新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知

林揚(yáng)博

摘要：為提高電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知精度，開展新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知方法的設(shè)計(jì)。參照拉依達(dá)準(zhǔn)則，檢測(cè)每日電網(wǎng)在運(yùn)行中的電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)，提出其中的冗余數(shù)據(jù)與噪聲數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)提取與處理；根據(jù)電源的不同作業(yè)形態(tài)，建立分布式電源負(fù)荷群感知模型；通過(guò)屬性簡(jiǎn)約處理法，去除數(shù)據(jù)集合中不必要的數(shù)據(jù)量，利用EEMD中的知識(shí)表達(dá)機(jī)制，建立分布式電源負(fù)荷態(tài)勢(shì)感知決策函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)感知。設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明：該方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)感知，還可以降低并控制感知結(jié)果誤差。

關(guān)鍵詞：新能源接入? 負(fù)荷群感知模型? EEMD? 運(yùn)行態(tài)勢(shì)? 負(fù)荷? 分布式電源

中圖分類號(hào)：TM61? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Situation Awareness of Distributed Power Supply Load Operation after New Energy Access

LIN Yangbo

（Shanwei Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Shanwei， Guangdong Province， 516600 China）

Abstract： To improve the situation awareness accuracy of power supply load operation， the design of the situation awareness method of distributed power supply load operation after new energy access is carried out. With reference to the Pauta criterion， the power supply bus load data of the power grid in operation every day is detected， and the redundant data and noise data are proposed to realize the extraction and processing of the operation data of distributed power supply load after new energy access. According to the different operation modes of power supply， the sensing model of distributed power supply load groups is established. The unnecessary data in the data set is removed through attribute reduction， and the knowledge expression mechanism in EEMD is used to establish the decision function of the situation awareness of distributed power supply load to realize real-time perception of the operation situation of power supply load. The comparison experiments of the design prove that this method can not only realize the real-time perception of the operation situation of distributed power supply load， but also reduce and control the error of perception results.

Key Words： New energy access; Load group awareness model; EEMD; Operation situation; Load;? Distributed power supply

電力系統(tǒng)的負(fù)荷感知主要通過(guò)電力終端負(fù)荷總量的累加計(jì)算實(shí)現(xiàn)，而在此過(guò)程中的電源電量平衡，則是評(píng)估電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行最為重要的問(wèn)題之一。在電力系統(tǒng)中，分布式電源實(shí)時(shí)負(fù)荷趨勢(shì)變化可以直接反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為電力調(diào)度提供可靠的決策依據(jù)，可以認(rèn)為分布式電源負(fù)荷感知，是電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。隨著新能源電力需求的持續(xù)增長(zhǎng)，分布式電源的裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，儲(chǔ)能裝置等多種新技術(shù)在分布式電源系統(tǒng)上的應(yīng)用也日益廣泛。因此，針對(duì)分布式電源多模式協(xié)同運(yùn)行中存在的問(wèn)題，亟須多角度，基于電力系統(tǒng)宏觀運(yùn)行和微觀管理兩個(gè)維度展開分析研究。目前，分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知過(guò)程，主要是通過(guò)多個(gè)傳感器采集用戶電源及負(fù)荷分布數(shù)據(jù)，采用可視化展示等方式，將采集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶，從而幫助用戶更好地了解分布式電源在電網(wǎng)中分布情況、負(fù)荷特征以及各參與方實(shí)時(shí)運(yùn)行情況[1]。為提高管理終端與用戶對(duì)分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的感知能力和故障響應(yīng)能力，滿足客戶對(duì)分布式電源實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)管理需求，本文將在此次研究中，設(shè)計(jì)新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知方法，以便于終端對(duì)分布式電源與電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的同步、實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源發(fā)電側(cè)的智能化、協(xié)同化管理。

1 新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)提取與處理

為實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源接入后，分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的感知，在開展相關(guān)研究前，根據(jù)新能源電網(wǎng)的運(yùn)行需求，提取電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)[2]。提取過(guò)程中，檢測(cè)每日電網(wǎng)在運(yùn)行中的電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)，剔除其中的冗余數(shù)據(jù)與噪聲數(shù)據(jù)。提取過(guò)程中，考慮到量測(cè)裝置可能存在故障，會(huì)導(dǎo)致電源母線運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)極端數(shù)據(jù)值，即提取的數(shù)據(jù)相比真實(shí)數(shù)據(jù)而言較大或較小[3]。因此，可在提取數(shù)據(jù)過(guò)程中，參照拉依達(dá)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的處理。處理過(guò)程中，設(shè)定分布式電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)表示為，其中表示數(shù)據(jù)采樣時(shí)刻點(diǎn)。則數(shù)據(jù)剔除處理過(guò)程應(yīng)滿足下述計(jì)算公式。

式（1）中：表示分布式電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)均值；表示分布式電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差。對(duì)于不符合或不滿足上述計(jì)算公式的分布式電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)，對(duì)其采取剔除處理，并認(rèn)為此部分?jǐn)?shù)據(jù)為采樣過(guò)程中的極值數(shù)據(jù)。完成數(shù)據(jù)剔除處理過(guò)程，在保留的分布式電源母線負(fù)荷數(shù)據(jù)集合中，篩選具有代表性或具有特征性的數(shù)據(jù)，將其作為運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知支撐數(shù)據(jù)集合[4]。此過(guò)程如下計(jì)算公式所示。

式（2）中：表示新能源接入后的分布式電源最大運(yùn)行負(fù)荷；表示新能源接入后的分布式電源最小運(yùn)行負(fù)荷；表示最大采樣點(diǎn)。根據(jù)上述公式計(jì)算結(jié)果，計(jì)算新能源接入后的分布式電源的日平均負(fù)荷及其負(fù)荷率[5]。計(jì)算公式如下。

式（3）中：表示新能源接入后的分布式電源的日平均負(fù)荷。根據(jù)此結(jié)果，計(jì)算新能源接入后的分布式電源負(fù)荷每日的峰谷差值與峰谷率[6]。計(jì)算公式如下。

式（4）中：表示新能源接入后的分布式電源負(fù)荷每日的峰谷差值。按照上述方式，完成分布式電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)的提取。在此基礎(chǔ)上，考慮到電源的靜態(tài)負(fù)荷數(shù)值與動(dòng)態(tài)負(fù)荷數(shù)值可能存在差異，為降低此種差異對(duì)其負(fù)荷感知行為造成的影響。按照下述公式，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理。

式（5）中：表示規(guī)范化處理后的負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)；表示原始數(shù)據(jù)；表示靜態(tài)樣本數(shù)據(jù)方差；表示動(dòng)態(tài)樣本數(shù)據(jù)方差。按照上述方式，完成數(shù)據(jù)的提取與處理。

2 建立負(fù)荷群感知模型

在上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，考慮到用戶側(cè)感知的電源負(fù)荷種類較多，因此，需要根據(jù)電源的不同作業(yè)形態(tài)，建立分布式電源負(fù)荷群感知模型。在此過(guò)程中，建立電源在作業(yè)過(guò)程中的開關(guān)負(fù)荷，如下計(jì)算公式所示。

式（6）中：表示電源在作業(yè)過(guò)程中的開關(guān)負(fù)荷；表示分段階躍功率?？紤]到不同電源的作業(yè)方式存在差異，因此，可參照上述公式，建立針對(duì)分布式電源開關(guān)的分布式負(fù)荷感知模型與開關(guān)調(diào)控模型，通過(guò)此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源在作業(yè)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)及其工作狀態(tài)的感知。

3 基于EEMD的負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知

完成上述設(shè)計(jì)后，將處理后的分布式電源負(fù)荷數(shù)據(jù)錄入負(fù)荷群模型[7]。引進(jìn)EEMD，設(shè)計(jì)電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)感知。在數(shù)據(jù)錄入模型前，可以通過(guò)屬性簡(jiǎn)約處理法，去除數(shù)據(jù)集合中不必要的數(shù)據(jù)量。在確保感知結(jié)果不受到影響的條件下，最大限制地精簡(jiǎn)模型錄入數(shù)據(jù)。利用EEMD中的知識(shí)表達(dá)機(jī)制，建立分布式電源負(fù)荷態(tài)勢(shì)感知決策函數(shù)。函數(shù)表達(dá)式如下。

式（7）中：表示分布式電源負(fù)荷態(tài)勢(shì)感知決策函數(shù)；表示知識(shí)表達(dá)機(jī)制；表示決策屬性表；表示支持度；表示決策行為依賴條件。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)采集分布式電源的功率數(shù)據(jù)（包括可調(diào)容量、功率變比、功率開關(guān)狀態(tài)等），根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和本地設(shè)備采集的數(shù)據(jù)計(jì)算，得到光伏發(fā)電的最大功率及其相應(yīng)的發(fā)電出力，通過(guò)對(duì)電源負(fù)荷參數(shù)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷狀態(tài)參數(shù)的整理、加工與統(tǒng)計(jì)。將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與時(shí)序匹配，以此方式，實(shí)現(xiàn)基于EEMD的負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知，完成新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知方法的設(shè)計(jì)。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上文從3個(gè)方面，完成了新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知方法的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中效果的校驗(yàn)，下述將以某地區(qū)大型光伏發(fā)電站為例，設(shè)計(jì)如下文所示的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)前，通過(guò)與此發(fā)電企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人交涉后發(fā)現(xiàn)，為響應(yīng)國(guó)家發(fā)展清潔能源的相關(guān)號(hào)召工作，該企業(yè)在去年投入了大量資金，開發(fā)光伏、風(fēng)力等新能源發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)階段性的工作可知，現(xiàn)行的新能源發(fā)電已經(jīng)初步取得了成績(jī)。但在深入企業(yè)服務(wù)用戶的反饋中發(fā)現(xiàn)，服務(wù)終端與企業(yè)管理前端無(wú)法在此過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的感知，導(dǎo)致企業(yè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的調(diào)度工作。因此，在綜合商議后，決定使用本文設(shè)計(jì)的方法，對(duì)新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行進(jìn)行感知。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)、可靠、客觀，實(shí)驗(yàn)前，建立此單位在新能源接入后的分布式電源運(yùn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

根據(jù)上述圖1可知，該企業(yè)在發(fā)電中主要接入的新能源為風(fēng)力能源與光伏能源。在企業(yè)電力系統(tǒng)決策管理終端建立測(cè)試環(huán)境。在使用本文設(shè)計(jì)的方法，感知分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)時(shí)，需要先提取分布式電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)處理采集的數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，建立新能源接入后分布式電源負(fù)荷群感知模型。引進(jìn)EEMD算法，設(shè)計(jì)分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)感知，為確保感知的數(shù)據(jù)與發(fā)電系統(tǒng)分布式電源的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)具有較高的匹配度，按照下述表1所示的內(nèi)容，設(shè)計(jì)電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)的訓(xùn)練參數(shù)。

按照上述方式，完成基于該文方法的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知。在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)基于Spiked模型的感知方法，與基于LSTM-注意力機(jī)制的感知方法，將提出的方法作為傳統(tǒng)方法1與傳統(tǒng)方法2。使用三種方法，對(duì)新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行感知。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，安排專門的技術(shù)人員對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。將人工測(cè)量結(jié)果作為參照，對(duì)比三種方法對(duì)電源負(fù)荷運(yùn)行的感知效果。其結(jié)果如圖2所示。

從上述圖2所示的結(jié)果可以看出，本文方法感知的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)，與人工測(cè)量分布式電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)基本吻合。

在此基礎(chǔ)上，隨機(jī)選擇測(cè)點(diǎn)，計(jì)算三種方法的感知誤差，計(jì)算公式如下。

式（8）中：表示分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知結(jié)果誤差，計(jì)算單位為%；表示分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知結(jié)果；表示人工測(cè)量結(jié)果。統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果，如表2所示。

根據(jù)上述圖2與表2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到如下所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：相比傳統(tǒng)方法，該文設(shè)計(jì)的新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果相對(duì)良好，該方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)感知，還可以降低并控制感知結(jié)果誤差。

5 結(jié)語(yǔ)

在常規(guī)電力系統(tǒng)中，由于分布式電源運(yùn)行在負(fù)荷側(cè)，能夠直接為電網(wǎng)提供有功、無(wú)功、調(diào)頻、功率平衡等服務(wù)，并具有容量大、出力集中、調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)。因此當(dāng)光伏、風(fēng)電等可再生能源大規(guī)模接入電力系統(tǒng)，將大幅提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。但在現(xiàn)實(shí)生活中，由于電力系統(tǒng)容量和線路系統(tǒng)規(guī)模難以同時(shí)滿足運(yùn)行需求和系統(tǒng)可靠運(yùn)行以及負(fù)荷快速增長(zhǎng)帶來(lái)的潛在威脅，這也成為分布式電源技術(shù)發(fā)展瓶頸之一，為實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源接入后分布式電源負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)感知，提高電力企業(yè)調(diào)度與決策的可靠性、安全性，該文通過(guò)新能源接入后的分布式電源負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)提取與處理、建立負(fù)荷群感知模型、基于EEMD的負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知，完成了此方法的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)該方法的感知效果展開測(cè)試，通過(guò)此種方式，檢驗(yàn)并證明了該文方法在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性與科學(xué)性。因此，可在后續(xù)的研究工作中，持續(xù)深化該文設(shè)計(jì)的方法，為可再生能源、新能源在電力系統(tǒng)中的接入提供全面的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 林政陽(yáng)，姜飛，涂春鳴，等.考慮時(shí)序相關(guān)性的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電-氣綜合能源系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知[J].電網(wǎng)技術(shù)，2022，46（9）：3385-3394.

[2] 盧德龍，童充，吳志堅(jiān)，等.基于電力線載波阻抗特性的電力系統(tǒng)負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)感知方法[J]. 高電壓技術(shù)，2022，48（4）：1296-1307.

[3] 何俊，于華，鄧長(zhǎng)虹，等.極端天氣下基于態(tài)勢(shì)感知的重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷供電保障策略[J].高電壓技術(shù)，2022，48（4）：1277-1285.

[4] 肖白，肖志峰，姜卓，等.基于降噪自編碼器、奇異譜分析和長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空間電力負(fù)荷態(tài)勢(shì)感知[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2021，41（14）：4858-4867.

[5] 孫曉艷.基于雙層優(yōu)化和態(tài)勢(shì)感知的智能配電網(wǎng)精細(xì)化日前優(yōu)化調(diào)度[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，51（6）：1132-1137.

[6] 張衛(wèi)國(guó)，陳良亮，成海生，等.基于電動(dòng)汽車供電資源態(tài)勢(shì)感知的臺(tái)區(qū)負(fù)荷彈性調(diào)度策略[J].電力建設(shè)，2020，41（8）：48-56.

[7] 林靜懷，范士雄，徐鄭崎，等.基于模糊層次分析法和LSTM-注意力機(jī)制的電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知評(píng)估模型[J].電力信息與通信技術(shù)，2020，18（4）：58-66.