基于智能电网的电力分配系统优化设计

基于智能电网的电力分配系统优化设计

刘金永

广东兆能工程技术有限公司

摘要：在电网规划中，负荷分布是一个非常重要的环节。但是，由于智能电网的大量使用，使得可中断负载函数的计算面临着灵敏度不高、误差大、响应速度不够快等问题。针对上述问题，本项目拟开展基于智能电网的可中断负载电力系统优化调度方法研究。研究内容包括：建立最优调度模型与算法，通过与传统电网的比较试验，验证所提方法的有效性。

关键词：智能电网；电力分配系统；优化分析

引言

随着我国工业化进程的加快，用电需求的增加，电网的规模变得越来越复杂。因此，提高电网的运行效率是一个亟待解决的问题[1]。目前，智能控制技术已日趋成熟，欧美国家对其进行了大量的研究。举例来说，美国华盛顿大学为了维持电力系统，开发了一个逻辑系统与一个知识管理系统。我们国家虽然经过30多年的发展，但仍然处在摸索之中[2]。但是，智能技术已经被广泛地运用于电网建设，并且取得了很好的效果[3]。比如，在2016年，通过智能技术的发展，实现了系统管理，电力调度，消息总线和 SCADA等多个人机协同工作[4]。一种好的电能调度算法，可以将成本、供电质量、供电效率等要素都考虑进去，这样就可以对公司的成本进行有效的节省，保证供电系统的稳定与可靠。所以，本论文对电力调度自动化的发展起到了一定的促进作用。

1.智能电网组成

在智能电网的调度与控制体系中，有三个层次的模块，分别是应用层、平台层和操作层。每一层之间都是相互联系的，互相协作。其中，应用层完成了任务调度，安全校验，调度管理，实时监控等功能。平台层的职责是分析计算和传输数据，设定权限，管理系统，并提供报警资料。比如，系统管理者所提供的商业处理应用的图形接口。操作层包括了对操作系统的选择，以及对诸如 Linux, Windows, Unix等的选择。

2智能调度的自动化控制结构

本项目拟构建一种面向电网的电力自动控制思想：在对高端硬件设备进行维护的同时，保证软件系统的安全性，并借助集群技术为其提供较强的计算与信息处理能力，使一个调度中心可以同时承载数十种不同的应用。该调度中心建立在一个基础平台上，它能够将实时监测和预警，调度计划，安全检查和调度管理等多种功能结合在一起。

电网自动化建设的目标就是要解决大量的电力调度问题，比如如何自动更新分布的实时数据，如何对实时监控图进行远程渲染等等。同时，本项目还将通过对各级电网进行协调，在多网条件下，对各个节点进行电网调度，建立多网联动的预警与协调机制。在此基础上，结合先进的计算方法，建立更加完善的电网“水平整合、垂直贯通”的电网调度体系，提升电网运行的安全性、经济性，保障电网资源最优配置。

3 电力系统优化调度模型

3.1调度模型构建

可中断负荷管理是指当电网出现尖峰时刻或突发事件时，由负荷调度中心负责对其进行停电控制的那一部分负荷。特别是在电网出现故障时，以“虚拟机组”的形式出现的可中断负荷，是保证电网安全、稳定运行的一项重要手段，目前主要有两种方案，一种是先断网折价，另一种是断网后高补偿。

为了实现对电网的有效优化，将研究可中断负荷最优调度的模型决策计划。根据输入的数据，对负载的状况以及运行状况进行分析，从而对负载有没有失效进行判定。也就是，当有机会限制的时候，当没有满足限制的时候，正常的负荷电量就可以正常运转，而不能进行中断处理：在系统发生故障或者是负载峰值的时候，就可以进行调度请求，并对其进行中断处理，直至恢复正常的负荷运转。在该模型的约束条件中包含了一个随机变量，并且要求在其执行之前就已经作出了一个决定，并且在某种程度上，它可以让决策的结果在某种程度上不符合约束，通过该基础模型来计算所需的电量，从而可以很容易地判定出负载有没有发生故障，或者有没有必要对其进行中断处理，其基本模型是：

当目标函数不含有任何随机参量时，其目标函数可以用最小表示。该方法采用了一种基于数学建模的方法，对输入负载的状态进行判定，对满足限制的负载进行调度。

该模型求解过程中有多种约束，包括系统约束，常规机组约束，可中断负荷约束，以及随机因子约束。该方法从多方面进行分析，使其涵盖的范围更加广泛，具有较强的实用价值。其中，系统的限制主要是电力均衡与电力流两种限制，其中电力均衡限制为：

3.2断负何电为系统调度优化

通过对模型的决策、流程以及模型中的算法的分析，完成了电网的最优调度。该工具适用于全部的动力设备，包括2个常规单元，4个直接负载控制单元，一个可打断负载单元。负载资料就是最初的电量资料。以30分钟为一周期，总计12小时，共计48个周期。负载参数见表1，其中负载操作周期是以小时计算的，并且每个小时的负载数量和能力是恒定的。

表1 直接负荷控制参数

α代表可信度，β代表概率分布，这两个参量的取值范围从0到1。根据表格中所列的负荷资料，可以得到电网的初始状态，并得到了可中断的限制条件。如果某一节点上的初始负载量超过了其实际负载控制值，则表明该线路在传送过程中发生了故障，需通过调度算法干预将该负载值调节到正常范围内，也就是中断。具体的线路中各个结点的负载资料见表2。

表 2 电力系统各节点负荷数据

当负载不超过最大控制值时，系统正常工作。在智能电网系统中，利用各种约束条件，可以使判定效果更敏感，判定结果更精确。

4 实验论证分析

在智能电网中，为了确保可间断负载对电力系统进行优化，利用同一区段的线路信息进行了验证试验。为了确保试验的严密性，本文以传统的电力系统为例，进行了对比试验。统计了电网的利用效率，消耗的电能，统计了直接和可中断负荷的执行效果。

由试验验证的结果可以看到，与常规电力系统比较，该优化后的电力系统具有更高的效率和更少的耗能，并且在一定时期内能够维持较高的利用效率。

结语

建立电网电力的自动化控制思路是通过硬件设施的高端维护以及软件系统的安全保证，采用高性能计算机集群技术提供安全、可靠的运算能力和信息处理能力，从而保证一个调度中心能够容纳多套的应用系统。调度中心是基于一个智慧化平台，同时协调实时监控与预警、调度计划、安全校核和调度管理于一体的电网调度控制系统。在电力系统优化调度模型方面，可中断负荷管理是电力系统中的重要组成部分。通过对负荷情况和运行状态进行调度处理，判断负荷是否故障，并进行中断处理。优化模型算法中考虑了系统约束、常规机组约束、可中断负荷约束和随机因素的约束。通过综合考虑这些约束条件，可以实现复杂电网的各个层级之间的协调运行，并实现多种网络下的电力调度预警机制和协调机制。

参考文献

[1] 刘喜梅,田惠英,秦超.基于复杂科学管理思维与 MAS 技术的智能电网信息管理系统研究[J].电网技术, 2012, 000(008):204-208.

[2] Guangyi Liu,Jun Tan,Longfei Wei,等.基于云雾边协同理念的"电网一张图"维护与自动更新策略研究[J].  2020.DOI:10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2020.04.003.

[3] 周敏.智能电网环境下电力营销管理系统的优化设计[J].数码设计（下）, 2020(72):0037-0037.

[4] 杨熙,薛松寒.智能电网环境下电力营销管理系统的优化设计[J].  2021.DOI:10.3969/j.issn.1674-0378.2021.02.181.