電網設備線路負載利用率的指標評估模型

李小偉 陶毅剛 于明 柴紹博

摘? ?要：為提高電網設備線路負載利用率，提出了基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型。采用直流電壓波動分析方法進行大數據采樣，提取電網設備線路負載利用率的相關性指標，以線路負載的波峰、波谷以及電壓諧波值等為約束指標參量，建立電網設備線路負載利用率指標評估的模糊約束參量分析模型;采用工頻交流市電驅動和直流線性驅動方法評估指標參數，結合分布式電源功率波動、負荷不均衡變化等情況，實現電網設備線路負載利用率的指標評估。仿真實驗表明，采用該方法進行電網設備線路負載利用率指標評估的準確性較高，提高了電網設備線路負載利用率，具有很好的電網設備線路的負載均衡調度能力。

關鍵詞：電網設備線路;負載利用率;指標評估;模型優化設計

中圖分類號：TM73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Index Evaluation Model of Load Utilization for Power Grid Equipment

LI Xiao-wei1?，TAO Yi-gang1，YU Ming1，CHAI Shao-bo2

（ 1. Guangxi Power Grid Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi 530023，China;

2. Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co.，Led.，Tianjin 300384，China）

Abstract：In order to improve the load utilization ratio of power network equipment，a load utilization index evaluation model based on DC load characteristic detection is proposed. DC voltage fluctuation analysis method is adopted for big data sampling，and correlation indexes of load utilization ratio of power network equipment lines are extracted. The fuzzy constraint parameter analysis model of load utilization ratio evaluation of power network equipment lines is established by taking the peak，trough and voltage harmonic value of line load as constraint index parameters. The index parameters are evaluated by AC mains power drive and DC linear drive，and the index of load utilization rate of power network equipment is evaluated by combining the power fluctuation and load imbalance of distributed power supply. The simulation results show that this method is accurate in evaluating the load utilization ratio of power network equipment lines，improves the load utilization ratio of power network equipment lines，and has good load balancing and dispatching capacity of power network equipment lines.

Key words：power network equipment lines;load utilization;evaluation of indicators;model optimization design

電網設備線路的不斷擴大使得電網設備線路的運行穩定性面臨更嚴峻的挑戰，因此，需要進行電網設備線路的負載均衡調度，結合對電網設備線路的輸出穩定性特征分布進行電網設備線路利用率的指標評估，提取電網設備線路利用率的相關性指標參量集，實現對電網設備線路負載利用率的優化[1]。由此可知，研究電網設備線路負載利用率的指標評估模型，在優化電網設備的線路利用率、提高電網設備線路的穩定性方面具有重要意義[2]。

通常來說，對電網設備線路負載利用率的指標評估是建立在對電網設備線路負載利用率的大數據分析基礎上，結合直流配電網直流側的輸出負載進行鏈路均衡配置，以此提高負載利用率水平[3]。目前，已有專家學者在該領域提出了一些較為成熟的研究結果。如文獻[4]中提出一種基于直流負荷空間變化特性分析的電網線路負載利用率評估模型。該模型根據電網無功負荷隨時間和空間變化的規律特性，設計一系列參數和評估指標解構電網負載，并對其利用率進行指標評估，但該方法進行電網設備線路負載利用率評估的準確性不好，置信度水平不好。文獻[5]中提出了一種基于關聯因素調節的配電網負載利用率評價模型。該模型依據卡方檢驗合并負載利用率的相鄰區間，實現電網設備線路負載利用率的優化。然而該方法進行電網設備線路負載利用率指標評估的自適應性不好，抗干擾能力不強。針對上述問題，設計了一種基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型。首先采用直流電壓波動分析方法進行電網設備線路負載利用率的大數據采樣，然后建立模糊約束參量分析模型，結合工頻交流市電驅動和直流線性驅動方法對指標參數進行評估，根據電源功率波動、負荷變化情況對負載利用率評價。最后進行仿真實驗和結果分析，證明該方法在提高電網設備線路負載利用率的指標評估能力方面的優越性能。

綜上分析，實現電網設備線路負載利用率的指標評估，整個方法的實現流程如圖2所示。

3? ?仿真實驗與結果分析

為了測試上述基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型在實現電網設備線路負載利用率評估中的實際應用性能[15]，設計如下實驗并進行測試分析。

實驗采用Matlab Simulink信息仿真軟件，在并網模式下完成電網設備的交流電網模型構建。設定電壓的偏差限值為-10～-5%，直流負荷為120 kW，直流電壓諧波分量為24 kW，設定電網設備線路負載利用率指標評估的采樣時間間隔為0.25 s，負載長度為2000，測試集規模為1024。

根據上述測試參數的設定情況進行電網設備線路負載利用率指標評估，得到電網設備線路負載利用率指標評估的原始采樣值如圖3所示。

以圖3所示的指標評估采樣值作為輸入數值，進行網設備線路負載利用率評估。評估結果從兩方面體現，一是電壓諧波總畸變率（THDV），它可以反應實際電壓波形的偏離情況，二是負荷增速（δ），兩者均可以反映出負載的利用情況。評估結果如圖4所示。

分析圖4可知，采用基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型進行指標評估識別的效果較好。其中，電壓諧波總畸變率較低且基本保持零波動狀態，證明電網設備線路的實際電壓波形基本無偏離情況，同時電力負荷增速的變化情況具有很明顯的周期性。綜上可知，采用基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型可以較好的觀察到評估指標的變化情況，為后續的指標評估過程奠定基礎。

為進一步驗證基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型的有效性，將該模型與文獻[4]中的基于直流負荷空間變化特性分析的電網線路負載利用率評估模型和文獻[5]中的基于關聯因素調節的配電網負載利用率評價模型進行對比，測試利用不同模型進行電網設備線路負載利用率指標評估的準確率，結果如表1所示。

分析表1可知，隨著實驗次數的不斷增加，不同指標評估模型的評估結果準確率也在不斷發生變化。文獻[4]模型的指標評估結果準確率增加幅度略大于文獻[5]模型，但準確率比文獻[5]模型低，但文獻[4]模型和文獻[5]模型的指標評估結果準確率均低于本模型，本模型的最高準確率可達到99.1%，證明采用本模型進行電網設備線路負載利用率指標評估的準確性較高，應用優勢更強。

4? ?結? ?論

對電網設備線路的負載均衡進行調度，結合對電網設備線路的輸出穩定性特征分布進行電網設備線路利用率的指標評估，提取電網設備線路利用率的相關性指標參量集，可實現電網設備線路的線路利用率優化。提出了基于直流負荷特征檢測的電網設備線路負載利用率指標評估模型，通過直流電壓波動分析方、工頻交流市電驅動和直流線性驅動方法，結合電網實際工作情況實現電網設備線路負載利用率的指標評估。經過對實驗測試結果的分析可知，采用該模型進行電網設備線路負載利用率的指標評估的準確性較高，評估指標的變化情況較為清晰，為電網設備線路的負載均衡調度提供支持。

參考文獻

[1]? ? 王雁凌，吳夢凱，周子青，等. 基于改進灰色關聯度的電力負荷影響因素量化分析模型[J]. 電網技術，2017，41（06）：76-82.

[2]? ? SHRIVASTAVA S，JAIN S，KUMAR NEMA R，et al. Two level islanding detection method for distributed generators in distribution networks[J]. International Journal of Electrical Power and Ene. 2017，33（2）：345-351.

[3]? ? MISHRA M，SAHANI M，ROUT P. An islanding detection algorithm for distributed generation based on Hilbert-Huang transform and extreme learning machine[J]. Sustainable Energy，Grids and Networks . 2017，63（4）：565-572.

[4]? ? 盛萬興，陳海，王軍，等. 基于負荷持續曲線的配電網運行效率評價[J]. 電網技術，2016，40（4）：1237-1242.

[5]? ? 張蓓，張雪瑩，何奉祿. 配電網設備全壽命周期利用率評價指標及提升措施[J]. 機電工程技術，2016，45（2）：75-80.

[6]? ? 陳艷. 電網無功負荷的時空特性分析、評估與預測[D]. 廣州：華南理工大學，2016.

[7]? ? 羅滇生，別少勇，龐振國，等. 考慮指標關聯的配電網設備利用率綜合評價[J]. 電力系統及其自動化學報，2017，29（10）：73-78.

[8]? ? 陳青艷，陳開慧. 強負荷網絡環境下的大型負載分析平臺的設計與優化[J]. 現代電子技術，2017，40（2）：158-162.

[9]? ? 馮華然，何奉祿，陳卓鋒. 考慮分布式電源接入的配電網設備利用率評估方法[J]. 機電工程技術，2016，45（9）：142-146.

[10]? 王旭，陳瀟一. 基于AHP、ARIMA算法的電力信息系統負載預測研究與應用[J]. 電網與清潔能源，2017，33（8）：20-25.

[11]? 盛萬興，陳海，王軍，等. 基于負荷持續曲線的配電網運行效率評價[J]. 電網技術，2016，40（4）：1237-1242.

[12]? 李京平，李鳳珍，曾繁華，等. 分布式電源對配電網設備利用率的影響及提高措施[J]. 機電工程技術，2016，45（4）：102-106.

[13]? 張彥，何向剛. 滿足N-1安全校驗典型網絡接線配電網線路設備利用效率研究[J]. 貴州電力技術，2017，20（4）：1-5.

[14]? 王凌誼，陳允鵬，王志敏，等. 面向電網產能優化的設備利用效率評價及應用[J]. 南方電網技術，2016，10（11）：73-78.

[15] SAFA A，MADJID BERKOUK E，MESSLEM Y，et al. A robust control algorithm for a multifunctional grid tied inverter to enhance the power quality of a microgrid under unbalanced conditions[J]. International Journal of Electrical Power and Ene.， 2018，66（2）：675-681.