Shapley值法在配電網(wǎng)供電能力計算中的應(yīng)用

劉國鑫 劉坤

摘要：配電網(wǎng)供電能力是評價配電網(wǎng)能否滿足現(xiàn)有負(fù)荷需要、能否適應(yīng)未來負(fù)荷增長的一個重要指標(biāo)。近年來，配電網(wǎng)供電能力的計算、評估、優(yōu)化提升及應(yīng)用一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點。目前，配電網(wǎng)供電能力的研究主要集中在最大供電能力（totalsupplycapability，TSC）和剩余供電能力（residuesupplycapability，RSC）兩個方面。最大供電能力是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)滿足N?1安全準(zhǔn)則且滿足實際運行約束的最大負(fù)荷供應(yīng)能力，該指標(biāo)可用于指導(dǎo)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)期規(guī)劃。但TSC對負(fù)荷分布有一定要求，為達(dá)到理想的TSC，現(xiàn)有配電網(wǎng)需減少部分饋線負(fù)荷，而這往往是不現(xiàn)實的。剩余供電能力的提出解決了這一問題，該指標(biāo)是指在滿足N?1安全準(zhǔn)則條件下，在保證配電網(wǎng)已有供電規(guī)模、不切減負(fù)荷時所能增加最大負(fù)荷，因此RSC在指導(dǎo)現(xiàn)有配電網(wǎng)的調(diào)度運行、負(fù)荷接入等方面具有更強(qiáng)的實用性。目前RSC的相關(guān)研究主要集中在中壓配電網(wǎng)，未考慮更高電壓等級電網(wǎng)設(shè)備對負(fù)荷增長可能存在的限制。基于此，本篇文章對Shapley值法在配電網(wǎng)供電能力計算中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：Shapley值法;配電網(wǎng);供電能力計算;應(yīng)用

引言

供電區(qū)域劃分是配電網(wǎng)規(guī)劃的一個關(guān)鍵問題。由于我國各地配電網(wǎng)的實際情況相差較大。若按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)，就會造成設(shè)備資產(chǎn)利用率不高甚至嚴(yán)重浪費等經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上不合理的情況。科學(xué)、合理的配電網(wǎng)規(guī)劃是電網(wǎng)建設(shè)和改造的基礎(chǔ)依據(jù)，同時也是電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行的重要前提。配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分缺乏定量計算分析方法，主要是依靠專家經(jīng)驗定性分類，難以做到科學(xué)有效劃分。本文提出一種基于Shapley值法，得到更加合理的改進(jìn)Shapley值法，綜合考慮電量波動情況以及跟蹤負(fù)荷程度，使得分?jǐn)偨Y(jié)果更加公平合理。

1Shapley值法

Shapley值法是合作博弈模型中常用的方法，在電力系統(tǒng)中運用廣泛。假設(shè)集N={1，2，…，n}表示組成聯(lián)盟的n個成員，Xi表示集合N中第i個成員從聯(lián)盟S總成本CS中應(yīng)分?jǐn)偟降某杀荆瑒t稱X=（X1，X2，…，Xn）為合作博弈對策的分配策略。Xi滿足以下公式：

C（S）=

?1

設(shè)各成員隨機(jī)合作時正好形成聯(lián)盟S的概率為W（||），計算方法如下所示：

W（||）=??||?！?||?1?！，

可得基于Shapley值法成本分?jǐn)偡绞街校鞒蓡T分?jǐn)偟降某杀緸?/p>

Xi=（||）[C（S）-C（S-i）]

其中[C（S）-C（S-i）]為成員i的邊際成本。

利用Shapley值法分?jǐn)偝杀緯r，每個配電網(wǎng)供電能力計算到的成本取決于由于該成員加入聯(lián)盟后，給聯(lián)盟帶來的成本增值大小，也就是配電網(wǎng)供電的邊際成本。

2基于Shapley值法的配電網(wǎng)供電能力評估方法

配電網(wǎng)的供電能力函數(shù)能夠反映出配電網(wǎng)的安全運行水平，并且也代表了配電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)。為了避免由相同比例的負(fù)荷增長引起的較大誤差，本文對各負(fù)荷點處的負(fù)荷量，按照其實際增長規(guī)律，給出不同的增長模型。結(jié)合利益均衡情況下各售電公司向各發(fā)電公司的購電量，可計算得出電網(wǎng)中的潮流分布，進(jìn)而得到不發(fā)生阻塞情況下配電網(wǎng)的最大供電能力。各售電公司利益均衡情況下的配電網(wǎng)供電能力計算步驟如下：1）針對售電商聯(lián)盟U進(jìn)行分析，計算聯(lián)盟U的利潤πU;2）針對聯(lián)盟內(nèi)的售電商k進(jìn)行分析，將聯(lián)盟U內(nèi)包含k的所有子集設(shè)定為Si，計算Si的合作利潤π（Si）和除售電商k外的合作利潤π（Si-k）;3）計算售電商k參與合作后可分得的利潤Φk;4）得到在利益均衡情況下各售電商的購電量以及各發(fā)電商的電力輸出情況;5）給定負(fù)荷初始值C=C0，在已知發(fā)電商出力及某些發(fā)電商節(jié)點電壓的情況下，即可計算得到系統(tǒng)潮流;6）令各節(jié)點負(fù)荷按照所得出的實際負(fù)荷增長模型，持續(xù)增長，反復(fù)調(diào)用步驟（5），直到出現(xiàn)第一次越限為止，記此時t=t0;7）給定精度ε=ε0，令d=t0-1，e=t0，構(gòu)造閉區(qū)間[d，e]并用半分法求取滿足精度要求的臨界點，此時負(fù)荷點i處的負(fù)荷值為P（a）;8）此時各負(fù)荷節(jié)點總的負(fù)荷值，即為系統(tǒng)的供電能力。

3建議

3.1提高信息化建設(shè)水平，為構(gòu)建利益分配機(jī)制提供依據(jù)

基于Shapley值的利益分配機(jī)制的實質(zhì)是根據(jù)貢獻(xiàn)值進(jìn)行相應(yīng)的利益分配，而貢獻(xiàn)值需要準(zhǔn)確詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐。因此，在配電網(wǎng)供電能力計算合理的利益分配機(jī)制，統(tǒng)一的信息化平臺是必要條件之一。而目前配電網(wǎng)供電能力計算內(nèi)各數(shù)據(jù)差異。因此，迫在眉睫的是，要充分應(yīng)用近年蓬勃發(fā)展的虛擬化、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心技術(shù)，建設(shè)以配電網(wǎng)供電能力計算為基礎(chǔ)的大集中信息管理平臺，推動基于集團(tuán)化架構(gòu)下的信息支撐平臺的建設(shè)，不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)的大集中，更要實現(xiàn)業(yè)務(wù)的大集中，保證配電網(wǎng)供電步調(diào)一致、協(xié)同工作，為合理的利益分配提供客觀依據(jù)。

3.2網(wǎng)格化方法

1.思路。此次規(guī)劃配網(wǎng)的時候，根據(jù)網(wǎng)格化原則，分劃區(qū)域。經(jīng)過探索系統(tǒng)現(xiàn)實情況配網(wǎng)情況，整理出配電網(wǎng)產(chǎn)生的不良問題，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，明確規(guī)劃目標(biāo)。為達(dá)到這一目標(biāo)，構(gòu)建過渡網(wǎng)架，得到評估效果，判斷現(xiàn)下網(wǎng)格化有無實現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)，倘若實現(xiàn)了，那么就可以構(gòu)成規(guī)劃方案，相反，則需要重建過渡網(wǎng)架，然后評估最終效果。2.配網(wǎng)現(xiàn)實情況。按照網(wǎng)格化劃分的基本原則，此次把待規(guī)劃區(qū)域分成若干網(wǎng)絡(luò)，對每一個區(qū)域配網(wǎng)情況展開分析：第一，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析，將站間、中壓線路聯(lián)絡(luò)率以及N-1通過率當(dāng)成重要指標(biāo)加以分析。倘若，中壓線路供電線路半徑過長，那么所占空間則很大，對供電影響也就更大。第二，分析裝備水平，將中壓主干線路與中壓線路當(dāng)成重要指標(biāo)加以分析。第三，供電方面的分析，則是通過將中壓線路承重與過載運行作為關(guān)鍵指標(biāo)展開分析。3.負(fù)荷預(yù)測。此預(yù)測可以劃分成遠(yuǎn)期與近期預(yù)測，遠(yuǎn)期就是根據(jù)用地性質(zhì)一樣的區(qū)域當(dāng)成主要探索區(qū)域，借助負(fù)荷密度指標(biāo)方式預(yù)測負(fù)荷密度值，按照地塊強(qiáng)度與開發(fā)信息，預(yù)測網(wǎng)格負(fù)荷總量和規(guī)劃區(qū)總量。近期預(yù)測就是探究區(qū)域中壓線路負(fù)荷高低，得到指定區(qū)域供電負(fù)荷，接入推算出負(fù)荷增長規(guī)律。按照采集市區(qū)用戶報裝信息，建立數(shù)模，推算出網(wǎng)格與規(guī)劃區(qū)負(fù)荷總量，獲得預(yù)測結(jié)果。

結(jié)束語

綜上所述，本文根據(jù)差價合約下售電商購電利益博弈模型，根據(jù)售電商之間進(jìn)行合作以及Shapley值法，考慮聯(lián)盟成員之間合理的利潤分配，在各售電公司利益均衡情況下進(jìn)行配電網(wǎng)供電能力的計算。通過仿真計算分析可知：和未考慮售電商利益均衡的情況相比，本文所研究的供電能力的準(zhǔn)確性有所提高，誤差減小，更符合實際。該研究為電力市場配電系統(tǒng)的優(yōu)化運行提供有效的參考依據(jù)。

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