基于LS-SVM的低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)線損預(yù)測(cè)方法研究

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)；低壓臺(tái)區(qū)；線損；配電網(wǎng)

引言

線損管理是一項(xiàng)對(duì)電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行有效控制，并能夠提高企業(yè)效益的一項(xiàng)重要舉措，此外，它也是評(píng)估電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在目前的情況下，低壓臺(tái)區(qū)的節(jié)能進(jìn)步和規(guī)劃評(píng)估都需要借助理論線損作為指引。因此，精確測(cè)定低壓臺(tái)區(qū)的理論線損，并以此為基礎(chǔ)，深入分析各種因素對(duì)它的影響，始終是減少臺(tái)區(qū)能耗的突破口。目前，我國(guó)低壓配電站地區(qū)多為三相四線制，因用電客戶在時(shí)間和空間上的不同，造成了三相不均衡現(xiàn)象線路損耗比均衡狀態(tài)下有很大幅度地提高，另一方面，因?yàn)橹行跃€電流的存在，臺(tái)區(qū)的線路損耗也隨之增加。所以對(duì)低壓臺(tái)區(qū)線損的進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，對(duì)臺(tái)區(qū)進(jìn)行節(jié)能、降損管理，提高臺(tái)區(qū)的經(jīng)濟(jì)效率，響應(yīng)我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

有研究學(xué)者提出了一種新的臺(tái)區(qū)線損預(yù)測(cè)方法，該方法結(jié)合了長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)與改進(jìn)的自編碼器，特別考慮了峰谷時(shí)段的負(fù)荷變化特征，采用經(jīng)過優(yōu)化的層次聚類算法對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理。再利用長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)對(duì)自編碼器進(jìn)行改進(jìn)，通過模型訓(xùn)練，可以有效地預(yù)測(cè)臺(tái)區(qū)的線損情況。還有研究學(xué)者基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)某地區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)線損預(yù)測(cè)方法展開設(shè)計(jì)。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)去噪、特征提取，然后對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，訓(xùn)練模型，完成配電網(wǎng)絡(luò)線損預(yù)測(cè)。雖然上述兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)線損預(yù)測(cè)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際線損結(jié)果存在較大誤差，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較低。

為解決上述方法不足，本文現(xiàn)提出基于LS-SVM的低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)線損預(yù)測(cè)方法研究。

一、基于LS-SVM的低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)線損預(yù)測(cè)方法

（一）基于LS-SVM提取配電網(wǎng)線路數(shù)據(jù)

低壓臺(tái)區(qū)的總電力損失包括各種低壓配電線的損失，進(jìn)戶線的損失，電機(jī)的損失，以及電表的損失，但是因?yàn)檫M(jìn)戶線和電機(jī)通常都是安裝在電表后的電器，所以，在低壓配電線路的損失中，通常不包括電機(jī)的損失和進(jìn)戶線的損失。SVM算法采用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則，以此來增強(qiáng)其廣泛適用性，尤其在處理非線性、高維度等復(fù)雜問題時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異。而LS-SVM作為SVM的進(jìn)階版，通過選用不同的損失函數(shù)，成功地將SVM原本需要解決的二次優(yōu)化問題簡(jiǎn)化為一維線性方程組，這樣的改進(jìn)顯著提升了算法的收斂速度和運(yùn)算效率。

要使線損的理論計(jì)算更具代表性，測(cè)量日應(yīng)選擇一個(gè)典型的工作日，即代表正常工作負(fù)荷和用電情況的日子。這樣可以更準(zhǔn)確地反映臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)在正常運(yùn)行條件下的線損情況。不同季節(jié)的用電負(fù)荷和工作模式可能會(huì)有差異，因此需要考慮選擇與預(yù)測(cè)時(shí)段相近的季節(jié)進(jìn)行測(cè)量。并且應(yīng)盡量避開電力需求峰值期、重要節(jié)假日等時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量，以便剔除特殊負(fù)載事件對(duì)線損計(jì)算的干擾。與此同時(shí)，測(cè)量日的用電數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確可靠，可以通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置、智能電表等設(shè)備來獲取精確的用電量和功率因數(shù)數(shù)據(jù)，應(yīng)確保測(cè)量設(shè)備的精度和可靠性，以避免測(cè)量誤差對(duì)線損計(jì)算結(jié)果的影響。在測(cè)量之前，要對(duì)測(cè)量表計(jì)主要是電流互感器、電流表、電壓互感器、電能表等進(jìn)行校驗(yàn)，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

為提取低壓臺(tái)區(qū)的配電網(wǎng)各段線路的線損數(shù)值，各段的損耗的電量的計(jì)算公式如下：

公式中：I代表負(fù)荷電流，L代表該線路的長(zhǎng)度，單位為km，t表示計(jì)算時(shí)間，W代表用電度數(shù)，單位kW·h，It代表降流比，rd代表等值電阻，Kr代表溫度修正系數(shù)，△al代表導(dǎo)線的損耗。

我國(guó)低壓臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)管理較為落后，缺乏基本的線路資料，因此目前繪制的低壓臺(tái)區(qū)線路結(jié)構(gòu)圖比較粗糙，多數(shù)僅包含主干線和支干線，對(duì)接戶線的描繪有所疏漏。另外，低壓臺(tái)區(qū)的接戶線種類繁多，線路長(zhǎng)度長(zhǎng)，并且低壓臺(tái)區(qū)的實(shí)際線路構(gòu)造比較復(fù)雜，難以按照劃分的區(qū)域來簡(jiǎn)化計(jì)算。即使采用等阻抗方法進(jìn)行理論損耗計(jì)算，但受到劃分的線段和節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多的影響，計(jì)算難度依舊較大。因此，本文選擇基于LS-SVM算法進(jìn)行線損的預(yù)測(cè)。

（二）確定低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)的物理量

LS-SVM算法的線損計(jì)算預(yù)測(cè)的基本思路：首先，要確定低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)的物理量，假定低壓臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)的前端存在一個(gè)等值的線路電阻，在變電臺(tái)區(qū)中，當(dāng)通過該導(dǎo)線的總電流引起的損失，與變壓器后端臺(tái)區(qū)各線路分段的電流經(jīng)過對(duì)應(yīng)的分段電阻所引起的線損之和相關(guān)時(shí)，二者呈正比關(guān)系。其理論線損的計(jì)算模型的表達(dá)公式如下：

△z=n（kipj）2Weqt×10-3（2）

公式中：ipj代表該低壓線路的等值電阻，n表示配電變壓器低壓出口的電量結(jié)構(gòu)系數(shù)，Weq代表線路首端的平均電流，k表示線路首端的負(fù)荷形狀系數(shù)。

低壓臺(tái)區(qū)的配網(wǎng)線路的理論線損計(jì)算預(yù)測(cè)，涉及許多重要的線路結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。隨著項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，需要選擇一個(gè)低壓臺(tái)區(qū)并進(jìn)行線路的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪。選擇多個(gè)具有代表性的天數(shù)，收集并確定該低壓臺(tái)區(qū)物理量，其中包括：功率、三相電流、電流因數(shù)等數(shù)據(jù)。

首先，三相電流的大小與負(fù)荷的谷峰有關(guān)，隨著負(fù)荷的劇烈變化，均流也隨之增大。其次，由于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)本身的靈敏度，且受到網(wǎng)絡(luò)、天氣等因素的影響，一些遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無法及時(shí)地對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行更新，從而造成測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值之間的偏差。最后，三相電流數(shù)值屬于一個(gè)持續(xù)變化的變量，如果想要比較精確地獲得三相電流的平均值，就需要提高對(duì)采集數(shù)據(jù)的要求。在通常情況下，對(duì)于配電網(wǎng)線損的計(jì)算，每小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)的頻率通常與負(fù)載隨時(shí)間的波動(dòng)無關(guān)。這是因?yàn)榫€損的計(jì)算主要考慮的是平均負(fù)載水平和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素，并不需要精確到每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的具體負(fù)載情況。因此，通過對(duì)每小時(shí)記錄一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可以得到較為精確的結(jié)果。

（三）配網(wǎng)線損計(jì)算量的預(yù)測(cè)

通過對(duì)具有代表性的臺(tái)區(qū)進(jìn)行理論上的計(jì)算，我們能夠洞察其他臺(tái)區(qū)的線損情況，進(jìn)而對(duì)低壓臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)的線損形成基礎(chǔ)性的理解。利用前面章節(jié)提到的線損計(jì)算模型，我們可以先計(jì)算出一個(gè)具有代表性的低壓臺(tái)區(qū)的損耗電量和損耗率。然后，基于這些數(shù)據(jù)，我們可以進(jìn)一步得出各個(gè)低壓臺(tái)區(qū)的平均損耗率。接下來，我們將每個(gè)待計(jì)算的低壓臺(tái)區(qū)根據(jù)其配電變壓器的容量進(jìn)行分類。最后，通過將每組配電變壓器的月度總用電量與該組中具有代表性的臺(tái)區(qū)的平均損失相乘，我們就可以得到該組合區(qū)的損失值。這個(gè)過程可以用以下的數(shù)學(xué)公式來表示：

△Zi=（△zi（n）/H）×100%（3）

公式中：Zi代表第i臺(tái)配電變壓器的低壓側(cè)月供電量，n表示配電變壓器按容量劃分出的組數(shù)，H表示輸送電量。

將每組臺(tái)區(qū)的損失電量相加之后，即為低壓臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)的總損失電量，其計(jì)算公式如下：

Z= △Z1i+ △Z2i+△Z3i+…+△Zmi（4）

公式中：m表示臺(tái)區(qū)總數(shù)。

該方法具有計(jì)算簡(jiǎn)便、所需參數(shù)少、易于采集等優(yōu)點(diǎn)，可在常規(guī)的工程計(jì)算中獲得高精度的結(jié)果，能夠與低壓配電系統(tǒng)的實(shí)際狀況相符，滿足了實(shí)際電力工程中的計(jì)算需求。

二、實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

為證明本文提出的基于LS-SVM的低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)線損預(yù)測(cè)方法的有效性，現(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，為了驗(yàn)證本文提出的臺(tái)區(qū)線損預(yù)測(cè)方法的正確性，我們將其與基于長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)自編碼器的臺(tái)區(qū)線損預(yù)測(cè)方法（稱為方法1）和基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的臺(tái)區(qū)線損預(yù)測(cè)方法（稱為方法2）進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)之前，我們進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備工作，以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。本次實(shí)驗(yàn)旨在檢驗(yàn)本文方法是否能滿足既定的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以及能否取得令人滿意的測(cè)試效果。

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)具體方法是在工作人員的共同努力下，同步記錄變壓器出口電量和遠(yuǎn)抄用電量數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)所用模型的變壓器的各項(xiàng)詳細(xì)數(shù)據(jù)如下表1所示。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將基于LS-SVM的低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)線損預(yù)測(cè)方法與其余兩種傳統(tǒng)方法帶入實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，將實(shí)驗(yàn)設(shè)定的線損值與三種方法測(cè)試出的線損值進(jìn)行對(duì)比。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表2所示。

由上表數(shù)據(jù)可以看出，本文方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)定之間存在少許誤差，但在合理范圍之內(nèi)，其最大線損誤差值為0.592%，而方法1相比與本文方法誤差值多出了3.435%，方法2相比本文方法誤差值多出了6.706%，本文方法的預(yù)測(cè)誤差值較低，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較好，由此可以證明本文方法的有效性及真實(shí)性，能夠更加真實(shí)地預(yù)測(cè)出實(shí)際低壓臺(tái)區(qū)的線損數(shù)據(jù)。

結(jié)語

在電力系統(tǒng)中，線損是一個(gè)很重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著我國(guó)電力體制改革的不斷深入，降低電網(wǎng)損耗、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益已成為電力企業(yè)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。為了配電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我們需要對(duì)配電網(wǎng)的理論線損及其在網(wǎng)絡(luò)中的分布進(jìn)行精確計(jì)算，以便提供更可靠的依據(jù)。實(shí)踐證明，對(duì)低壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)進(jìn)行必要的無功補(bǔ)償是企業(yè)節(jié)能降耗的重要方法，該方法具有良好的節(jié)能效果。