電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

張宗包， 王子滔

(深圳供電局有限公司， 廣東, 深圳 518000)

0 引言

配電網(wǎng)在電能配置中屬于一個(gè)重要環(huán)節(jié)，可以與用戶直接實(shí)現(xiàn)供電信息傳輸，具有覆蓋區(qū)域廣泛的特點(diǎn)，由于電網(wǎng)調(diào)度在運(yùn)行管理過程中配電線路和負(fù)荷比較密集，因此導(dǎo)致輸電線路損耗越來越嚴(yán)重[1]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，輸電線路的線損電量大約占電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的78%。由此可見，配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的線損占據(jù)的比例很大。

隨著電力領(lǐng)域中的市場(chǎng)化程度越來越高，能量損耗與電網(wǎng)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)效益存在非常密切的關(guān)系，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性不僅關(guān)系著用戶與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還關(guān)系著電網(wǎng)調(diào)度帶來的能量消耗[2]。由于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的負(fù)荷增長(zhǎng)比較快，在節(jié)能方面具有非常強(qiáng)大的挖掘潛力[3]。

文獻(xiàn)[4]考慮到電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)在管理和控制過程中的不足，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)管控方案，利用電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理數(shù)據(jù)、供電數(shù)據(jù)分析挖掘能力以及處理能力，融合了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，通過定義指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)了管控指標(biāo)的計(jì)算功能，最后將該設(shè)計(jì)方案應(yīng)用到實(shí)踐中，結(jié)果表明該方案可以有效提升電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理的精細(xì)化水平。文獻(xiàn)[5]為基于涵蓋多種類型負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)展開優(yōu)化改造分析，引入負(fù)荷調(diào)度模型建立電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，并為負(fù)荷側(cè)資源提供了更多的調(diào)度接口，從而通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、服務(wù)優(yōu)化模塊、結(jié)果處理模塊對(duì)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化改造。然而將上述改造方案應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)其存在能耗高的缺點(diǎn)。為此，本研究提出了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案。

1 優(yōu)化改造方案設(shè)計(jì)

1.1 分析電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的輸出統(tǒng)計(jì)特征

在分析電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)特征之前，先對(duì)其輸出傳輸鏈路展開建模處理，并引入統(tǒng)計(jì)特征采樣的方式[6]，在采集電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出信息的基礎(chǔ)上，基于云計(jì)算模式的支撐，系統(tǒng)輸出的電能是通過供電信息處理中心對(duì)電能進(jìn)行集成與調(diào)度，將電網(wǎng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在系統(tǒng)的存儲(chǔ)池中[7]，分析系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)特征并采集信息。圖1顯示了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)處理模型。

圖1 電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)處理模型

基于圖1的數(shù)據(jù)處理模型，在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換器中，構(gòu)建供電輸出的比特流非線性序列xt，然后采用自回歸滑動(dòng)平均模型(ARMA模型)[8]構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的輸出電能傳輸序列非線性模型，那么自回歸滑動(dòng)平均模型表示為

(1)

其中，a0表示電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的初始采樣幅值，xn-i表示電網(wǎng)提供電能過程中功率損耗分布時(shí)間序列，bj表示振蕩幅值。

對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的供電輸出進(jìn)行衰減調(diào)制，構(gòu)建一個(gè)衰減函數(shù)，表示為

(2)

其中，a表示電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)供電輸出的方程系數(shù)，BH(t)表示關(guān)聯(lián)系數(shù)。

以上過程實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出電能傳輸序列的非線性建模，根據(jù)模型構(gòu)建結(jié)果提取系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)特征[9]，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析。

x(t)=ej2πvx(t)t

(3)

vx(t)=v0+2βt

(4)

Yp(u)=Xp(u)+δ(v-(v0+βt))

(5)

其中，vx(t)表示供電輸出樣本從時(shí)域轉(zhuǎn)換頻域的關(guān)聯(lián)系數(shù)。根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出供電數(shù)據(jù)的交叉項(xiàng)，對(duì)其進(jìn)行自適應(yīng)均衡處理[10]，得到供電輸出樣本序列關(guān)聯(lián)特征分布，表示為

(6)

其中，H(·)表示Heavside函數(shù)，表達(dá)式為

(7)

綜上所述，數(shù)據(jù)處理模型在對(duì)供電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析的基礎(chǔ)上，建立了供電數(shù)據(jù)的特征相空間，分析了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)特征。

1.2 預(yù)測(cè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性

在分析電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)特征基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)其可靠性，假設(shè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的采樣時(shí)間為τt，那么根據(jù)第i組電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點(diǎn)輸出的電壓和電流特征量[11]，構(gòu)建供電數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)回歸分析模型，表示為

(8)

(9)

根據(jù)以上過程，可以得到電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè)步驟如下。

Step 1 定義電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)供電輸出的特征分布向量，即：

(10)

Step 2 采用自適應(yīng)算法和均衡調(diào)度原理，求解電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)的第k個(gè)近似問題。

Step 3 尋找目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，得到一個(gè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)的最優(yōu)解s(k+1)。

Step 4 引入自適應(yīng)學(xué)習(xí)的算法，得到電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)結(jié)果。

Step 5 預(yù)測(cè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性。

利用以上步驟，即可預(yù)測(cè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性。

1.3 設(shè)計(jì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

針對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)在技術(shù)融合過程中存在很多難題，本研究采用“三層兩網(wǎng)”的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了具體的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案。

對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造分為二次微機(jī)保護(hù)的優(yōu)化改造和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)化改造兩部分。

考慮到電網(wǎng)調(diào)度的實(shí)際情況，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)采用測(cè)控和保護(hù)裝置進(jìn)行獨(dú)立配置。高壓端采用測(cè)控和保護(hù)兩個(gè)裝置分開配置，低壓端由于所有硬件設(shè)備都被更換，采用測(cè)控和保護(hù)兩個(gè)裝置整體配置[13-14]。二次微機(jī)保護(hù)的優(yōu)化改造方案如圖2所示。

圖2 二次微機(jī)保護(hù)的優(yōu)化改造方案

采用智能化的方式改造電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的電壓等級(jí)設(shè)備，需要在控制柜中采用航空插頭接口模式，插接設(shè)備本體與控制柜。在選擇網(wǎng)絡(luò)通信速率時(shí)，要考慮到電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量和骨干網(wǎng)絡(luò)[15]。在優(yōu)化改造方案設(shè)計(jì)中，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的過程層分別配置間隔、功能、位置、單一總線等優(yōu)化改造方案。

2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

為了驗(yàn)證上述提出的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案具有一定有效性，引入文獻(xiàn)[4]中設(shè)計(jì)的改造方案和文獻(xiàn)[5]中設(shè)計(jì)的改造方案與其做對(duì)比，測(cè)試了三種優(yōu)化改造方案的電網(wǎng)調(diào)度能耗、系統(tǒng)運(yùn)行能耗，并結(jié)合優(yōu)化改造品質(zhì)值的測(cè)試，驗(yàn)證了三種優(yōu)化改造方案在電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。

采用系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間作為自變量，測(cè)試了三種電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的電網(wǎng)調(diào)度能耗，結(jié)果如表1所示。

表1 電網(wǎng)調(diào)度能耗測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，隨著電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間越來越長(zhǎng)，三種電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的電網(wǎng)調(diào)度能耗越來越大。經(jīng)計(jì)算，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中，本文方案的平均能耗為319.4 J，文獻(xiàn)[4]方案的電網(wǎng)調(diào)度平均能耗為680.3 J，文獻(xiàn)[5]方案的電網(wǎng)調(diào)度平均能耗為504.7 J。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因在于本文方案通過分析電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)特征，降低了電網(wǎng)調(diào)度能耗。

三種電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的系統(tǒng)運(yùn)行能耗測(cè)試結(jié)果，如表2所示。

表2 系統(tǒng)運(yùn)行能耗測(cè)試結(jié)果

從表2可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行能耗方面，本文提出的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案是能量消耗最低的，說明該優(yōu)化改造方案具有較好的優(yōu)化改造效果。

三種電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的優(yōu)化改造效果品質(zhì)值測(cè)試結(jié)果，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化改造效果品質(zhì)值測(cè)試結(jié)果

從圖3可以看出，在多次迭代中，本文方案在優(yōu)化改造效果上，品質(zhì)值基本都超過了0.9。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因在于本文方案預(yù)先預(yù)測(cè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)可靠性，從而大大提高了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的優(yōu)化改造效果。

3 總結(jié)

本研究通過分析電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的輸出統(tǒng)計(jì)特征，預(yù)測(cè)了其可靠性，并對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。結(jié)果顯示，本研究提出的優(yōu)化改造方案具有較好的應(yīng)用效果。但是本文在研究過程中未考慮到外部因素對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)的影響，在今后的研究中，將主要考慮進(jìn)一步提高電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理OMS系統(tǒng)在優(yōu)化改造中的抗干擾能力。