劉 勇

（中國光電研究院，天津 300300）

在分布式電源應(yīng)用的過程中，配電終端與配電自動化運行模式的融合需要通過建立模型的方式對自動化終端融入應(yīng)用后的實際效果進行分析。并且同步做好分布式電源融入后的協(xié)同規(guī)劃工作。模型構(gòu)建的過程中，需要考慮整個電網(wǎng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，并且采取針對性的措施提高協(xié)同運行的安全保障。

1 分布式電源與配電自動化的模型構(gòu)建分析

1.1 分布式電源處在負荷狀態(tài)下的時序模型構(gòu)建

在分布式電源負荷狀態(tài)的分析中，以風(fēng)力發(fā)電模式下的時序模型研究為典型代表。而在具體的模型構(gòu)建環(huán)節(jié)中，風(fēng)速模型是常見的模型結(jié)構(gòu)[1]。這主要是由于風(fēng)速本身具有典型的時序性特征，且風(fēng)力本身也具有一定的隨機性。因此，需要結(jié)合大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行研究分析，以便確定出一個區(qū)域內(nèi)相對穩(wěn)定精確的風(fēng)速數(shù)據(jù)模型。具體的風(fēng)速概率密度函數(shù)公式為

式中：v代表風(fēng)速這一指標的實時數(shù)值；k代表形狀參數(shù)指標；c代表尺度參數(shù)。當(dāng)k值發(fā)生變化時，整體分布狀態(tài)也有所不同。例如，k=1時，函數(shù)分布狀態(tài)為指數(shù)型；當(dāng)k=2時，函數(shù)分布狀態(tài)為瑞利分布；k=3.5時，函數(shù)呈現(xiàn)正態(tài)分布狀態(tài)。計算k與c時，需參照公式

式中：Vc代表某一時間段內(nèi)風(fēng)速。

1.1.1 風(fēng)力發(fā)電輸出功率模型分析

在風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)研究開展時，仍然需要設(shè)置風(fēng)力發(fā)電模型參數(shù)的方式對參數(shù)指標進行合理求解，隨后完成數(shù)據(jù)計算，為進一步模型構(gòu)建提供支持。分別設(shè)遏制模型參數(shù)為A、B、C，具體參數(shù)計算方法如下

式中：r表示風(fēng)力發(fā)電設(shè)備葉片半徑。

通過公式計算結(jié)果分析可知，在以風(fēng)力發(fā)電為背景的發(fā)電工作開展中，需要充分考慮風(fēng)速變化給整體的分布式發(fā)電電源應(yīng)用帶來的影響。從實際出發(fā)分析可知，季節(jié)性因素對于風(fēng)速變化的影響十分強烈，在具體的風(fēng)力發(fā)電工作落實的過程中，需要結(jié)合季節(jié)性元素，通過設(shè)置不同的場景，繪制時序特性曲線達到合理控制風(fēng)速的目標[2]。

1.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)背景下的序出力模型

在此模型構(gòu)建的過程中，主要以光照強度模型的構(gòu)建為代表，光照是光伏發(fā)電模式背景下發(fā)揮作用的核心指標。光伏電池在光照強度的計算過程中，也需要應(yīng)用概率密度函數(shù)進行光伏發(fā)電模式的光照強度計算和分析。

1.2 配電終端的布局分析

配電終端在自動化系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)以檢測單元與控制單元為典型代表。通常情況下，配電終端的位置位于整個裝置的柱結(jié)構(gòu)開關(guān)區(qū)域，另外，環(huán)網(wǎng)柜、箱式變等現(xiàn)場設(shè)備上也會設(shè)置配電終端[3]。設(shè)置配電終端后，整個設(shè)備的狀態(tài)能夠得到實時監(jiān)控。并且能夠進一步將數(shù)據(jù)上傳至主站與子站區(qū)域。終端設(shè)備按照其功能的差異可分為“二遙”和“三遙”模式。為了促使配電終端的合理布局模式的形成，需要針對配電終端的布局進行經(jīng)濟模型的構(gòu)建。以便獲得投資成本指標與終端運維成本指標。具體的運算公式如下

2 分布式電源對配電網(wǎng)的規(guī)劃影響分析

2.1 主要影響狀況

分布式電源在并網(wǎng)運行的狀態(tài)下，出力的整體狀態(tài)會直接影響到配電網(wǎng)絡(luò)的潮流變化，具體的影響狀態(tài)分為以下幾種類型。①對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響。分布式電源出力小于接入點負荷需求量，此時潮流方向不發(fā)生改變，同時，處在支路上的傳輸功率也呈現(xiàn)出逐步減小的趨勢。這時，配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗也會因此有所下降。②分布式電源若出現(xiàn)了處理大于接入點符合需求的狀態(tài)，且分布式電源的接入容量較小，則可能促使輸入功率的多余部分也開始向別的線路負荷節(jié)點進行輸入。網(wǎng)絡(luò)損耗量也會隨之有所減少。通過分析可知，網(wǎng)絡(luò)損耗量的狀態(tài)與電源接入位置和容量指標有緊密的聯(lián)系，需要通過合理有效地規(guī)劃促使配電網(wǎng)的運行在可靠性上更進一步提升。網(wǎng)絡(luò)損耗量就會在這個過程中不斷降低[4]。③對電能質(zhì)量的影響。此種影響主要是指在具體的電力電子設(shè)備與配網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)連接時，應(yīng)當(dāng)重視對諧波問題的充分考慮，避免諧波導(dǎo)致電壓波動的現(xiàn)象出現(xiàn)，同時導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。電壓閃變的影響因素有幾種。如若接入容量較大，則會直接導(dǎo)致出力確定性不足。配電網(wǎng)絡(luò)的整體運行狀態(tài)會由于啟停次數(shù)的增多受到影響。④對配電網(wǎng)絡(luò)可靠性狀態(tài)的影響在分布式電源的應(yīng)用中介入的總體數(shù)量較多，因此分布式電源能夠帶范圍的堿基碳排放，促使能源節(jié)約，達到清潔環(huán)保的狀態(tài)，是要合理地對分布式電源的應(yīng)用狀態(tài)進行控制，就能夠提升供電狀態(tài)的可靠性，同時點擊用戶端電力供應(yīng)過程中的問題不足。具體來說分布式電源提升電網(wǎng)供應(yīng)可靠性的原理包括以下幾方面，一是若電路末端接入分布式電源，負荷節(jié)點和電源間的距離可大幅度縮短，這就能針對性地降低電能輸送過程中出現(xiàn)故障的概率。二是在普通的供電電源接入模式下，故障與主電源之間的獨立性相對存在不足，因此故障下游與組件員的聯(lián)系會被切斷，隨之引發(fā)停電問題，若合理規(guī)劃下游使用分布式電源支撐電力供應(yīng)，則能夠通過配電自動化裝置的融入應(yīng)用，形成孤島狀態(tài)，促使非故障區(qū)能夠正常獲得電力資源的供應(yīng)是保障用戶正常用電、減輕用戶停電損失的有效路徑。

2.2 配電網(wǎng)規(guī)劃中自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 配電自動化子站結(jié)構(gòu)

在龐大的配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，配電終端與主鍵的連接存在直接連接和間接連接2種情況。子站主要是在通信的過程中承擔(dān)部分間接連接任務(wù)的主要結(jié)構(gòu)。在整體系統(tǒng)中若能合理地設(shè)置子站點位，并且做好子站開閉的狀態(tài)，控制就能夠通過通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使得上層主站和下層的配電終端實現(xiàn)實時交互[5]。

2.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是指配電自動化的通信網(wǎng)絡(luò)中主站子站終端渠道在運行中的相互交互支撐網(wǎng)絡(luò)。在通信網(wǎng)站的基本結(jié)構(gòu)中包括了無線專網(wǎng)、公網(wǎng)通信、光纖通信和以太網(wǎng)通信幾種常見的方式。

3 配電網(wǎng)運行過程中的可靠性指標專項分析

在分布式電源應(yīng)用的過程中，配電自動化的系統(tǒng)規(guī)模及電網(wǎng)運行可靠性是影響分布式電源應(yīng)用效果的關(guān)鍵性因素。因此，在以分布式電源和整體的自動化系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的背景下，需要針對配電網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性指標進行專項分析，以便提升應(yīng)用過程中的安全保障和應(yīng)用穩(wěn)定性指標。

3.1 元件可靠性指標分析

關(guān)于元件的可靠性分析，主要是指針對系統(tǒng)運行中的基礎(chǔ)元件對其運行質(zhì)量運行狀態(tài)進行觀察和分析。為了針對性地了解元件的可靠性，還需構(gòu)建相應(yīng)的模型，在配電網(wǎng)絡(luò)中通過模型結(jié)構(gòu)中的各個實體的可靠性研究，最終計算得出故障發(fā)生率指標。具體來說，基礎(chǔ)元件在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主要是指變壓器分段開關(guān)、熔斷器、架空線路或電纜線路，電源結(jié)構(gòu)和儲能設(shè)備等。在故障率計算的過程中，需設(shè)定單位時間和故障次數(shù)等相關(guān)指標具體的計算公式為

式中：Ny為在固定時間段內(nèi)，元件因故障而停止工作的頻率；Ty為援建工作的持續(xù)時間長度。

在計算過程中，還需要對原件的修復(fù)率進行計算。通常情況下原件修復(fù)率用μy，在具體的計算過程中設(shè)定時間段內(nèi)原件若無法工作，但通過修復(fù)能恢復(fù)工作狀態(tài)，則可對修復(fù)率指標進行進一步的計算，計算具體公式如下

式中：My為在固定時間段內(nèi)，元件經(jīng)過修復(fù)能夠恢復(fù)正常工作狀態(tài)的頻率；Fy為原件修復(fù)到正常工作狀態(tài)所需要耗費的時間指標。

3.2 負荷點的可靠性指標分析

具體來說，負荷點平均故障率強調(diào)的是配電網(wǎng)運行的過程中，若固定區(qū)域發(fā)生故障，復(fù)合點會處于故障狀態(tài)，而復(fù)刻點平均故障率是指此種情況發(fā)生次數(shù)的平均值，單位為（次/年），而顧客點的平均停電時間是指在配電網(wǎng)絡(luò)運行中，若獨立區(qū)域發(fā)生故障，復(fù)合點就會處在故障狀態(tài)下，這時所耗費時間的平均值，單位為（h/年）。最后，關(guān)于負荷點的平均停電持續(xù)時間，主要強調(diào)的是配電網(wǎng)絡(luò)中由于固定點位的故障導(dǎo)致負荷點出現(xiàn)故障，并最終恢復(fù)到正常供電期間所耗費的時間，單位為（h/次）。

3.3 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體可靠性指標分析

整體配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性，對配電網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)和供電能力都能進行精準的反映。在配電網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素中也有多種不同的類型，最為核心的指標為系統(tǒng)平均停電頻率指標。具體的計算表示公式為

式中：λi為區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)絡(luò)負荷點故障發(fā)生率；Ni為區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)絡(luò)負荷節(jié)點的用戶數(shù)量。

關(guān)于用戶的平均停電頻率，主要是指通過規(guī)劃分析得出的配電網(wǎng)內(nèi)故障影響用戶的平均停電次數(shù)。具體表示方法如下

式中：Fi為負荷點的故障影響用戶停電的總數(shù)指標。

關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)的平均停電持續(xù)時間指標具體的表達式如下

4 分布式電源與配電自動化終端的協(xié)同規(guī)劃路徑分析

4.1 規(guī)劃中上層算法的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)運行需求不斷提升的背景下，分布式電源與配電自動化終端系統(tǒng)需協(xié)同發(fā)揮作用。為了更加精準有效地明確分布式電源與配電自動化終端系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用的狀態(tài)，需構(gòu)建相應(yīng)的模型、應(yīng)用不同階段的正確求解方法計算出具體的數(shù)據(jù)指標。具體來說，計算方法分為上層求解法和下層求解法2種類型。其中上層求解法需要輸入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，種群數(shù)目等專業(yè)參數(shù)，并實現(xiàn)迭代次數(shù)的初始化設(shè)置。在本文的研究中主要采用整數(shù)編碼的形式，對種群內(nèi)部的染色體狀態(tài)進行編碼。隨后再進入到遺傳迭代的環(huán)節(jié)的運行中需借助孤島劃分的方式，對下層目標函數(shù)的數(shù)值初步表示，隨后傳遞并計算出上層的目標函數(shù)值，具體表達式如下

繼續(xù)完成數(shù)值傳遞可計算出上層的目標函數(shù)數(shù)值，具體表達式如下

通過數(shù)據(jù)計算方法的應(yīng)用，可得到F1的數(shù)值。并根據(jù)計算得數(shù)對遺傳運算中的適應(yīng)度指標是密度平均值指標進行進一步的計算，存在相應(yīng)的數(shù)組結(jié)構(gòu)中。

在實踐應(yīng)用中，遺傳算法強調(diào)應(yīng)用計算機系統(tǒng)進行深戶進化理論的模擬，完成自然選擇過程，以優(yōu)勝劣汰為基本原則找到問題的最優(yōu)解決方法，從而針對遺傳算法進行自適應(yīng)式的改進。在遺傳算法的基礎(chǔ)上實現(xiàn)選擇、交叉、變異和內(nèi)部設(shè)定環(huán)節(jié)的組織實施，通過設(shè)定的改進促使迭代種群的遺傳因子相互適應(yīng)。只有實現(xiàn)不斷的優(yōu)化，才能盡可能避免在交叉或變異狀態(tài)下出現(xiàn)數(shù)值分歧的問題。

4.2 規(guī)劃中下層算法的應(yīng)用

下層算法的應(yīng)用是以上層算法為基礎(chǔ)的計算方法，在實踐應(yīng)用中需要經(jīng)歷，由上層向下層轉(zhuǎn)換、對下層染色體進行編碼以及遺傳迭代、自適應(yīng)交叉的整體流程，以便獲取最終的計算結(jié)果。

4.3 以電動汽車應(yīng)用分布式電源為例實現(xiàn)EV模型構(gòu)建

此模型的主要優(yōu)勢在于不會受到運行策略和出行方式的影響，在模型應(yīng)用的過程中，可對居民1天之內(nèi)的生活規(guī)律進行摸索和確認，建立此模型后需針對性的明確概率密度函數(shù)的表達式具體如下

式中：x為日常的行駛里程數(shù)據(jù)為方差數(shù)據(jù)，在此公式中將方差數(shù)據(jù)定為0.88；μD在此工序中表示平均值，在此公式的計算中取數(shù)值3.2。

5 結(jié)束語

綜合本文的分析可知分布式電源與配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃工作中需要通過模型構(gòu)建以及數(shù)據(jù)計算兩方面針對性措施達到預(yù)期的目標，計算過程中，除了要把握基礎(chǔ)，計算指標數(shù)據(jù)，還應(yīng)當(dāng)對計算方法、計算公式中基準、數(shù)據(jù)的選擇等問題引起充分的重視，并合理進行規(guī)劃，以便立足于模型構(gòu)建為分布式電源與整個配電自動化系統(tǒng)的協(xié)同運行提供支持。