基于負(fù)荷組合預(yù)測的配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化識(shí)別方法

肖輔盛，王庭剛，高浩，陳子敬

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局，貴州 貴陽 550000）

負(fù)荷組合預(yù)測能夠根據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)架的運(yùn)行特性及增容能力，在滿足標(biāo)準(zhǔn)精度的條件下，確定電網(wǎng)主機(jī)在特定時(shí)刻對(duì)于傳輸電量數(shù)據(jù)的負(fù)荷與承擔(dān)能力。在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠與該方法適配的預(yù)測指標(biāo)很多，且對(duì)于常規(guī)輸電行為而言，即便個(gè)別數(shù)據(jù)參量出現(xiàn)異常表現(xiàn)狀態(tài)，電網(wǎng)主機(jī)也可迅速更換預(yù)測對(duì)象，從而在保證電信號(hào)傳輸能力的情況下，避免配網(wǎng)網(wǎng)架負(fù)荷行為出現(xiàn)過度變化的表現(xiàn)狀態(tài)[1-2]。與其他預(yù)測方法相比，負(fù)荷組合預(yù)測手段能夠在保證電量信號(hào)傳輸精度水平的同時(shí)，限定配電網(wǎng)網(wǎng)架的動(dòng)態(tài)變化范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電量數(shù)據(jù)的合理分配與協(xié)調(diào)。

在配電網(wǎng)環(huán)境中，由于動(dòng)態(tài)電量匹配指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果并不能保持完全穩(wěn)定的存在狀態(tài)，所以配電網(wǎng)網(wǎng)架的動(dòng)態(tài)變化行為依然有可能超過理想限度條件。為避免上述情況的發(fā)生，基于改進(jìn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法通過統(tǒng)計(jì)電信號(hào)傳輸均值的方式，對(duì)電量指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化能力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再根據(jù)配電網(wǎng)對(duì)于電量信號(hào)的實(shí)時(shí)承載能力，確定電量指標(biāo)所處的傳輸位置[3]。然而該方法對(duì)于電量指標(biāo)的識(shí)別準(zhǔn)確性有限，并不能有效控制配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的實(shí)際表現(xiàn)強(qiáng)度。為解決此問題，提出基于負(fù)荷組合預(yù)測的配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化識(shí)別方法。

1 配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化特性分析

1.1 逆變器控制結(jié)構(gòu)

逆變器控制結(jié)構(gòu)作為配電網(wǎng)網(wǎng)架的核心應(yīng)用設(shè)備，以主驅(qū)動(dòng)芯片作為核心搭建元件，能夠?qū)⒁演斎氲呐潆娦畔⑥D(zhuǎn)換成模擬電量信號(hào)的輸出形式，并可在此過程中，將電壓信號(hào)與電流信號(hào)以動(dòng)態(tài)反饋的形式，反饋回核心處理單元中[4-5]。已輸入的配電信息首先進(jìn)入外部電網(wǎng)網(wǎng)架中，并可在其中生成暫時(shí)存儲(chǔ)文件；而最終輸出的模擬電量信號(hào)則直接存儲(chǔ)于核心配電元件中，且由于動(dòng)態(tài)反饋信道的存在，處理單元可向外輸出大量的電量信號(hào)，并可借助主驅(qū)動(dòng)控制芯片，反饋回下級(jí)配電元件中，以供配電網(wǎng)網(wǎng)架直接調(diào)取與利用[6]。完整的逆變器連接示意圖如圖1 所示。

圖1 逆變器控制結(jié)構(gòu)示意圖

在考慮負(fù)荷組合預(yù)測算法作用能力的情況下，可將逆變器控制結(jié)構(gòu)視為一個(gè)雙向信號(hào)反饋元件。

1.2 網(wǎng)架變化行為分析

網(wǎng)架變化行為分析是針對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可識(shí)別能力的研究，在逆變器控制結(jié)構(gòu)的作用下，為使網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的表現(xiàn)強(qiáng)度得到有效控制，應(yīng)根據(jù)復(fù)合組合預(yù)測算法的實(shí)施能力，確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的原始行為節(jié)點(diǎn)及目標(biāo)行為節(jié)點(diǎn)，并通過計(jì)算二者之間物理距離的方式，得到準(zhǔn)確的變化行為分析結(jié)果[7-8]。設(shè)i1表示配電網(wǎng)網(wǎng)架的原始行為節(jié)點(diǎn)編碼系數(shù)，in表示目標(biāo)行為節(jié)點(diǎn)編碼系數(shù)，n表示配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為曲線中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，在負(fù)荷組合預(yù)測算法的作用下，系數(shù)n的最小取值為物理自然數(shù)1。聯(lián)立上述物理量，可將網(wǎng)架變化行為分析結(jié)果表示為：

式中，λ表示動(dòng)態(tài)變化行為規(guī)劃系數(shù)，e1、e2、…、en表示n個(gè)不同的電量信號(hào)負(fù)荷預(yù)測標(biāo)度值。一般來說，網(wǎng)架變化行為的表現(xiàn)能力越強(qiáng)，配電主機(jī)對(duì)于這種變化行為的識(shí)別準(zhǔn)確度也就越高。

1.3 動(dòng)態(tài)電量匹配系數(shù)

動(dòng)態(tài)電量匹配系數(shù)決定了配電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的最大負(fù)荷能力，在考慮負(fù)荷組合預(yù)測算法的情況下，該項(xiàng)物理指標(biāo)的作用能力等同于一個(gè)具有方向性的矢量系數(shù)[9-10]。規(guī)定在單位時(shí)間ΔT內(nèi)，動(dòng)態(tài)電量匹配系數(shù)的作用方向只會(huì)發(fā)生一次變化，且只能由負(fù)方向指向正方向。設(shè)β表示配電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于電量信號(hào)的正向提取系數(shù)，f表示負(fù)荷組合預(yù)測算法的作用強(qiáng)度表達(dá)系數(shù)，s、d表示兩個(gè)不同的配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為向量。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將動(dòng)態(tài)電量匹配系數(shù)表達(dá)式定義為：

規(guī)定在負(fù)荷組合預(yù)測算法的作用下，動(dòng)態(tài)電量匹配系數(shù)值不具備無限增大的變化能力，這也是配電網(wǎng)主機(jī)能夠?qū)W(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化能力進(jìn)行有效控制的主要原因。

2 基于負(fù)荷組合預(yù)測的電量識(shí)別

2.1 電量負(fù)荷指標(biāo)

作為辨識(shí)配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的關(guān)鍵物理量，電量負(fù)荷指標(biāo)可以將待識(shí)別節(jié)點(diǎn)的變動(dòng)行為限制在既定取值區(qū)間之內(nèi)，并可在聯(lián)合負(fù)荷組合預(yù)測算法的同時(shí)，分析現(xiàn)有運(yùn)算指標(biāo)的應(yīng)用可行性，從而使得最終識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確度水平大幅提升[11]。在不考慮其他干擾條件的情況下，電量負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算結(jié)果只受配電網(wǎng)網(wǎng)架覆蓋面積、電信號(hào)變化運(yùn)動(dòng)權(quán)限兩項(xiàng)物理系數(shù)的直接影響。電網(wǎng)網(wǎng)架覆蓋面積可表示為R，對(duì)于不同配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境而言，該項(xiàng)物理指標(biāo)的實(shí)際取值結(jié)果也會(huì)有所不同。電信號(hào)變化運(yùn)動(dòng)權(quán)限可表示為μ，一般來說，為更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果的動(dòng)態(tài)變化需求，該項(xiàng)物理指標(biāo)的取值結(jié)果始終不可能等于零。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將電量負(fù)荷指標(biāo)取值結(jié)果表示為：

式中，c1、c2表示兩個(gè)不同的電信號(hào)動(dòng)態(tài)行為規(guī)劃標(biāo)量，x1、x2表示兩個(gè)不同的信號(hào)分布行為向量。為適應(yīng)負(fù)荷組合預(yù)測算法的應(yīng)用價(jià)值，電量負(fù)荷指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果必須具備較強(qiáng)的取值適應(yīng)性[12]。

2.2 等權(quán)組合條件

等權(quán)組合條件能夠直接決定負(fù)荷組合預(yù)測方法的實(shí)際應(yīng)用強(qiáng)度，為滿足配電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的精確識(shí)別需求，該項(xiàng)物理約束條件的取值結(jié)果應(yīng)盡可能趨近電信號(hào)參量的真實(shí)傳輸狀態(tài)[13-14]。對(duì)于負(fù)荷組合預(yù)測算法而言，等權(quán)組合條件的建立同時(shí)受到配電權(quán)重、網(wǎng)架配比系數(shù)兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響。?、?表示兩個(gè)不同的配電標(biāo)記向量，y?表示標(biāo)記向量為?時(shí)的配電權(quán)重，y?表示標(biāo)記向量為?時(shí)的配電權(quán)重，考慮負(fù)荷組合預(yù)測算法的實(shí)用性能力，則y?≠y?的不等式條件恒成立。設(shè)b表示網(wǎng)架配比系數(shù)的最小取值結(jié)果，聯(lián)立式（3），可將基于負(fù)荷組合預(yù)測算法的等權(quán)組合條件表示為：

對(duì)于配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而言，等權(quán)組合條件具備平衡電信號(hào)動(dòng)態(tài)行為變化量的能力，對(duì)于電網(wǎng)主機(jī)而言，該項(xiàng)物理指標(biāo)的取值結(jié)果極為關(guān)鍵。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測

標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測是對(duì)核對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為能力的關(guān)鍵執(zhí)行步驟，在已知等權(quán)組合條件的情況下，該項(xiàng)處置行為的執(zhí)行結(jié)果越符合實(shí)際應(yīng)用需求，負(fù)荷組合預(yù)測算法也就越能描述電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于變化行為的識(shí)別準(zhǔn)確度[15]。從宏觀角度來看，標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測代表了配電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的準(zhǔn)確識(shí)別能力，在考慮負(fù)荷組合預(yù)測算法作用的前提下，可根據(jù)式（5）對(duì)現(xiàn)有預(yù)測方法的可行性進(jìn)行衡量。

式中，omax表示配電網(wǎng)網(wǎng)架變化行為量的最大取值結(jié)果，表示行為量均值，χ表示動(dòng)態(tài)變化指征，q表示基于負(fù)荷組合預(yù)測思想的識(shí)別指令執(zhí)行步長值。規(guī)定負(fù)荷組合預(yù)測算法的應(yīng)用必須以標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測結(jié)果作為核心參考條件，且無論網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為呈現(xiàn)哪一種表現(xiàn)形式，配電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于行為指征的識(shí)別都必須參考標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測指標(biāo)的實(shí)際取值結(jié)果[16]。

3 實(shí)例分析

為驗(yàn)證基于負(fù)荷組合預(yù)測的配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化識(shí)別方法的實(shí)際應(yīng)用能力，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。選取兩臺(tái)完全相同的配電網(wǎng)主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其中搭載基于負(fù)荷組合預(yù)測識(shí)別方法的主機(jī)元件作為實(shí)驗(yàn)組對(duì)象，搭載改進(jìn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估方法的主機(jī)元件作為對(duì)照組對(duì)象。

配電網(wǎng)網(wǎng)架的動(dòng)態(tài)變化距離能夠反映主機(jī)元件對(duì)于電量指標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別能力，二者之間的影響關(guān)系滿足式（6）：

式中，L表示網(wǎng)架變化距離，α表示固定識(shí)別系數(shù)。一般來說，α指標(biāo)的取值始終等于自然數(shù)0.5，I指標(biāo)的取值始終等于自然數(shù)1。所以可認(rèn)為，網(wǎng)架變化距離越小，配電網(wǎng)主機(jī)所具備的準(zhǔn)確識(shí)別能力也就越強(qiáng)。

在實(shí)驗(yàn)過程中，固定實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組配電網(wǎng)網(wǎng)架始終處于相同的物理高度，所以后續(xù)實(shí)驗(yàn)僅考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在水平方向上的變化距離。

表1 反映了理想情況下，配電網(wǎng)網(wǎng)架變化距離的數(shù)值變化情況。

表1 配電網(wǎng)網(wǎng)架的理想變化距離

分析表1 可知，隨著電壓的逐漸增大，配電網(wǎng)網(wǎng)架的變化距離也不斷增大，但電壓越大，網(wǎng)架變化距離的增大幅度越小。

圖2 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組配電網(wǎng)網(wǎng)架變化距離及其與理想距離數(shù)值之間的對(duì)比情況。

圖2 網(wǎng)架變化距離的實(shí)驗(yàn)數(shù)值

分析圖2 可知，隨著負(fù)載電壓數(shù)值的不斷增大，實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)架變化距離呈現(xiàn)出先上升、再穩(wěn)定、最后下降的數(shù)值變化狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載電壓在400～600 V 變化時(shí)，實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)架變化距離達(dá)到最大值0.42 mm，與理想最大值0.99 mm 相比，下降了0.57 mm；對(duì)照組網(wǎng)架變化距離則呈現(xiàn)出先上升、再穩(wěn)定的數(shù)值變化趨勢(shì)，當(dāng)負(fù)載電壓在800～900 V 范圍變化時(shí)，對(duì)照組網(wǎng)架變化距離達(dá)到最大值1.08 mm，與理想最大值0.99 mm 相比，下降了0.09 mm，更遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值水平。

根據(jù)式（6）計(jì)算配電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于電量指標(biāo)的識(shí)別能力，具體計(jì)算結(jié)果如表2 所示（所有計(jì)算數(shù)據(jù)均來自圖2）。

表2 配電網(wǎng)主機(jī)識(shí)別能力

分析表2 可知，隨著電壓的增大，對(duì)照組配電網(wǎng)主機(jī)識(shí)別能力均呈現(xiàn)先下降、再穩(wěn)定的變化情況，而實(shí)驗(yàn)組配電網(wǎng)主機(jī)識(shí)別能力卻呈現(xiàn)出先下降、再穩(wěn)定、最后上升的變化趨勢(shì)，從極限值角度來看，實(shí)驗(yàn)組最大值1.667 與對(duì)照組1.250 相比，上升了0.417，明顯實(shí)驗(yàn)組方法對(duì)于配電網(wǎng)網(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為的識(shí)別準(zhǔn)確度更高。

綜上可知，在負(fù)荷組合預(yù)測算法的作用下，配電網(wǎng)主機(jī)能夠?qū)W(wǎng)架動(dòng)態(tài)變化行為進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，與改進(jìn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法相比，這種新型識(shí)別方法確實(shí)更符合實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

該文引入負(fù)荷組合預(yù)測算法，設(shè)計(jì)了一種新型的識(shí)別應(yīng)用方法。在逆變器控制結(jié)構(gòu)的作用下，電量負(fù)荷指標(biāo)能夠得到準(zhǔn)確選取，不但能夠幫助配電網(wǎng)主機(jī)建立更加完善的等權(quán)組合條件。也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)架變化行為的精準(zhǔn)分析。從實(shí)用性角度來看，負(fù)荷組合預(yù)測算法與傳統(tǒng)改進(jìn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相比，能夠避免配電網(wǎng)網(wǎng)架出現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)變化行為，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電量指標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別，這與維護(hù)配電安全的實(shí)際應(yīng)用需求完全相符。