城市配電網變電站配電變壓器選址輔助決策

高振楠

(安徽郵電職業技術學院 通信工程系, 安徽 合肥 230031)

城市配電網是供電企業與電力用戶聯系的紐帶。隨著我國電力系統配電網設備的不斷發展,在城鄉電網建設和改造中,要求高壓直接進入負荷中心,形成高壓受電—變壓器降壓—低壓配電的供電方式[1-3]。其中變電站是電力系統中對電壓和電流進行變換,接受電能及分配電能的場所。隨著配電網規模的不斷擴大,城市配電網變電站的安全穩定運行成為人們的關注熱點,相關的城市配電網變電站配電變壓器選址方法研究受到人們的關注[4-6]。蘇宇等[7]建立了城市配電網有載調容配電變壓器規劃模型,采用分支定界法在有載調容配電變壓器可更換點集合內求解該模型,得到電能替代下的城市配電網配電變壓器最優規劃方案。張姚等[8]根據變壓器調控原理,綜合考慮重構配電網的約束條件,構建變壓器選址優化模型,并利用細菌覓食算法計算模型最優解,獲得最終選址方案。陳垚煜等[9]基于柔性多狀態開關設備進行配網變壓器選址定容,構建了選址3層規劃模型;運用模擬退火算法確定變壓器的調控變量,利用粒子群算法確定變壓器運行工況,并引入網損微增率與功率傳輸分布系數作為選址的輔助決策,降低了選址規劃模型求解的復雜度。以上方法進行城市配電網變電站配電變壓器選址的智能規劃性較弱,特征匹配能力不強,對動態選址節點的定位性能較低[10-12]。

針對上述問題,本文提出了城市配電網變電站配電變壓器選址輔助決策,輔助當前電網變電站變壓器選址規劃。構建城市配電網變電站配電變壓器選址模型,結合對配電變壓器選址虛擬視景圖像分析,采用虛擬現實技術,進行城市配電網變電站配電變壓器選址的三維視覺重構。分析城市配電網變電站配電變壓器選址的視覺分布特征量,根據城市配電網變電站配電變壓器選址的規模數進行特征優化求解。采用虛擬現實技術實現城市配電網變電站配電變壓器選址視景信息融合處理,根據信息融合結果,實現城市配電網變電站配電變壓器選址的空間區域規劃和網格分塊匹配,實現選址優化。仿真實驗分析驗證了本文方法在提高城市配電網變電站配電變壓器選址可視化能力方面的優越性能。選址結果的虛擬現實仿真圖線路分明,立體感較強,輔助增強了城市配電網變電站配電變壓器選址規劃能力。虛擬現實仿真結果匹配度和可靠性較高,輔助電網規劃和變電站場站選址,從而提高規劃審批的效率。

1 虛擬現實視景處理

1.1 虛擬視景圖像三維場景分布

為了實現城市配電網變電站配電變壓器選址,采用虛擬視景仿真方法,以便進行圖像三維場景可視化分析。建立城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景圖像三維采樣模型,進行城市配電網變電站配電變壓器選址節點的優化設計[13-14]。根據ZigBee協議棧,進行城市配電網變電站配電變壓器選址的分布結構設計,即為了在簇內傳感節點中進行城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景仿真,以LM2576HV-5.0作為傳感器基陣,假設N k為第k層城市配電網變電站配電變壓器選址的三維場景分布集的個數為第k層第j個城市配電網變電站配電變壓器節點的連接權值;為第k層城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬現實第i(i=1,2,…,N)個電壓輸入分布節點、分別為配電網絡中第k層第j(j=1,2,…,N k)個供電、配電節點。將供電節點與電壓輸入節點相匹配后,城市配電網變電站配電變壓器選址的視景分布規則項集為

式中:n為選址虛擬現實分布節點數量(n)為配電網絡中第k+1層第j個供電節點的選址虛擬現實電壓輸入分布節點的數量;f為分布規則下的配電變壓器選址的有效激活函數;d(L)i為城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬現實第i個電壓輸入分布節點的輸出層L的電壓期望值;為第k+1層第j個城市配電網變電站配電變壓器節點的連接權值共軛特征。

綜合輸出頻域特征,得到城市配電網變電站配電變壓器選址的可視化分布函數為

式中:λ為城市配電網變電站配電變壓器選址的可靠性因子,為一個大于0,且小于1的常數。

為了在不同工作頻率內進行城市配電網變電站配電變壓器選址的虛擬視景圖像采樣及輸出可靠性評價,采用交直交換方法,得到城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景仿真的輸出功率為

式中:I為交直交換前電壓輸出量。

圖1為配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布模型,提高了配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布融合能力[15-16]。

圖1 配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布模型

1.2 配電變壓器選址過程中的視覺重構處理

為了輔助當前電網規劃,實現精準選址,對城市配電網變電站配電變壓器選址的特征分布集進行自適應融合處理。

采用信息融合和模糊層次分析方法[17],構建配電網變電站配電變壓器選址的模糊決策評價函數為

式中:μ為自適應權值迭代系數,取值條件為

引入虛擬現實的視景仿真技術。現實的變電站配電變壓器共包含k(k=1,2,…,n)個供電節點,為了對城市配電網變電站配電變壓器選址過程進行視覺重構處理,依據式(4)進行特征采樣和自適應調度。提取城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景圖像的三維可視化分布特征量x(n),得到三維場景可視化重建的特征分辨率最優解為

城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景重構的模糊加權值為

式中:y*(n)為配電網絡中配電節點分布特征量的連接權值共軛特征;e(n)為誤差,表達式為

將誤差值作為初始模糊加權值,輸入圖1模型中,即可實現變電站配電變壓器選址過程中的視覺重構處理。

2 城市配電網變電站配電變壓器選址優化

2.1 配電變壓器選址視景信息融合

基于上述城市配電網變電站配電變壓器選址的三維場景可視化重構結果[18],進行城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景增強,增強過程的迭代式為

式中:Pf為滿足三維視景分布規則的變壓器選址虛擬視景仿真圖像增強結果;為第k+1層第j個配電變壓器節點圖像的重構誤差值;f(n)為配電變壓器節點分布規則特征量。

在視覺圖像融合算法控制下,采用增強現實技術進行配電變壓器選址視景信息融合處理,設配電變壓器選址的三維分布屬性值P R=[P Rp,P Rq],則

式中:P Rp、P Rq分別為視景信息融合處理的互信息量和分布屬性關聯維數。

設城市配電網變電站配電變壓器選址三維場景分布時態為I Rp,得到配電變壓器選址三維場景重構輸出最優特征解為

則配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景重建的分布場為

綜上分析,實現了城市配電網變電站配電變壓器選址視景信息融合處理,根據信息融合結果,進行配電變壓器選址的視覺規劃。

2.2 變電站配電變壓器選址的空間區域規劃

采用增強現實技術進行配電變壓器選址視景信息融合處理后,根據信息融合結果進行配電變壓器選址的空間區域規劃設計,匹配選址空間區域規劃和網格分塊,從而優化選址的視景圖像三維場景,便于選址結果的快速規劃審批。

首先,進行配電變壓器選址的空間規劃信息設計,得到配電變壓器選址的視景圖像的三維場景重構決策函數為

其次,提取配電變壓器選址虛擬視景圖像的三維可視化分布特征,得到第k層(k=1,2,…,n)城市配電網變電站配電變壓器選址虛擬視景重建的統計特征量為

最后,結合式(15)～式(17),對配電變壓器選址模糊特征重構,得出配電變壓器選址虛擬現實增強輸出模型為

至此,建立了配電變壓器選址的三維網格分布結構模型,使變壓器選址結果虛擬現實仿真圖更加清晰立體,輔助當前電網規劃進行變電站場站選址,代替圖片、視頻等展示匯報形式,提高配電變壓器選址的視覺規劃和空間重構能力[19]。

3 仿真實驗與結果分析

在Matlab中設置仿真測試,在虛擬規劃平臺下進行變壓器選址的虛擬現實視景仿真。配電變壓器選址的信息采樣周期為0.135 s,數據長度為1 Mb,城市配電網變電站分布的載波頻率為12 k Hz,搜索步長a=4,選址的地理空間分布網格尺寸分別為9 mm×9 mm,11 mm×11 mm,圖像頻帶增強系數為0.68。根據上述仿真環境和參數,進行配電變壓器選址的優化設計。

將多配電變壓器選址虛擬視景圖像融合后,獲取最終的配電變壓器選址結果虛擬視景圖像三維場景分布結果,即空間區域規劃初始仿真圖如圖2所示。圖中標注的黑框位置即為配電變壓器選址結果。對選址結果中的變壓器進行虛擬現實優化仿真,如圖3所示。

圖2 城市配電網變電站配電變壓器選址結果

圖3 城市配電網變電站配電變壓器虛擬現實優化仿真圖

由圖3可知,本文的變壓器選址結果虛擬現實仿真圖中的變壓器線路分明,立體感較強,說明基于虛擬現實和增強現實技術,輔助當前電網規劃進行變電站場站選址,可以摒棄以前圖片或視頻等形式展示匯報的方式,提高了城市配電網變電站配電變壓器選址規劃能力。

對變壓器選址結果虛擬現實仿真結果進行量化測試,測試指標如下:

(1) 匹配度。采用三維場景可視化方法產生數個場景,運用同步前向回代法從各個模擬場景中選取代表場景結果,并對場景進行比例化重構;將圖譜分析、視頻分析手段與本文算法進行對比,當其差異度保持在2%以內,且擬合準確度接近98%時,表明選址結果符合規劃需求。匹配度計算公式為

本文方法、文獻[8]與文獻[9]方法的匹配度驗證結果如表1所示。

表1 城市配電網變電站配電變壓器選址的匹配度對比

由表1可知,采用本文方法進行城市配電網變電站配電變壓器選址的結果與規劃需求的匹配度達到了0.997,滿足了匹配度要求。

(2) 可靠性。通過可靠性判斷其仿真選址結果呈現的清晰度、完整性。將最終的電網變電站配電變壓器選址結果三維分布屬性值與配電變壓器選址虛擬視景圖像三維場景分布模型進行對比,當其差異度保持在5%以內,且擬合準確度接近95%時,表明虛擬現實優化仿真結果可靠性較高。可靠性計算公式為

本文方法與文獻[8]、文獻[9]方法的匹配度驗證結果如表2所示。

表2 城市配電網變電站配電變壓器選址的可靠性對比

根據以上匹配度和可靠性對比可知,本文的虛擬現實視景仿真實驗結果符合選址優化方法要求。

4 結 語

本文采用虛擬現實技術進行城市配電網變電站配電變壓器選址的三維視覺重構,分析了配電變壓器選址的視覺分布特征量,根據選址規模數進行特征優化求解以提高選址能力,增強選址的空間區域規劃和網格分塊匹配效率,從而實現選址優化。本文方法改變了之前圖片或視頻等形式展示匯報的方式,豐富了城市配電網變電站配電變壓器選址優化研究內容。然而該研究隨著城市配電網變電站增多,其匹配量也隨之增長,推薦效率會有所降低,時間和空間上的選址質量會受到影響,且未克服配電網本身的限制,因此后續將進一步改進,深入配電網選址的研究和應用,提高選址方法的技術與性能,為城市配電網變電站配電變壓器選址優化提供更加切實有效的應用方法。