面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃模型研究

劉文娟，于冰濤

1.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京 100001

2.天津天智華研電力技術(shù)集團(tuán)股份有限公司，天津 300001

0 引言

近年來，以5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)等為代表的“新基建”正改變著社會治理、生產(chǎn)制造、民眾生活等各個方面。2020年伊始至今，“新基建”更是站上“風(fēng)口”，成為經(jīng)濟(jì)熱詞。向云“遷徙”，實現(xiàn)零售轉(zhuǎn)型；數(shù)字“賦能”，提升制造效率；精細(xì)飼養(yǎng)，確保農(nóng)牧質(zhì)量；智慧管理，破解“大城市病”等，給“新基建”帶來了前所未有的機(jī)遇?！靶禄ā辈⒎呛唵沃赶騻€別企業(yè)、行業(yè)，而是廣泛面向經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)生動力和新動能[1]。

由“新基建”撬動的新規(guī)劃、新探索、新勢能正“多地開花”，構(gòu)成一幅全新的經(jīng)濟(jì)生態(tài)藍(lán)圖?！靶禄ā北尘跋氯斯ぶ悄軐⒂瓉硇乱惠喛焖侔l(fā)展，研究重心也由感知智能過渡到認(rèn)知智能領(lǐng)域，知識圖譜作為認(rèn)知智能的底層支撐發(fā)揮著越來越重要的作用，為政府和企業(yè)提供了有效的輔助決策支撐[2]。“互聯(lián)網(wǎng)+”代表一種新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，是指依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合，以優(yōu)化生產(chǎn)要素、更新業(yè)務(wù)體系、重構(gòu)商業(yè)模式等途徑來完成經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和升級，在“新基建”應(yīng)用場景中發(fā)揮了重要作用?！笆奈濉币?guī)劃實施以來，對配電網(wǎng)的建設(shè)提出了更高的要求，智能配電網(wǎng)將得到更加快速的發(fā)展，加上“新基建”的發(fā)展，對于城市配電網(wǎng)的需求也越來越大。因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展下，面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃變得極為重要。

1 面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃節(jié)點部署

為了實現(xiàn)面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)的精準(zhǔn)規(guī)劃，構(gòu)建城市配電網(wǎng)的節(jié)點優(yōu)化部署模型，并結(jié)合路徑尋優(yōu)方法進(jìn)行城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的最優(yōu)路徑配置。

用5元組G=(V,E,W,C,M)為主動配電網(wǎng)任一個工作階段，其中V、E、W、C、M為該階段的5個組成單元，可以得到城市配電網(wǎng)的空間節(jié)點分布模型Sg的表達(dá)式[3]：

式中：i為空間中橫坐標(biāo)的編號；Si為主動配電網(wǎng)的關(guān)聯(lián)節(jié)點；r為主動配電網(wǎng)的空間節(jié)點數(shù)量。

根據(jù)上述城市配電網(wǎng)的空間節(jié)點分布模型，得到城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的節(jié)點適應(yīng)度：

式中：E(x-elec)(l)、E(x-amp)(l,d)分別為電網(wǎng)規(guī)劃節(jié)點適應(yīng)度的應(yīng)用函數(shù)與約束函數(shù)；Ex(l,d)為電網(wǎng)靈活規(guī)劃的節(jié)點適應(yīng)度。

通過模糊度檢測，得到城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃處理機(jī)的功率負(fù)載：

式中：Bij為城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃處理機(jī)的功率負(fù)載；Pn為功率負(fù)載特性指標(biāo)；φj為電網(wǎng)規(guī)劃處理機(jī)的損耗；xij代表多直流饋入的參數(shù)融合空間；n代表配電網(wǎng)規(guī)劃的空間區(qū)域。

根據(jù)上述分析，結(jié)合稀疏篩選控制方法，得到城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃節(jié)點部署模型的F'表達(dá)式：

式中：j為空間中節(jié)點縱坐標(biāo)的編號；T為對應(yīng)的函數(shù)矩陣；N為顯著誤差分布集；U為城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的信息特征量。

通過融合度特征檢測的方法，進(jìn)行城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的自適應(yīng)控制，得到節(jié)點部署的輸出負(fù)載：

式中：L為節(jié)點部署的輸出負(fù)載；rk為城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃區(qū)域數(shù)。

根據(jù)構(gòu)建面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃節(jié)點部署模型，對各組局部特征量進(jìn)行量化處理，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合輸出功耗的自適應(yīng)分配方法進(jìn)行節(jié)點部署。結(jié)合路徑尋優(yōu)方法進(jìn)行城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的最優(yōu)路徑配置，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”將之間的信息聯(lián)絡(luò)在一起，從而提高面向“新基建”應(yīng)用場景的配電網(wǎng)的規(guī)劃能力。

2 面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃參數(shù)解析模型構(gòu)建

通過多維空間參數(shù)辨識的方法，引入“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，進(jìn)行面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃過程中的尋優(yōu)控制，得到城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃參數(shù)解析模型D的表達(dá)式：

式中：n為配電網(wǎng)規(guī)劃的空間區(qū)域；ωk為主動配電網(wǎng)空間節(jié)點配置的任務(wù)集；Oij為任務(wù)集融合空間。

結(jié)合物理參數(shù)尋優(yōu)控制的方法[4]，劃分城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的空間區(qū)域，將其分成{n1,n2,...,ne}個等分的網(wǎng)格，其中e為城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的網(wǎng)格數(shù)目。

設(shè)模擬退火算法的最優(yōu)解析特征量為kS，且最優(yōu)解析特征量的整數(shù)部分為α，則城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的自回歸參數(shù)滿足：

結(jié)合空間映射和模糊度解析控制的方法[5]，得到城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的優(yōu)化子空間分布概率值pi：

式中：fi tn、fi ti為城市配電網(wǎng)分布節(jié)點n、i的適應(yīng)值；S為最佳解的數(shù)量。

通過參數(shù)擬合控制和空間參數(shù)辨識，進(jìn)行城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的自適應(yīng)迭代，得到參數(shù)解析模型Vij的表達(dá)式：

式中：φij為電網(wǎng)的交流頻率。

根據(jù)上述分析，為了實現(xiàn)面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃節(jié)點部署，需要構(gòu)建城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的參數(shù)解析模型，并通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)將數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，實現(xiàn)城市配電網(wǎng)的多維空間參數(shù)辨識，以及面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃過程中的尋優(yōu)控制。

3 仿真實驗與結(jié)果分析

通過仿真實驗，驗證文章設(shè)計方法在面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃中的應(yīng)用性能。假設(shè)某城市某區(qū)域的配電網(wǎng)區(qū)域分布的維數(shù)為13個，節(jié)點個數(shù)為200個，最大過渡電阻為500 ，特征采樣的時間間隔為1 s，城市配電網(wǎng)傳輸信道對應(yīng)時間差為43 μs。

3.1 參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，采用文章設(shè)計的模型與基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的模型[6]、基于功率譜密度估計的模型[7]，進(jìn)行實現(xiàn)面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)的參數(shù)尋優(yōu)和規(guī)劃。得到三種方法的參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果，如表1所示。

從表1可以看出，文章設(shè)計的模型的尋優(yōu)結(jié)果輸出精度始終保持較高水平，精度平均值達(dá)到0.957 7，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的模型與基于功率譜密度估計的模型的精度平均值分別為0.761 9與0.693 6。分析其原因，在于文章模型考慮了城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的節(jié)點部署，并且引入了“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，數(shù)據(jù)的傳輸更快、更準(zhǔn)，從而使得城市配電網(wǎng)參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果精度更高。

表1 城市配電網(wǎng)參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果比較

3.2 數(shù)值擬合結(jié)果

對面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃進(jìn)行測試，測試配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)值模擬，結(jié)果如圖1所示。

圖1 數(shù)值擬合結(jié)果

分析圖1可知，文章設(shè)計的模型進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)值擬合性較好，擬合精度始終高于兩種對比模型。主要是由于文章設(shè)計的模型充分考慮了城市配電網(wǎng)的空間節(jié)點分布，并且引入“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，數(shù)據(jù)處理的速度更快，精度更高，從而使得配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)值擬合有效精度更高。

3.3 收斂性結(jié)果

對面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果進(jìn)行城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的收斂性測試，得到的收斂誤差曲線如圖2所示。

圖2 收斂性測試結(jié)果

分析圖2得知，文章設(shè)計的模型進(jìn)行面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃的收斂性較好，能夠在較短時間內(nèi)將誤差降至最低；其他兩種方法雖然也能夠快速收斂誤差，但是收斂后的誤差仍然較高。主要是由于文章設(shè)計的模型構(gòu)建了城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃參數(shù)解析模型，而且引入了“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，規(guī)劃過程中各個數(shù)據(jù)之間的傳輸、識別更快、更準(zhǔn)，從而減少了誤差的出現(xiàn)。

4 總結(jié)

隨著“新基建”應(yīng)用場景的發(fā)展，對城市配電網(wǎng)提出了更高的要求，文章通過構(gòu)建城市配電網(wǎng)的路徑尋優(yōu)和節(jié)點優(yōu)化部署模型，引入“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，實現(xiàn)了城市配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計，提高了面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)的多維空間規(guī)劃和尋優(yōu)控制能力。分析得知，文章設(shè)計的面向“新基建”應(yīng)用場景的城市配電網(wǎng)靈活規(guī)劃模型的尋優(yōu)結(jié)果輸出精度高，收斂性較好，對于推動城市配電網(wǎng)和“新基建”項目的發(fā)展具有重要作用。