配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)技術(shù)的討論

配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)技術(shù)的討論

中國(guó)現(xiàn)代電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)平臺(tái)
張春暉

2017年3月18日

2017年3月4日，本文作者發(fā)表的?順應(yīng)智能配電網(wǎng)建設(shè)高端技術(shù)的需求，推進(jìn)配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端系列產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化探索?指出:為拓展配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端的應(yīng)用領(lǐng)域，其高級(jí)應(yīng)用功能設(shè)計(jì)有4項(xiàng):

?提高配電臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)多指標(biāo)，自趨優(yōu)運(yùn)營(yíng)能力

?在現(xiàn)場(chǎng)自主進(jìn)行緊急事件處理

?多路徑優(yōu)化搜索

?實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與用戶互動(dòng)，即具有多通信方式網(wǎng)關(guān)功能。

作為技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品的前期設(shè)計(jì)，本文匯集智能化相關(guān)資料并經(jīng)提煉后，將重點(diǎn)敘述運(yùn)用配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端，構(gòu)建配電臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)多輸入多輸出（mimo）在線監(jiān)測(cè)，控制，補(bǔ)償閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)與參考技術(shù)，供配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的參考。

1）優(yōu)化控制理論:"電力混成控制論"

鑒于由清華大學(xué)學(xué)者提出的"電力混成控制論"構(gòu)建的先進(jìn)能量管理系統(tǒng)，已經(jīng)在上海電網(wǎng)應(yīng)用解決大電網(wǎng)的多重目標(biāo)趨優(yōu)控制問題，體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新的思路 。本文將"電力混成控制論"作為智能（高級(jí)）終端高級(jí)應(yīng)用功能的設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)。

下面的內(nèi)容摘錄于清華大學(xué)學(xué)者:?智能電網(wǎng)基礎(chǔ)?。

一是，"電力混成控制論主導(dǎo)思想:將一切不滿足要求和不滿足狀態(tài)都分類定義為事件，通過(guò)控制使得系統(tǒng)回歸至無(wú)事件運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)（穩(wěn)定性，電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性）一定是足夠滿意的"。

二是，"電力混成控制論"的運(yùn)行架構(gòu):由最高決策指揮層，中間處理與操作層，底層（混成控制指令接收和執(zhí)行裝置）組成。

三是，本文參照"電力混成控制論"的集合論語(yǔ)言，描述配變臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)達(dá)到多指標(biāo)，自趨優(yōu)的智能控制過(guò)程:

?式（1）: e=e^d
式中，由低壓電網(wǎng)實(shí)測(cè)到的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)數(shù)據(jù)d，經(jīng)邏輯判斷（邏輯函數(shù)）e^,確定是否形成指標(biāo)異常事件e。

?式（2）:c=f(e)
式中，由指標(biāo)異常事件e，運(yùn)用邏輯函數(shù)f，判斷事件類型并將其轉(zhuǎn)化為控制命令c。

?式（3）:o=f^(c)
式中，一個(gè)由控制命令集c，運(yùn)用邏輯函數(shù)f^,由命令轉(zhuǎn)化為操作指令集o。

?式（4）:o=f^[f(e)]
式中，操作指令集o是指標(biāo)異常事件集合e的一個(gè)復(fù)合邏輯函數(shù)。

?式（5）:x*=y(x o_)
式中，整個(gè)低壓電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)x受控，可以通過(guò)時(shí)間離散的操作指令o_ ,加以改變?yōu)閤*。

?式（6）:a(o)---->e€0
式中，操作指令作用的結(jié)果a 是使指標(biāo)異常事件集合e成為空集。

式（6），意味著配電臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了多指標(biāo) ，自趨優(yōu)運(yùn)營(yíng)的高端目標(biāo)。

由上可見，配電臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)始終處于指標(biāo)異常事件發(fā)現(xiàn)，處理和消除的過(guò)程。
2）配電臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有哪些考核電能質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)及其調(diào)控措施？

一是，多指標(biāo),主要有:

?電壓及電壓合格率

?電流及有功功率限額

?無(wú)功功率及功率因數(shù)限值

?三相負(fù)荷不平衡度

?電壓/電流諧波含有率

?線損率等

二是，低壓電網(wǎng)多指標(biāo)的調(diào)控手段，主要有:

?有載調(diào)壓配變，用以調(diào)節(jié)電壓

?電容器補(bǔ)償/動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償 ，用于調(diào)節(jié)基波無(wú)功功率及功率因數(shù)/電壓/線損

?有載換相負(fù)荷開關(guān) ，用于調(diào)節(jié)三相負(fù)荷不平衡/線損

?有載調(diào)容配變，用于調(diào)節(jié)線損

?有源濾波器 ，固定諧波次數(shù)的濾波器，用于調(diào)節(jié)諧波含有率，由畸變功率引起的低功率因數(shù)，線損

?高壓斷路器及電力負(fù)荷管理終端，用于配電變壓器過(guò)負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行報(bào)警，跳閘。

由此可見，低壓電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的電能質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)性各指標(biāo)及其調(diào)節(jié)手段之間，有內(nèi)在聯(lián)系，相互影響。多指標(biāo)因超限運(yùn)用綜合調(diào)控時(shí)，需要引入各指標(biāo)加權(quán)的方法來(lái)處理。

?智能電網(wǎng)基礎(chǔ)?指出:

"自趨優(yōu)是指電網(wǎng)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，具有使?fàn)顟B(tài)自動(dòng)保持在多指標(biāo)趨優(yōu)狀態(tài)集合內(nèi)的能力。使電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)點(diǎn)使得各類指標(biāo)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn) ，即趨近最優(yōu)狀態(tài)是合理的而且是可能的。
多指標(biāo)趨優(yōu)而不是多指標(biāo)最優(yōu)，是因?yàn)橛?jì)算速度 ，求解難度等原因"。
3）配電臺(tái)區(qū)多指標(biāo)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型

參照湖南大學(xué)學(xué)者:?具有諧波抑制功能的綜合電能質(zhì)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?提出的"多目標(biāo)電壓無(wú)功諧波優(yōu)化算法",結(jié)合配電臺(tái)區(qū)多指標(biāo)運(yùn)營(yíng)情況 ，本文下面將敘述配電臺(tái)區(qū)配電臺(tái)區(qū)多指標(biāo)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型設(shè)計(jì)概要。

?該優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一方面，以配電臺(tái)區(qū)運(yùn)營(yíng)可靠性為基礎(chǔ)，將電壓及電壓合格率達(dá)標(biāo)，電流及有功功率不超限，無(wú)功功率及功率因數(shù)不超限，三相負(fù)荷不平衡度不超標(biāo) ，諧波含有率達(dá)標(biāo)，線損不超限作為目標(biāo)要求，運(yùn)用優(yōu)化方法，得出其控制參數(shù)的最優(yōu)解。另一方面，以有載調(diào)壓配變分接頭調(diào)節(jié)量，電容無(wú)功補(bǔ)償器/動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的補(bǔ)償量，有載換相負(fù)荷開關(guān)切換能力，有源濾波技術(shù)補(bǔ)償量，有載調(diào)容配變功率調(diào)節(jié)量為控制變量，建立配電臺(tái)區(qū)多指標(biāo)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型。

?配電臺(tái)區(qū)多指標(biāo)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型主要包括下列內(nèi)容:

該優(yōu)化系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法

聯(lián)合概率密度函數(shù)計(jì)算，并取最小值。該函數(shù)等于各目標(biāo)指標(biāo)與其加權(quán)因子的乘積之和。其中，加權(quán)因子的數(shù)值，取決于各目標(biāo)指標(biāo)的數(shù)量級(jí)及重要程度。

有載調(diào)壓配變分接頭的電壓百分率調(diào)節(jié)范圍

電容器無(wú)功補(bǔ)償/動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)范圍

有載調(diào)容配變的調(diào)容范圍

有源濾波技術(shù)的諧波補(bǔ)償范圍

有載換相負(fù)荷開關(guān)的電流切換 限值。
4）從不同類型案例中匯集提煉出bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)參考技術(shù)

本部分內(nèi)容摘要于重慶大學(xué)，重慶市電科院:?基于前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)高精度檢測(cè)?，海河大學(xué):?基于信息融合的光伏并網(wǎng)逆變器故障診斷?，中國(guó)電科院:?一種多維影響下運(yùn)行電能表計(jì)量性能評(píng)估方法?，北京郵電大學(xué):?智能信息技術(shù)?，并按需要進(jìn)行編排。

bp前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作過(guò)程

這里，三個(gè)參考案例的bp前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都采用輸入層，隱含層，輸出層3層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各層節(jié)點(diǎn)之間按一定規(guī)則互聯(lián)成網(wǎng)。

"（bp）前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用梯度下降法，有2部分組成:信息正向傳播和誤差逆向傳播。信息正向傳播過(guò)程中，輸入信號(hào)從輸入層經(jīng)隱層單元逐層傳播，最后傳向輸出層，每一層神經(jīng)元狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元狀態(tài)。如果在輸出層不能得到期望的輸出，則轉(zhuǎn)向誤差逆向傳播，將輸出信號(hào)的誤差沿原來(lái)的連接通路返回。用迭代運(yùn)算求解權(quán)值，通過(guò)修改各層神經(jīng)元的權(quán)值，使得誤差信號(hào)減小，直至達(dá)到期望目標(biāo)。只有1個(gè)隱含層的3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，只要隱節(jié)點(diǎn)足夠多，就可以以任意精度逼近一個(gè)非線性函數(shù)"。

bp前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概要:

一是 ，網(wǎng)絡(luò)輸入量進(jìn)行歸一化處理

輸入層各神經(jīng)元（節(jié)點(diǎn)）為一維輸入，多維輸出結(jié)構(gòu)。輸入量是低壓電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的電壓，電流，功率等數(shù)據(jù)。對(duì)每個(gè)輸入量進(jìn)行歸一化處理（計(jì)算公式:略），即可得到輸入層各元素之間的函數(shù)關(guān)系，即各輸入層神經(jīng)元（節(jié)點(diǎn)）實(shí)測(cè)到的輸入值與各輸入層神經(jīng)元（節(jié)點(diǎn)）經(jīng)歸一化后的輸出值之間的函數(shù)關(guān)系。

二是，bp前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選取

"在進(jìn)行bp前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，一般從網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)，各層神經(jīng)元（節(jié)點(diǎn)）的個(gè)數(shù)以及訓(xùn)練函數(shù)三個(gè)方面來(lái)考慮"。

?隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的確定

"隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)直接影響網(wǎng)絡(luò)的容量，泛化能力，學(xué)習(xí)速度和輸出特性。從網(wǎng)絡(luò)容量和函數(shù)逼近的通用性考慮，隱含單元數(shù)越多越好。從網(wǎng)絡(luò)的泛化能力來(lái)考慮 ，每增加一層，計(jì)算容量將呈指數(shù)倍增加，從而訓(xùn)練時(shí)間變長(zhǎng)，還容易陷入局部極小量，而得不到最優(yōu)"。

"由最小二乘法對(duì)隱含層進(jìn)行擬合，得到隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算式":

隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)=[0.43mn+（0.12?n平方）+2.54m+0.77n+0.35+0.51]的開方

隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)還可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算選定 :

隱含層接點(diǎn)數(shù)=[（m+n）的開方+a]，式中，1pi控制器 單元（并輸出調(diào)整命令）---->觸發(fā)器單元---->被控制對(duì)象---->被測(cè)電流（并反饋至模糊pi控制器輸入端）。

"實(shí)現(xiàn)模糊調(diào)整可以選取以下規(guī)則":

"如果穩(wěn)態(tài)偏差大，那么就增加比例系數(shù)"

"如果響應(yīng)震蕩，那么就增加微分系數(shù)"

"如果響應(yīng)遲緩，那么就增加比例系數(shù)"

"如果穩(wěn)態(tài)偏差太大，那么就調(diào)整積分系數(shù)"

"如果超調(diào)量太大，那么就減少比例系數(shù)"。

模糊pi控制器的優(yōu)點(diǎn):"當(dāng)被控制對(duì)象參數(shù)或運(yùn)行條件改變時(shí)，就能自動(dòng)在線調(diào)整pi的參數(shù)，達(dá)到智能控制的作用"。

?綜合電能質(zhì)量控制系統(tǒng)

湖南大學(xué)學(xué)者:?具有諧波抑制功能的綜合電能質(zhì)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

該綜合電能質(zhì)量控制（調(diào)節(jié)）裝置由有載調(diào)壓變壓器，并聯(lián)補(bǔ)償電容器組和注入式并聯(lián)有源電力濾波器（hapf）組成。

該系統(tǒng)采用多目標(biāo)電壓，無(wú)功，線損，諧波函數(shù)及其加權(quán)因子的優(yōu)化算法，從全局進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

有源部分只承受很小的諧波電壓，有效降低有源部分的容量。

注入式并聯(lián)有源電力濾波器的復(fù)合控制部分，采用復(fù)合電流的模糊pi控制技術(shù)。

?抑制不對(duì)稱負(fù)荷動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償時(shí)向電網(wǎng)注入的諧波含量

南京理工大學(xué):?計(jì)及諧波抑制的不對(duì)稱負(fù)荷動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方法?

"晶閘管相控電抗器（tcr）配合電力電容器，可以校正功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，還可以補(bǔ)償三相負(fù)荷的不平衡"。

"在不對(duì)稱程度較為嚴(yán)重的場(chǎng)合，對(duì)tcr的分相控制會(huì)使tcr向電網(wǎng)注入包括3次諧波在內(nèi)的高次諧波"。

基波電壓與高次諧波電流均產(chǎn)生無(wú)功功率。根據(jù)功率平衡理論，無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)使無(wú)功矩陣中各項(xiàng)元素為0。在實(shí)際控制應(yīng)用中，采用（可調(diào)）加權(quán)對(duì)角陣進(jìn)行計(jì)算。

"采用改進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償策略，能有效降低在負(fù)荷嚴(yán)重不對(duì)稱情況下tcr向電網(wǎng)注入的諧波成分 。在電網(wǎng)中諧波成分較大時(shí) ，還能綜合考慮諧波因素和無(wú)功補(bǔ)償?shù)男阅苤笜?biāo)，給出較為合理的觸發(fā)角控制tcr，明顯減少母線上含有的電流諧波成分。從理論上可以考慮任意次諧波成分"。

?超級(jí)智能開關(guān)（南京捷泰電力設(shè)備公司）

該新產(chǎn)品"集測(cè)量，保護(hù)，控制，故障錄波，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，配變監(jiān)測(cè) ，負(fù)荷管理和通信功能于一體。產(chǎn)品功能國(guó)際領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)外無(wú)同類產(chǎn)品"。

該新產(chǎn)品"采用插拔式結(jié)構(gòu)，"三段式保護(hù)功能"，"測(cè)量與保護(hù)一體化電流互感器"，"通過(guò)校驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行計(jì)量校驗(yàn)的斷路器"。

該新產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo):

額定電壓:ac,400v

額定電流:250a
,400a,630a

額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?42.5ka。

說(shuō)明:本文以上敘述配電臺(tái)區(qū)智能（高級(jí)）終端第1 項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用功能的前期設(shè)計(jì)技術(shù)，還有3項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用功能:"在現(xiàn)場(chǎng)自主進(jìn)行緊急事件處理","多路徑優(yōu)化搜索" ,"實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與用戶互動(dòng)，即具有多通信方式網(wǎng)關(guān)功能"的前期設(shè)計(jì)技術(shù),將由本文作者另撰寫專題文章發(fā)布。

聲明

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