基于模糊評判的配電網暫態穩壓測評方法試驗

朱生榮　劉濤　韓宇龍　王澤星

摘 要：研究提出基于模糊評判的配電網暫態電壓穩定量化評估方法。提取配電網暫態電壓穩定時暫態電壓特征量，構建配電網暫態電壓穩定量化隸屬度矩陣，通過歸一化處理獲取配電網暫態電壓穩定時暫態電壓特征量，采用模糊評判法設計配電網暫態電壓穩定判據，通過模糊評判法將暫態電壓穩定性定性指標轉化給定量指標，得到配電網暫態電壓穩定的量化評估結果。結果表明，該方法可通過評估發現節點受到擾動后其負荷母線暫態電壓是否恢復至穩定狀態，并通過計算獲取暫態電壓失穩節點的暫態電壓穩定程度。

關鍵詞：模糊評判法；配電網；暫態電壓穩定；量化評估

中圖分類號：TM712 文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）06-0131-05

Quantitative evaluation method of transient voltage stability of distribution network based on fuzzy evaluation

ZHU Shengrong，LIU Tao，HAN Yulong，WANG Zexing

（Inner Mongolia Power（Group）Co.，Ltd.，Ulanqab Power Supply Company，Ulanqab 012000，Neimenggu China）

Abstract：This paper proposed a quantitative evaluation method for transient voltage stability of distribution network based on fuzzy evaluation.Extracting the transient voltage stability when the transient voltage distribution network characteristics，building a distribution network transient voltage stability quantitative membership degree matrix，normalizing the transient voltage characteristics，fuzzy evaluation method is used to design distribution network transient voltage stability criterion.By applying fuzzy judgment，qualitative indicators of transient voltage stability are transformed into quantitative indicators，resulting in a quantified assessment of transient voltage stability in the distribution network.The experimental results showed that the method could find whether the transient voltage of load bus was restored to stable state after the node was disturbed by evaluation.The transient voltage stability degree of the transient voltage instability node was obtained by calculation.And the quantitative evaluation results of this method could help restore the transient voltage stability of the distribution network.

Key words：fuzzy evaluation method;distribution network;[BP（]transient voltage;[BP）］transient voltage stability;quantitative evaluation

配電網作為電力網，其作用為接收電能，并將電能通過配電設備分配至各類用戶［1］。配電網遭受外界干擾后，配電網中保證電壓穩定的特性即為暫態電壓穩定［2-3］。一旦出現暫態電壓異常失穩情況，不僅會對機器設備運轉造成一定影響，還會嚴重損壞設備及燒毀設備線路，損害用戶的用電質量，情況嚴重時極易引發火災，威脅人身安全［4］。所以，選擇合適的量化評估方法對配電網暫態電壓穩定情況進行分析評估，具體判斷穩定等級，便于電力網正常分配電能、為機器設備、用戶的安全可靠用電以及人身安全提供重要保障。

目前，相關研究人員針對配電網暫態電壓穩定評估這一問題提出了很多方法，如將暫態電壓評估穩定性與卷積神經網絡進行關聯與匹配，提出基于卷積神經網絡的暫態電壓穩定的量化評估方法［5］。利用相位校正李雅普諾夫指數對配電網暫態電壓穩定進行評估［6］。配電網暫態電壓穩定受多種因素影響，上述2種方法雖然可以從某一因素對配電網暫態電壓穩定進行評估，但仍無法忽略其他因素對其穩定造成的影響，評估結果易受其他因素干擾，不能客觀地對配電網暫態電壓穩定進行量化評估。將分布式光伏發電引入配電網中，結合依據半不變量結合克夏利爾級數獲得的概率潮流算法，建立相應的評估體系，對配電網電壓的狀態進行量化評估［7］；但該評估結果易受到光伏發電效率的影響，造成評估結果偏差。利用機器學習與數據挖掘方法對形態相似距離的配電網暫態電壓的穩定進行量化評估［8］，該評估方法將暫態電壓特征設置為時間窗口中的形態相似距離，對該特征進行決策分析，得到最后的暫態電壓穩定量化評估結果，但該方法只能對具有該特征的配電網絡進行評估，不具有該特征的配電網則無法采用這種方法進行評估，導致量化評估的配電網對象由一定的局限性。利用不同的特征分離的配電網暫態電壓，結合神經網絡系統，設計了一種依據特征分離型神經網絡的配電網暫態電壓穩定性的評估方法［9］，該方法根據電氣特征不同的配電網進行暫態電壓穩定量化評估，但該方法需要經過大量數據模擬訓練，才能保證其評估結果的有效性，一旦某些數據缺失或更改，則需要重新訓練，過程較為繁瑣，影響量化評估結果的效率。

Fuzzy數學就是模糊數學，是一種數學理論方法，對具有模糊不清特點的現象及問題進行分析與解決。利用模糊集這種方式對有著模糊性的概念進行描述，模糊數學也可以對模糊性概念進行判斷、評價以及決策。比如模糊綜合分析、模糊評判、模糊決策等。模糊評判就是將會被多個因素影響的事物，利用模糊數學方法，按照一定的評判準則，得到該事物與某個評價的可能性。將模糊評判法用于受多種因素影響的配電網暫態電壓穩定量化評估問題，將多種因素對電壓穩定的影響考慮在內，再依據每一個因素對電壓穩定的重要程度以及對電壓穩定的評價結果，定量化處理之前的定性評價，更好地處理配電網暫態電壓穩定的受多因素影響、模糊不清、主觀判斷等問題［10］。

因此，研究基于模糊評判的配電網暫態電壓穩定量化評估方法，量化評估配電網暫態電壓穩定情況，保障其設備正常運行。

1 基于模糊評判的配電網暫態電壓穩定量化評估

1.1 配電網暫態電壓特征量提取

輸入特征為配電網系統故障前的穩態量，估計可能發生的故障及其可能引起的影響［12］，便于提早制定預防控制措施應對配電網暫態電壓失穩的風險。

元件級特征與系統級特征組成穩態特征［13］。其中發電機出力、母線電壓和負荷水平等單一元件變量特征可直接與元件級特征互為相應；系統級特征與經過一定計算處理后的多個元件特征的平均值等統計指標互相對應。

將系統級特征與元件級特征結合分析后，篩選出適合的穩態特征［14］。輸入特征集中的穩態特征包含發電機有功出力、發電機無功出力、負荷有功功率、負荷無功功率、輸電線路有功功率、輸電線路無功功率、母線電壓以及直流功率。電力系統在穩態時的運行情況與發生故障后的暫態電壓穩定性都可以通過上述特征進行判斷。

2 實驗分析

2.1 實驗設計

為了研究本文方法對配電網暫態電壓穩定量化評估結果的有效性，選取典型節點網絡IEEE33節點網絡為實驗對象。高壓部分用110 kV等值電源代替，中壓及低壓部分則設置為8 kV。在該IEEE33節點網絡上設置節點，如節點3、節點14、節點21、節點27和節點28，上述節點位置如圖1所示。

由圖2可知，經過本文評估方法發現14號節點受到擾動后，負荷母線電壓未能在10 s內恢復至0.8 p.u.，該節點處于暫態電壓失穩狀態；27號節點受到擾動后，負荷母線電壓于7 s時已恢復至0.8 p.u以上，證明該節點的暫態電壓穩定。因為14號節點的暫態電壓穩定狀態異常，所以總體實驗配電網存在暫態電壓失穩情況。

2.3.2 配電網電壓信號變化對比

采用本文評估方法量化評估后，對實驗配電網電壓出現電壓暫降的14號節點的電壓信號變化進行監測，確認該節點受到擾動時與暫態電壓穩定時電壓信號變化情況，具體如圖3所示。

由圖3可知，14號節點受到擾動時，電壓信號分布雜亂無規律。用提出的方法量化評估后及時采取相關措施，可有效確保14號節點電壓信號分布成正弦函數曲線。只有暫態電壓穩定時，電壓信號才呈規律性分布。因此，根據提出的方法量化評估結果可助力實驗配電網暫態電壓恢復穩定。

3 結語

研究應用模糊評判法對配電網暫態電壓穩定進行量化評估。通過配電網暫態電壓穩定性判斷依據確立2個量化評估指標代表配電網暫態電壓的穩定程度。經試驗后發現，提出的方法不僅可以量化評估配電網暫態電壓穩定時處于幾級穩定程度，還能判斷配電網暫態電壓異常時各節點的電壓信號分布情況，依據其分布情況確定節點的編號及位置，對其進行處理恢復該節點暫態電壓穩定，保證電力網分配電能的正常運行。

應用提出的方法對配電網暫態電壓穩定性量化評估的有效性得到了證實，但對于配電網暫態電壓穩定特征集中具體哪個特征對配電網暫態電壓穩定的影響最大，仍然無法明確判斷。如果可以利用模糊評判對穩定特征集中的八個特征進行進一步分析對比，得到確定的具體特征結果，則能對配電網暫態電壓穩定恢復起到針對性作用，更快確認配電網暫態電壓失穩原因，提高配電網暫態電壓穩定恢復效率。

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收稿日期：2023-01-30；修回日期：2023-04-26

作者簡介：朱生榮（1990-），男，本科，工程師，研究方向：電力系統工程與電力通信工程；E-mail：42574999@qq.com。

基金項目：內蒙古電力公司2022年度科技計劃項目（項目編號：2022-10）。

引文格式：朱生榮，劉 濤，韓宇龍，等.基于模糊評判的配電網暫態穩壓測評方法試驗[J].粘接，2023，50（6）：131-135.