力業(yè)擴工程電源資源不能按地理位置進行分析,電力業(yè)擴電源點不能與用電客戶資源有效匹配。

國內(nèi)外許多學(xué)者對提高電力業(yè)擴工程電源資源分析準(zhǔn)確性做了大量研究。文獻[7]提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)化概率的電力業(yè)擴工程電源資源分析方法,采用了標(biāo)準(zhǔn)化概率曲線和分布式效率指標(biāo)對電力業(yè)擴工程電源資源進行分析,從而提高了電力業(yè)擴工程電源資源分析的準(zhǔn)確性。文獻[8]提出了一種基于電力移動作業(yè)的電力業(yè)擴工程電源資源分析方法,采用了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境與配電線路負(fù)荷結(jié)合的方式進行電力業(yè)擴工程電源資源分析,從而提高了分析準(zhǔn)確性。文獻[9]提出了一種基于用戶負(fù)荷特性的電力業(yè)擴工程電源資源分析方法,采用模糊C均值聚類的方法建立了配電線路用電客戶的的負(fù)荷特征,并采用梯度模型進行電力業(yè)擴工程電源資源分析。文獻[10]提出了一種基于離差最大化的電力業(yè)擴工程電源資源分析方法,采用了綜合評價指標(biāo)對電力業(yè)擴工程電源資源進行分析。文獻[11]提出了一種基于數(shù)據(jù)分析的電力業(yè)擴工程電源資源分析方法,采用了預(yù)測電力業(yè)擴工程電源資源模型和電力業(yè)擴工程電源分析結(jié)合的方式,提高了電力業(yè)擴工程電源資源分析的準(zhǔn)確性。由此可見,電力業(yè)擴工程電源資源分析方法多樣,但上述研究中未能結(jié)合電力業(yè)擴工程電源資源和客戶資源的地理分布位置進行分析,導(dǎo)致分析準(zhǔn)確性不足。

為了解決電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率低的問題,提出一種基于時空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法。在對配電線路可開放容量進行評估的基礎(chǔ)上,基于電網(wǎng)地理信息系統(tǒng),采用分布式特征方法對電力業(yè)擴工程電源資源和用電客戶資源進行標(biāo)注。最后,采用時空分布特征算法對電力業(yè)擴工程電源資源進行分析,獲得電力業(yè)擴工程電源資源的時空特性,以提高電力業(yè)擴工程分析準(zhǔn)確性。

1 電力業(yè)擴電源資源分析框架

本文提出的基于時空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法包括配電線路可開發(fā)性容量分析、電力業(yè)擴工程電源及用電客戶資源標(biāo)注、電力業(yè)擴工程電源資源分析等3部分內(nèi)容?；跁r空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法如圖1所示。

圖1 電力業(yè)擴電源資源分析框架框架圖

由圖1可見,在配電線路可開發(fā)性容量分析環(huán)節(jié),首先對配電自動化系統(tǒng)中的配電線路負(fù)荷數(shù)據(jù)進行提取,然后根據(jù)配電線路的歷史負(fù)荷情況采用灰色預(yù)測法進行配電線路負(fù)荷預(yù)測,最后對配電線路的可開放容量進行分析。在電力業(yè)擴工程電源及用電客戶資源標(biāo)注環(huán)節(jié),基于電網(wǎng)地理信息系統(tǒng),首先對電力業(yè)擴工程資源進行分布式特征標(biāo)注,然后對用電客戶資源進行分布式特征標(biāo)注。在電力業(yè)擴工程電源資源分析環(huán)節(jié),首先采用時空分布特征算法對電力業(yè)擴工程電源資源進行分析,然后對電網(wǎng)業(yè)擴工程的電源資源分配進行評估。

2 電力業(yè)擴電源資源分析模型

2.1 配電線路可開發(fā)性容量分析

(1)配電線路負(fù)荷提取

電網(wǎng)公司的配電線路負(fù)荷數(shù)據(jù)均存儲在配電自動化系統(tǒng)中,基于電網(wǎng)公司的數(shù)據(jù)中臺,讀取配電自動化系統(tǒng)中配電線路每天96點的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù),然后將配電線路的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖疚乃崮Ｐ椭小?/p>

(2)配電線路負(fù)荷預(yù)測

配電線路負(fù)荷預(yù)測是根據(jù)配電線路歷史負(fù)荷情況統(tǒng)計分析,預(yù)測未來配電線路的負(fù)荷情況[12],選擇配電線路負(fù)荷預(yù)測模型是配電線路負(fù)荷預(yù)測中重要的環(huán)節(jié),如果模型選擇不恰當(dāng),將會造成配電線路負(fù)荷預(yù)測的誤差較大。

灰色預(yù)測法是通過少量或者不完整的配電線路負(fù)荷數(shù)據(jù)建立配電線路負(fù)荷預(yù)測模型,并給出配電線路負(fù)荷預(yù)測結(jié)果[13]。因此,選擇灰色預(yù)測法作為配電線路負(fù)荷預(yù)測的方法。

設(shè)配電線路歷史的96點負(fù)荷數(shù)據(jù)序列為h(0):

h(0)={h(0)(1),h(0)(2),…,h(0)(m)}

(1)

式中,m為配電線路歷史的96點負(fù)荷數(shù)據(jù)點的總數(shù)。

通過灰色數(shù)據(jù)累加,設(shè)s為配電線路負(fù)荷預(yù)測累加次數(shù),累加后的負(fù)荷數(shù)據(jù)h(0)(s)為

(2)

通過灰色模型,可得到配電線路的負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)。

(3)配電線路可開放容量評估

配電線路可開放容量評估的目的是分析電力業(yè)擴電源資源的最大允許范圍,基于配電線路負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù),得出配電線路的可開放容量。

(3)

2.2 電力業(yè)擴工程電源及用戶資源標(biāo)注

電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)是一種圖形化展示電網(wǎng)設(shè)備位置信息的系統(tǒng)[14],系統(tǒng)中包括配電線路的地理位置坐標(biāo),為生產(chǎn)運行人員提供地理位置信息、電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拓?fù)浜碗娋W(wǎng)運行信息的圖形服務(wù)。

本文首先對電力業(yè)擴工程的電源資源的分布式特征信息進行標(biāo)注,然后對用電客戶資源的分布式特征信息進行標(biāo)注。

2.3 電力業(yè)擴工程電源資源分析

(1)電力作業(yè)時空數(shù)據(jù)特征分析

電力作業(yè)時空數(shù)據(jù)是指電力業(yè)擴工程的電源點、用電客戶的在時間與空間上的分布特性。其中,電力業(yè)擴工程的電源點數(shù)據(jù)特征在空間上沿配電網(wǎng)線路可開放的T接點分布,在時間上按城市的負(fù)荷密度調(diào)整其可開放容量。電力業(yè)擴工程的用電客戶資源在空間上按所在的地理位置分布,在時間上按照其負(fù)荷情況預(yù)測其最大使用負(fù)荷。通過對電力作業(yè)時空數(shù)據(jù)特征進行分析,可以獲得距離用電客戶資源最近的電力業(yè)擴工程點。

設(shè)電力業(yè)擴工程電源資源個數(shù)為na,電力業(yè)擴工程電源資源的地理坐標(biāo)位置為Wa,用電客戶資源個數(shù)為ma,用電客戶資源的地理坐標(biāo)位置為Ka,用電客戶的最大負(fù)荷為Tb,則電力業(yè)擴工程電源資源與用電客戶資源的時空分布矩陣Za為

(4)

(2)電力業(yè)擴工程電源資源評估

電力業(yè)擴工程電源資源評估的目的是獲得電力業(yè)擴工程相關(guān)配電線路電源點的最大可開放容量。

先對供電區(qū)域按網(wǎng)格劃分,在網(wǎng)格中電力業(yè)擴工程相關(guān)配電線路電源點有nc個,預(yù)留網(wǎng)格分配閾值為φ,每個電源點的最大可開放容量為Gc,max,電源點的坐標(biāo)為wc,則網(wǎng)格內(nèi)電力業(yè)務(wù)電源資源Rc為

(5)

3 算例分析

為了驗證本文所提基于時空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法的有效性,在某城市進行實例應(yīng)用,配電自動化系統(tǒng)選擇南瑞公司的D5000系統(tǒng)[15]。本文所提方法的運算服務(wù)器采用的操作系統(tǒng)版本為Windows Server 2016,中央處理器為英特爾至強16核心3.2 GB,內(nèi)存為64 GB,硬盤為2 TB。

本文所選擇的某城市的10 kV配電網(wǎng)線路數(shù)量為1376條,用電客戶資源為976 354個,該城市的網(wǎng)格劃分為2169個。

本文選擇文獻[3]中的基于大數(shù)據(jù)的電力業(yè)擴電源資源數(shù)據(jù)分析方法,該方法具有負(fù)荷分布評估準(zhǔn)確、用戶收益最大等特點,是業(yè)界廣泛使用的數(shù)據(jù)方法。本文改進了大數(shù)據(jù)方法的饋線可開發(fā)容量評估部分,并將本文所提方法與大數(shù)據(jù)分析方法的饋線可開放容量算法進行比較。

(1)電力業(yè)擴工程電源資源分析時長

電力業(yè)擴工程電源資源分析時長是衡量模型的核心性能指標(biāo),該指標(biāo)的計算方式是輸入網(wǎng)格的數(shù)據(jù)到生成電力業(yè)擴工程電源資源分析結(jié)果的時間,此時間越短,說明模型的性能越好。

選擇電力業(yè)擴工程電源資源網(wǎng)格個數(shù)為5、10、20、30、50、60、80、90、100個,對比本文所提基于時空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法與業(yè)界廣泛使用的大數(shù)據(jù)電力業(yè)擴電源資源分析方法的時長。對比結(jié)果如表1所示。

表1 電力業(yè)擴工程電源資源分析時長

由表1可見,本文所提方法采用了優(yōu)化的時空分布特征算法,在處理負(fù)荷預(yù)測、配網(wǎng)可開放容量評估方面壓縮了處理時間,所以運行的速度較快。大數(shù)據(jù)方法在處理不同類型的電力業(yè)擴電源資源和用電客戶資源時,調(diào)用負(fù)荷分布特征方法的性能較差,所以耗時較長。因此,本文所提方法在模型運行時長方面優(yōu)于大數(shù)據(jù)方法。

(2)電力業(yè)擴工程電源資源分析結(jié)果

選擇某網(wǎng)格的50個電源點,采用本文所提方法進行分析。分析結(jié)果如表2所示。

表2 電力業(yè)擴工程電源資源分析結(jié)果表

(3)電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率

電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率是為了判斷本文所提模型的運行正確性。計算方式是將模型分析的電力業(yè)擴工程電源資源最大可開放容量與人工依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)核定的最大可開放容量進行比較,兩者一致即為準(zhǔn)確,兩者的比值即為電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率。該指標(biāo)的取值范圍是0～100%,電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率越高說明該指標(biāo)越好。

選擇網(wǎng)格數(shù)量分別為100、200、300、400、500、600、800個,采用本文所提方法與大數(shù)據(jù)分析方法進行準(zhǔn)確率分析,并將結(jié)果與人工核對的進行比較,一致者即為準(zhǔn)確。對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率圖

由圖2可見:本文所提方法分析準(zhǔn)確率平均在99.3%,本文所提方法分析準(zhǔn)確的原因是將電源點的地理位置、可開放容量變化情況、用戶的地理位置和用戶最大負(fù)荷動態(tài)變化情況進行了綜合分析,得出了更準(zhǔn)確的電力業(yè)擴電源資源;而大數(shù)據(jù)分析方法主要對饋線的負(fù)荷分布進行分析,缺少對用戶情況、饋線地理位置等信息分析。因此,所以本文所提方法的分析準(zhǔn)確性高于大數(shù)據(jù)分析方法。

4 總結(jié)

為了解決電力業(yè)擴電源資源分析準(zhǔn)確率低的問題,本文提出了一種基于時空分布特征的電力業(yè)擴電源資源分析方法。首先對配電線路進行可開放容量評估,然后根據(jù)電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)對電力業(yè)擴工程電源資源和用電客戶資源進行標(biāo)注,并用時空分布特征算法對電力業(yè)擴工程電源資源進行分析,最后在某城市進行實例應(yīng)用,其結(jié)果驗證了本文所提方法的有效性。

下一步將結(jié)合移動作業(yè)技術(shù)對電力業(yè)擴電源資源接入做進一步研究。