考慮用戶側(cè)差異化需求的多渠道停電損失函數(shù)估算方法

楊麗萍， 趙昱翰， 林鎮(zhèn)鋒

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局, 貴州,遵義 563000；2.南方電網(wǎng)深圳數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司, 廣東,深圳 518000)

0 引言

電力系統(tǒng)自動化宕機(jī)的綜合因素眾多，電力設(shè)備故障或者人為操作都會導(dǎo)致宕機(jī)的情況出現(xiàn)[1]。出現(xiàn)預(yù)安排停電、進(jìn)行設(shè)備檢修或者線路維護(hù)也會使得電力系統(tǒng)運行停滯[2]。這些因素造成的電力系統(tǒng)停滯對社會生產(chǎn)生活影響嚴(yán)重，分析停電影響的相關(guān)因素發(fā)現(xiàn)，故障停電與預(yù)安排停電造成的停電損失是不同的[3]。

目前相關(guān)領(lǐng)域大量學(xué)者對其進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[4]提出基于深度學(xué)習(xí)的配變停電電量損失預(yù)測方法，利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)算法，建立配變停電電量損失預(yù)測模型分析預(yù)測負(fù)荷曲線，實現(xiàn)損失電量預(yù)測。該方法能夠有效優(yōu)化臺區(qū)用電行為停電。文獻(xiàn)[5]提出基于多源數(shù)據(jù)融合的配網(wǎng)故障停電損失評估方法，采集用電多源數(shù)據(jù)，統(tǒng)計配網(wǎng)故障信息，考慮雙電源用戶內(nèi)部轉(zhuǎn)供影響，實現(xiàn)故障停電損失評估。該方法能夠準(zhǔn)確評估故障停電損失。但上述方法的停電損失類別劃分標(biāo)準(zhǔn)混亂，導(dǎo)致停電損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率較高。

針對上述問題，提出考慮用戶側(cè)差異化需求的多渠道停電損失函數(shù)估算方法。建立停電損失指標(biāo)，根據(jù)電力系統(tǒng)的指標(biāo)分析停電損失，在評價損失的同時估算停電損失，依據(jù)多渠道停電損失指標(biāo)，劃分停電損失類別，設(shè)計停電損失函數(shù)，應(yīng)用多渠道停電損失函數(shù)對停電損失估算總和進(jìn)行計算，實現(xiàn)多渠道停電損失函數(shù)估算。

1 考慮用戶側(cè)差異化需求的多渠道停電損失函數(shù)估算

1.1 確定多渠道停電損失指標(biāo)

首先研究系統(tǒng)可靠性充裕度，根據(jù)電力系統(tǒng)停電損失的可靠性指標(biāo)優(yōu)劣分析結(jié)果，在可靠性充裕度評估基礎(chǔ)上，評價多渠道停電損失指標(biāo)。判斷依據(jù)是電力供應(yīng)斷流時的負(fù)荷能力，根據(jù)這兩個指標(biāo)進(jìn)行時效指標(biāo)與缺電受損嚴(yán)重程度的劃分[6-7]。對比二者在電力系統(tǒng)中的負(fù)荷比率，計算公式如下：

(1)

通過系統(tǒng)事故的概率指標(biāo)測定，式中，Prob為多渠道負(fù)荷能力系數(shù)，F(xiàn)i為可靠性充裕度在電力系統(tǒng)中的值。單位時間內(nèi)系統(tǒng)用戶平均停電次數(shù)的計算公式如下：

(2)

式中，frob為泛點負(fù)荷系數(shù)。通過規(guī)定指定時間，對每戶平均停電的持續(xù)時間段進(jìn)行計算，公式如下：

D=(8 760×LOLP)/FLOL

(3)

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故，在期望值域范圍內(nèi)對未被供電的負(fù)荷大小進(jìn)行計算，公式如下：

(4)

通過規(guī)定研究時間單位，分析系統(tǒng)隨機(jī)故障的測定結(jié)果，對電量期望值進(jìn)行計算，得到停電造成的負(fù)荷損失，公式如下：

(5)

式中，preq(Si)和freq(Si)分別表示失效事件Si發(fā)生的概率和頻率，D(Si)為失效事件Si的持續(xù)時間,L(Si)為失效事件Si發(fā)生時的負(fù)荷削減量。根據(jù)系統(tǒng)事故時失去的負(fù)荷的大小對多渠道停電損失指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。

假設(shè)λi為平均故障率，ri為平均停電持續(xù)次數(shù)，Ni為平均負(fù)荷斷電后恢復(fù)時間節(jié)點，Ui為年平均停電時間段，也叫作年無效負(fù)荷點容納度。因此，得到平均停電頻率的指標(biāo)計算公式：

(6)

通過平均值管理方式的采納，對供電線路最大值指標(biāo)的衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，檢測負(fù)荷供電范圍，能夠得到用戶的增長頻率和下降頻率，平衡供電可靠性與用戶增長率的關(guān)系，以用戶為基礎(chǔ)，設(shè)置基本指標(biāo)，依據(jù)可以度量的指標(biāo)進(jìn)行停電損失的表達(dá)。通過分析多渠道停電損失指標(biāo)，進(jìn)行停電損失類別的劃分。

1.2 劃分停電損失類別

對復(fù)雜的用戶的停電損失分類進(jìn)行函數(shù)模型的建立，如圖1所示。

圖1 停電損失分類函數(shù)模型

利用母線IEAR找出近似損失函數(shù)類別劃分的函數(shù)類型。計算小用電用戶的分類習(xí)慣，并判斷綜合斷電損失函數(shù)與分類習(xí)慣的契合程度，對用戶類別進(jìn)行細(xì)化劃分。通過斷電損失調(diào)查表對工業(yè)類用戶劃分精準(zhǔn)度進(jìn)行計算，如圖2所示。

圖2 斷電損失函數(shù)判斷類型損失結(jié)果

綜合分析各條生產(chǎn)線此類損失的總損失集合與斷電損失函數(shù)，其中，用電損失的計量單位是元/kWh或元/kW。

1.3 設(shè)計停電損失函數(shù)

對停電損失類別進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)去噪完成停電損失類別的劃分，據(jù)此得到停電損失函數(shù)數(shù)據(jù)的采集公式為

yt+1=axt+(1-a)yt

(7)

式中，xt表示在時間t內(nèi)，設(shè)備實時監(jiān)測參數(shù)大小，yt表示在時間t內(nèi)，設(shè)備實時監(jiān)測參照數(shù)據(jù)，a表示停電損失系數(shù)，取值的范圍為0≤a≤1。根據(jù)模糊匹配技術(shù)在數(shù)據(jù)中的單源特性，清洗多源數(shù)據(jù)與停電損失特征的關(guān)聯(lián)性，如圖3所示。

圖3 清洗多源數(shù)據(jù)與停電損失特征的關(guān)聯(lián)性

通過各類用戶的結(jié)構(gòu)調(diào)整，得到公式如下：

(8)

式中，υi表示為用戶停電損失初始數(shù)據(jù)，Ex和Lx分別表示第x個用戶的年耗電量和年峰荷值，CE,x(υi)和CL,x(υi)分別表示用戶停電損失函數(shù)的耗電量和峰荷值。設(shè)計得到多渠道停電損失函數(shù)，利用該函數(shù)對停電損失估算總和進(jìn)行計算。

1.4 計算多渠道停電損失估算總和

根據(jù)多渠道IEEE RS母線停電損失轉(zhuǎn)移模型，如圖4所示。

圖4 多渠道IEEE RS母線停電損失轉(zhuǎn)移模型

通過多渠道IEEE RS母線停電損失轉(zhuǎn)移模型，對不同類型的模型進(jìn)行停電損失采集轉(zhuǎn)移處理，通過正常運行的饋線負(fù)荷處理，在各類用戶的SCDF值域中匹配可靠性指標(biāo)，同時在母線模型中轉(zhuǎn)移停電損失結(jié)果，從而得到多渠道停電損失估算總和的計算。至此，完成對基于用戶側(cè)差異化需求的多渠道停電損失函數(shù)估算方法設(shè)計。

2 實驗分析

為了驗證考慮用戶側(cè)差異化需求的多渠道停電損失函數(shù)所提方法的有效性，通過比較所提方法與文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率，對所提方法的優(yōu)勢點進(jìn)行闡述。

2.1 實驗準(zhǔn)備

應(yīng)用輸電測試系統(tǒng)IEEE-RTS96，對所提方法予以驗證。設(shè)置96臺發(fā)電機(jī)和73條母線，針對劃分用戶停電損失類型進(jìn)行損失計算，整理工業(yè)、公共及商業(yè)、居民住宅等3類用戶停電損失所需基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如表1所示。

分析表1中數(shù)據(jù)可知，在獲得了電網(wǎng)公司的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，計算出用電量比例和平均電價，同時計算出單位停電成本的最大值。調(diào)查統(tǒng)計用戶獲取停電的敏感時間段，并根據(jù)停電持續(xù)時間的變化，對單位電量停電成本進(jìn)行計算，公式為

表1 停電損失所需基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

p1(t)=16.36(1-e-t/1.76)

(9)

由此可以得到，在t=3r=5.28 h之前，停電持續(xù)時間延長會增加單位電量停電的成本；t=3r=5.28 h之后，隨著停電持續(xù)時間變化的單位停電成本基本保持平穩(wěn)，如圖5所示。

根據(jù)停電持續(xù)時間內(nèi)停電成本的變化，選取10組特征點數(shù)據(jù)，進(jìn)行損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率的計算。

2.2 對比損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率

計算所提方法與文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率，如表2所示。

通過表2中的數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)行損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率計算時，文獻(xiàn)[4]方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率在8.33%～8.98%，文獻(xiàn)[5]方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率在8.0%1～8.91%,而所提方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率在5.65%～7.75%。由此可知，所提方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率最低，更具有實用價值。

表2 不同方法的損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率 %

3 總結(jié)

對用戶側(cè)差異化需求的多渠道停電損失函數(shù)估算方法研究，使得損失函數(shù)估算功能點負(fù)荷率降低，提高了停電損失函數(shù)估算的效率。在未來，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)關(guān)注電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的合理性，同時針對電路壽命周期管理進(jìn)行研究，通過選取合適的參考指標(biāo)進(jìn)行故障處理，使得停電損失計算結(jié)果更貼合實際損失。