基于模糊評(píng)判的配電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)壓測(cè)評(píng)方法試驗(yàn)

朱生榮　劉濤　韓宇龍　王澤星

摘 要：研究提出基于模糊評(píng)判的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估方法。提取配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定時(shí)暫態(tài)電壓特征量，構(gòu)建配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化隸屬度矩陣，通過歸一化處理獲取配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定時(shí)暫態(tài)電壓特征量，采用模糊評(píng)判法設(shè)計(jì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據(jù)，通過模糊評(píng)判法將暫態(tài)電壓穩(wěn)定性定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化給定量指標(biāo)，得到配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的量化評(píng)估結(jié)果。結(jié)果表明，該方法可通過評(píng)估發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)受到擾動(dòng)后其負(fù)荷母線暫態(tài)電壓是否恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，并通過計(jì)算獲取暫態(tài)電壓失穩(wěn)節(jié)點(diǎn)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定程度。

關(guān)鍵詞：模糊評(píng)判法；配電網(wǎng)；暫態(tài)電壓穩(wěn)定；量化評(píng)估

中圖分類號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）06-0131-05

Quantitative evaluation method of transient voltage stability of distribution network based on fuzzy evaluation

ZHU Shengrong，LIU Tao，HAN Yulong，WANG Zexing

（Inner Mongolia Power（Group）Co.，Ltd.，Ulanqab Power Supply Company，Ulanqab 012000，Neimenggu China）

Abstract：This paper proposed a quantitative evaluation method for transient voltage stability of distribution network based on fuzzy evaluation.Extracting the transient voltage stability when the transient voltage distribution network characteristics，building a distribution network transient voltage stability quantitative membership degree matrix，normalizing the transient voltage characteristics，fuzzy evaluation method is used to design distribution network transient voltage stability criterion.By applying fuzzy judgment，qualitative indicators of transient voltage stability are transformed into quantitative indicators，resulting in a quantified assessment of transient voltage stability in the distribution network.The experimental results showed that the method could find whether the transient voltage of load bus was restored to stable state after the node was disturbed by evaluation.The transient voltage stability degree of the transient voltage instability node was obtained by calculation.And the quantitative evaluation results of this method could help restore the transient voltage stability of the distribution network.

Key words：fuzzy evaluation method;distribution network;[BP（]transient voltage;[BP）］transient voltage stability;quantitative evaluation

配電網(wǎng)作為電力網(wǎng)，其作用為接收電能，并將電能通過配電設(shè)備分配至各類用戶［1］。配電網(wǎng)遭受外界干擾后，配電網(wǎng)中保證電壓穩(wěn)定的特性即為暫態(tài)電壓穩(wěn)定［2-3］。一旦出現(xiàn)暫態(tài)電壓異常失穩(wěn)情況，不僅會(huì)對(duì)機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)造成一定影響，還會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備及燒毀設(shè)備線路，損害用戶的用電質(zhì)量，情況嚴(yán)重時(shí)極易引發(fā)火災(zāi)，威脅人身安全［4］。所以，選擇合適的量化評(píng)估方法對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定情況進(jìn)行分析評(píng)估，具體判斷穩(wěn)定等級(jí)，便于電力網(wǎng)正常分配電能、為機(jī)器設(shè)備、用戶的安全可靠用電以及人身安全提供重要保障。

目前，相關(guān)研究人員針對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定評(píng)估這一問題提出了很多方法，如將暫態(tài)電壓評(píng)估穩(wěn)定性與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行關(guān)聯(lián)與匹配，提出基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定的量化評(píng)估方法［5］。利用相位校正李雅普諾夫指數(shù)對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定進(jìn)行評(píng)估［6］。配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定受多種因素影響，上述2種方法雖然可以從某一因素對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定進(jìn)行評(píng)估，但仍無法忽略其他因素對(duì)其穩(wěn)定造成的影響，評(píng)估結(jié)果易受其他因素干擾，不能客觀地對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定進(jìn)行量化評(píng)估。將分布式光伏發(fā)電引入配電網(wǎng)中，結(jié)合依據(jù)半不變量結(jié)合克夏利爾級(jí)數(shù)獲得的概率潮流算法，建立相應(yīng)的評(píng)估體系，對(duì)配電網(wǎng)電壓的狀態(tài)進(jìn)行量化評(píng)估［7］；但該評(píng)估結(jié)果易受到光伏發(fā)電效率的影響，造成評(píng)估結(jié)果偏差。利用機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘方法對(duì)形態(tài)相似距離的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓的穩(wěn)定進(jìn)行量化評(píng)估［8］，該評(píng)估方法將暫態(tài)電壓特征設(shè)置為時(shí)間窗口中的形態(tài)相似距離，對(duì)該特征進(jìn)行決策分析，得到最后的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估結(jié)果，但該方法只能對(duì)具有該特征的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估，不具有該特征的配電網(wǎng)則無法采用這種方法進(jìn)行評(píng)估，導(dǎo)致量化評(píng)估的配電網(wǎng)對(duì)象由一定的局限性。利用不同的特征分離的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種依據(jù)特征分離型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的評(píng)估方法［9］，該方法根據(jù)電氣特征不同的配電網(wǎng)進(jìn)行暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估，但該方法需要經(jīng)過大量數(shù)據(jù)模擬訓(xùn)練，才能保證其評(píng)估結(jié)果的有效性，一旦某些數(shù)據(jù)缺失或更改，則需要重新訓(xùn)練，過程較為繁瑣，影響量化評(píng)估結(jié)果的效率。

Fuzzy數(shù)學(xué)就是模糊數(shù)學(xué)，是一種數(shù)學(xué)理論方法，對(duì)具有模糊不清特點(diǎn)的現(xiàn)象及問題進(jìn)行分析與解決。利用模糊集這種方式對(duì)有著模糊性的概念進(jìn)行描述，模糊數(shù)學(xué)也可以對(duì)模糊性概念進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)以及決策。比如模糊綜合分析、模糊評(píng)判、模糊決策等。模糊評(píng)判就是將會(huì)被多個(gè)因素影響的事物，利用模糊數(shù)學(xué)方法，按照一定的評(píng)判準(zhǔn)則，得到該事物與某個(gè)評(píng)價(jià)的可能性。將模糊評(píng)判法用于受多種因素影響的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估問題，將多種因素對(duì)電壓穩(wěn)定的影響考慮在內(nèi)，再依據(jù)每一個(gè)因素對(duì)電壓穩(wěn)定的重要程度以及對(duì)電壓穩(wěn)定的評(píng)價(jià)結(jié)果，定量化處理之前的定性評(píng)價(jià)，更好地處理配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的受多因素影響、模糊不清、主觀判斷等問題［10］。

因此，研究基于模糊評(píng)判的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估方法，量化評(píng)估配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定情況，保障其設(shè)備正常運(yùn)行。

1 基于模糊評(píng)判的配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估

1.1 配電網(wǎng)暫態(tài)電壓特征量提取

輸入特征為配電網(wǎng)系統(tǒng)故障前的穩(wěn)態(tài)量，估計(jì)可能發(fā)生的故障及其可能引起的影響［12］，便于提早制定預(yù)防控制措施應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

元件級(jí)特征與系統(tǒng)級(jí)特征組成穩(wěn)態(tài)特征［13］。其中發(fā)電機(jī)出力、母線電壓和負(fù)荷水平等單一元件變量特征可直接與元件級(jí)特征互為相應(yīng)；系統(tǒng)級(jí)特征與經(jīng)過一定計(jì)算處理后的多個(gè)元件特征的平均值等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)互相對(duì)應(yīng)。

將系統(tǒng)級(jí)特征與元件級(jí)特征結(jié)合分析后，篩選出適合的穩(wěn)態(tài)特征［14］。輸入特征集中的穩(wěn)態(tài)特征包含發(fā)電機(jī)有功出力、發(fā)電機(jī)無功出力、負(fù)荷有功功率、負(fù)荷無功功率、輸電線路有功功率、輸電線路無功功率、母線電壓以及直流功率。電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)的運(yùn)行情況與發(fā)生故障后的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性都可以通過上述特征進(jìn)行判斷。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了研究本文方法對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評(píng)估結(jié)果的有效性，選取典型節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。高壓部分用110 kV等值電源代替，中壓及低壓部分則設(shè)置為8 kV。在該IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)14、節(jié)點(diǎn)21、節(jié)點(diǎn)27和節(jié)點(diǎn)28，上述節(jié)點(diǎn)位置如圖1所示。

由圖2可知，經(jīng)過本文評(píng)估方法發(fā)現(xiàn)14號(hào)節(jié)點(diǎn)受到擾動(dòng)后，負(fù)荷母線電壓未能在10 s內(nèi)恢復(fù)至0.8 p.u.，該節(jié)點(diǎn)處于暫態(tài)電壓失穩(wěn)狀態(tài)；27號(hào)節(jié)點(diǎn)受到擾動(dòng)后，負(fù)荷母線電壓于7 s時(shí)已恢復(fù)至0.8 p.u以上，證明該節(jié)點(diǎn)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定。因?yàn)?4號(hào)節(jié)點(diǎn)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定狀態(tài)異常，所以總體實(shí)驗(yàn)配電網(wǎng)存在暫態(tài)電壓失穩(wěn)情況。

2.3.2 配電網(wǎng)電壓信號(hào)變化對(duì)比

采用本文評(píng)估方法量化評(píng)估后，對(duì)實(shí)驗(yàn)配電網(wǎng)電壓出現(xiàn)電壓暫降的14號(hào)節(jié)點(diǎn)的電壓信號(hào)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確認(rèn)該節(jié)點(diǎn)受到擾動(dòng)時(shí)與暫態(tài)電壓穩(wěn)定時(shí)電壓信號(hào)變化情況，具體如圖3所示。

由圖3可知，14號(hào)節(jié)點(diǎn)受到擾動(dòng)時(shí)，電壓信號(hào)分布雜亂無規(guī)律。用提出的方法量化評(píng)估后及時(shí)采取相關(guān)措施，可有效確保14號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓信號(hào)分布成正弦函數(shù)曲線。只有暫態(tài)電壓穩(wěn)定時(shí)，電壓信號(hào)才呈規(guī)律性分布。因此，根據(jù)提出的方法量化評(píng)估結(jié)果可助力實(shí)驗(yàn)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓恢復(fù)穩(wěn)定。

3 結(jié)語

研究應(yīng)用模糊評(píng)判法對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定進(jìn)行量化評(píng)估。通過配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷依據(jù)確立2個(gè)量化評(píng)估指標(biāo)代表配電網(wǎng)暫態(tài)電壓的穩(wěn)定程度。經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，提出的方法不僅可以量化評(píng)估配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定時(shí)處于幾級(jí)穩(wěn)定程度，還能判斷配電網(wǎng)暫態(tài)電壓異常時(shí)各節(jié)點(diǎn)的電壓信號(hào)分布情況，依據(jù)其分布情況確定節(jié)點(diǎn)的編號(hào)及位置，對(duì)其進(jìn)行處理恢復(fù)該節(jié)點(diǎn)暫態(tài)電壓穩(wěn)定，保證電力網(wǎng)分配電能的正常運(yùn)行。

應(yīng)用提出的方法對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性量化評(píng)估的有效性得到了證實(shí)，但對(duì)于配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定特征集中具體哪個(gè)特征對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響最大，仍然無法明確判斷。如果可以利用模糊評(píng)判對(duì)穩(wěn)定特征集中的八個(gè)特征進(jìn)行進(jìn)一步分析對(duì)比，得到確定的具體特征結(jié)果，則能對(duì)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定恢復(fù)起到針對(duì)性作用，更快確認(rèn)配電網(wǎng)暫態(tài)電壓失穩(wěn)原因，提高配電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定恢復(fù)效率。

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收稿日期：2023-01-30；修回日期：2023-04-26

作者簡(jiǎn)介：朱生榮（1990-），男，本科，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)工程與電力通信工程；E-mail：42574999@qq.com。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古電力公司2022年度科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2022-10）。

引文格式：朱生榮，劉 濤，韓宇龍，等.基于模糊評(píng)判的配電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)壓測(cè)評(píng)方法試驗(yàn)[J].粘接，2023，50（6）：131-135.