一种基于智能电网的配电方法及装置

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种基于智能电网的配电方法及装置。

背景技术

近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力事业迅速发展，用户对电能质量和供电经济性的要求越来越高。配电网作为发输配电的最后一级直接面向用户，其供电质量和供电的经济性对电网和用户有重要的意义。近年来，分布式电源、柔性负荷、储能装置，大规模接入配电网，与传统的配电网不同，主动配电网可以对配电网接入的分布式电源、柔性负荷、储能装置等进行灵活调度和智能控制，以便于加深配电网的智能化程度，实现配电网的高效、经济运行。

但是，随着分布式发电渗透率的不断提高，导致配电网结构复杂化，调度运行难度加大，不仅影响到配电网的经济运行，而且也降低了配电网供电的可靠性和电力系统综合效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于智能电网的配电方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请提供了一种基于智能电网的配电方法，包括：

获取智能电网拓扑图和储能电网信息，所述智能电网拓扑图中的每个主干线对应由多个不同节点信息顺序连接而成，每个所述节点信息至少包括电压、电流、第一功率、相角差和第一时间；所述储能电网信息至少包括储能系统接入位置、储能容量、第二功率和第二时间；

基于所述智能电网拓扑图中的所述节点信息构建电网安全性指标；

基于所述网安全性指标、所有的所述节点信息和所述储能电网信息分别构建配电网有功网损失值和第一约束条件；

基于所述储能电网信息，分别构建储能容量值和第二约束条件；

基于所述第一约束条件和所述第二约束条件，利用MOPSO算法求解所述电网安全性指标、所述配电网有功网损失值和所述储能容量值的最小值，得到智能电网的优化调度配电方案。

本申请提供了一种基于智能电网的配电装置，包括获取模块、构建模块、安全指标模块、储能接入模块和优化模块，其中：

获取模块：用于获取智能电网拓扑图和储能电网信息，所述智能电网拓扑图中的每个主干线对应由多个不同节点信息顺序连接而成，每个所述节点信息至少包括电压、电流、第一功率、相角差和第一时间；所述储能电网信息至少包括储能系统接入位置、储能容量、第二功率和第二时间；

构建模块：用于基于所述智能电网拓扑图中的所述节点信息构建电网安全性指标；

安全指标模块：用于基于所述网安全性指标、所有的所述节点信息和所述储能电网信息分别构建配电网有功网损失值和第一约束条件；

储能接入模块：用于基于所述储能电网信息，分别构建储能容量值和第二约束条件；

优化模块：用于基于所述第一约束条件和所述第二约束条件，利用MOPSO算法求解所述电网安全性指标、所述配电网有功网损失值和所述储能容量值的最小值，得到智能电网的优化调度配电方案。

本发明的有益效果为：

本发明中，在保证电网运行安全性(即电压的稳定性和抗风险能力)的前提下接入储能，以电网安全性指标、配电网有功网损失值、储能额定容量最小为目标，在约束条件的限制下，采用MOPSO算法对储能系统的容量及位置进行优化，同时优化储能的最佳运行策略，得到智能电网的优化调度配电方案。该优化调度配电方案不仅能提升电网运行安全性、降低系统网损、减少储能配置成本，还能提高电能质量和电力系统综合效率。

其次，在MOPSO算法中引入了动态分裂算子，以解决最终求解为局部最优的问题，在迭代过程中自适应分裂过渡聚集的粒子群来增强种群的多样性，使算法初期全局寻优能力强并在后期逐步增强局部寻优性能，增强了算法收敛性能。

再者，对获取数据进行预处理的步骤中，利用时间因子进行离散化处理，得到的离散数据较对应的原始数据更为精准，然后对离散数据进行异常值删除、填充等处理，在确保数据完整性的同时，也避免数据缺陷对后期结果造成干扰，提高数据运算速率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本实施例中基于智能电网的配电方法的框图；

图2为本实施例中基于智能电网的配电装置的框图；

图3为本实施例中基于智能电网的配电设备结构示意图。

图中：710-获取模块；720-预处理模块；721-分割单元；722-离散单元；723-填充单元；7231-第三计算单元；7232-删除单元；7233-补充单元；724-检索单元；725-处理单元；730-构建模块；731-归一化单元；732-第一计算单元；733-第二计算单元；734-第三计算单元；740-安全指标模块；750-储能接入模块；760-优化模块；761-优化单元；762-初始化单元；763-循环单元；764-判断单元；800-基于智能电网的配电设备；801-处理器；802-存储器；803-多媒体组件；804-I/O接口；805-通信组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域图像普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

本实施例提供了一种基于智能电网的配电方法，参见图1，图中示出了本方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4和步骤S5。

步骤S1、获取智能电网拓扑图和储能电网信息，所述智能电网拓扑图中的每个主干线对应由多个不同节点信息顺序连接而成，每个所述节点信息至少包括电压、电流、第一功率、相角差和第一时间；所述储能电网信息至少包括储能系统接入位置、储能容量、第二功率和第二时间。

上述信息获取后进行预处理，预处理的方法包括步骤S11、步骤S12、步骤S13、步骤S14和步骤S15。

步骤S11、基于每个所述节点中每种类型数据利用标准时间间隔进行分割，构成时间序列向量。

可以理解的是，在本步骤中，根据实际情况选择标准时间间隔对每种不同类型的如电压(或者电流、第一功率、相角差任一种)数据分别进行分割，基于时间先后顺序在分割点处采集对应电压数据构成时间序列向量，如电压数据对应的时间序列向量为x＝{x

步骤S12、基于所述时间序列向量通过时间因子进行变化，得到离散信息。

可以理解的是，在本步骤中，引入时间尺度因子根据公式(1)对时间序列向量进行离散化处理，达到可自由选择不同时间间隔长度下的标准时间序列向量，提高获取离散信息的精准度的同时，大幅度提升了数据处理效率。

其中：

步骤S13、基于所述离散信息进行异常值剔除和填充处理，得到有效数据。

可以理解的是，在本步骤中，由于众多不确定性因素导致如监测设备掉线、传感器失灵、网络传输中断、更换监测设备等原因，导致监测时间序列数据存在着不同程度的缺失数据或出现异常值，进而影响到监测数据的完整性以及监测对象评估的准确性。对每种类型数据对应的离散信息进行的异常值剔除，以防止这些非正常监测数据对后续时序数据预测的干扰，然后对剔除异常值后缺失的数据进行填充，以确保数据的完整性和可靠性。

详细地，有效数据的获取方法包括步骤S131、步骤S132和步骤S133。

步骤S131、计算剔除条件：基于每个所述节点对应的至少十个连续时间段中同一种类型的所述离散信息进行计算，分别得到平均值和标准差值；并基于所述平均值和所述标准差值计算，得到剔除条件。

可以理解的是，在本步骤中，根据每种类型离散信息中截取至少十个连续时间段的数据，分别计算该时间段内所有数据的平均值和标准差值，并根据平均数和标准差值利用拉依达法则得到剔除条件如公式(2)所示：

|X

其中：X

步骤S132、基于所述剔除条件对所述离散信息进行剔除，得到剔除后的所述离散信息。

可以理解的是，在本步骤中，超过上述剔除条件范围外的离散数据则为异常数据，对其进行标记然后剔除，得到剔除后的所述离散信息。

步骤S133、基于剔除后的所述离散信息判断是否服从正态分布，若不服从正态分布则根据剔除后的所述离散信息重新返回计算剔除条件的步骤，直至剔除后的所述离散信息服从正态分布后，基于剔除后的所述离散信息进行填充得到有效数据。

可以理解的是，在本步骤中，根据剔除后的离散信息判断留下的数据是否服从正态分布，若不服从则根据保留的离散信息重新计算剔除条件，并根据更新后的剔除条件进行剔除，直至剔除后的离散信息服从正态分布，然后基于缺失数据利用拉格朗日插值、均值进行填充，得到完整的有效数据。

步骤S14、基于所述有效数据对应的所述主干线找到最大值和最小值。

步骤S15、基于所述最大值、所述最小值和所述有效数据进行最大最小归一化处理，得到预处理后的数据。

步骤S2、基于所述智能电网拓扑图中的所述节点信息构建电网安全性指标。

可以理解的是，在本步骤中，从每个节点的运行状态信息为基础构建电网安全性指标来衡量节点电压的稳定性和抗风险能力，以提高供电电能质量。

详细地，上述电网安全性指标的构建方法包括步骤S21、步骤S22、步骤S23和步骤S24。

步骤S21、基于每个所述节点对应的所述电压、所述第一时间和预设最大电压偏移量计算，得到每个所述节点对应的风险值并做归一化处理。

可以理解的是，在本步骤中，根据公式(3)计算归一化处理后的风险值：

其中：v(t,i)为t时刻配电网中任一节点i的风险值；U

步骤S22、基于归一化处理后的所有的所述风险值计算平均值，得到平均风险值。

步骤S23、基于归一化处理后的所有的所述风险值利用均衡指数法进行计算，得到风险均衡度。

可以理解的是，在本步骤中，根据公式(4)计算风险均衡度：

其中：y(t)为t时刻的风险均衡度，范围为0-1，越小越绝对均衡；N为t时刻所有节点总数；

步骤S24、基于所述平均风险值和所述风险均衡度计算，得到电网安全性指标。

可以理解的是，在本步骤中，根据公式(5)计算电网安全性指标：

其中：G为电网安全性指标，其范围为0-1，值越小供电越安全；H为衡量时间间隔；y(t)为t时刻的风险均衡度；

步骤S3、基于所述网安全性指标、所有的所述节点信息和所述储能电网信息分别构建配电网有功网损失值和第一约束条件。

可以理解的是，在本步骤中，根据公式(6-1)计算配电网有功网损失值，根据公式(6-2)计算第一约束条件：

其中：B为配电网有功网损失值；H为衡量时间间隔；L为配电网的所有支路；D

步骤S4、基于所述储能电网信息，分别构建储能容量值和第二约束条件。

可以理解的是，在本步骤中，根据公式(7-1)计算储能容量值，根据公式(7-2)计算第二约束条件：

其中：

步骤S5、基于所述第一约束条件和所述第二约束条件，利用MOPSO算法求解所述电网安全性指标、所述配电网有功网损失值和所述储能容量值的最小值，得到智能电网的优化调度配电方案。

可以理解的是，在本步骤中，在保证电网运行安全性(即电压的稳定性和抗风险能力)的前提下接入储能，以电网安全性指标、配电网有功网损失值、储能额定容量最小为目标，在约束条件的限制下，采用MOPSO算法对储能系统的容量及位置进行优化，同时优化储能的最佳运行策略，得到智能电网的优化调度配电方案。该优化调度配电方案不仅能提升电网运行安全性、降低系统网损、减少储能配置成本，还能提高电能质量和电力系统综合效率。

详细地，上述智能电网的优化调度配电方案的获得方法包括步骤S51、步骤S52、步骤S53和步骤S54。

步骤S51、以所述第一约束条件和所述第二约束条件为约束条件，以所述电网安全性指标、所述配电网有功网损失值和所述储能容量值的最小值为目标函数，构建优化模型。

步骤S52、基于所述优化模型设定MOPSO算法的相关参数，对储能位置容量、功率进行编码，产生初始种群，并令迭代次数初始值为1；所述相关参数至少包括种群规模、迭代次数和粒子维度。

可以理解的是，在本步骤中，根据公式(7-2)中储能充放电功率的约束及其在网络中的位置约束随机生成一天内的充放电功率构成及其位置信息等等，产生初始种群。

步骤S53、循环迭代：基于所述初始种群通过潮流计算得到每个所述粒子对应的目标函数值，根据粒子支配关系确定各粒子对应的历史最优和全局最优，并对所述迭代次数进行加一操作得到更新后的所述迭代次数。

可以理解的是，在本步骤中，根据初始种群对应的相关参数根据优化模型进行计算当前的最小目标函数值，并根据粒子支配关系确定各粒子对应的历史最优和全局最优，并对迭代次数进行更新。

步骤S54、判断更新后的所述迭代次数是否达到预设最大次数，若未达到所述预设最大次数则根据所述粒子的历史最优和全局最优判断是否满足预设分裂条件，若满足预设分裂条件则进行粒子的位置和速度更新，然后基于更新后的所述粒子返回所述循环迭代步骤，直至更新后的所述迭代次数达到预设最大次数，则输出储能最佳位置、容量和充放电功率曲线。

可以理解的是，在本步骤中，当迭代次数小于预设最大次数时，则根据公式(8)计算预设分裂条件，根据公式(9)更新粒子的位置和速度：

其中：S

实施例2：

请参照图2，图2所示为本实施例的基于智能电网的配电装置，基于智能电网的配电装置包括获取模块710、构建模块730、安全指标模块740、储能接入模块750和优化模块760，其中：

获取模块710：用于获取智能电网拓扑图和储能电网信息，所述智能电网拓扑图中的每个主干线对应由多个不同节点信息顺序连接而成，每个所述节点信息至少包括电压、电流、第一功率、相角差和第一时间；所述储能电网信息至少包括储能系统接入位置、储能容量、第二功率和第二时间。

进一步地，基于智能电网的配电装置还包括预处理模块720，所述预处理模块720包括分割单元721、离散单元722、填充单元723、检索单元724和处理单元725，其中：

分割单元721：用于基于每个所述节点中每种类型数据利用标准时间间隔进行分割，构成时间序列向量；

离散单元722：用于基于所述时间序列向量通过时间因子进行变化，得到离散信息；

填充单元723：用于基于所述离散信息进行异常值剔除和填充处理，得到有效数据；

进一步地，上述填充单元723包括第三计算单元7231、删除单元7232和补充单元7233，其中：

第三计算单元7231：用于计算剔除条件：基于每个所述节点对应的至少十个连续时间段中同一种类型的所述离散信息进行计算，分别得到平均值和标准差值；并基于所述平均值和所述标准差值计算，得到剔除条件；

删除单元7232：用于基于所述剔除条件对所述离散信息进行剔除，得到剔除后的所述离散信息；

补充单元7233：用于基于剔除后的所述离散信息判断是否服从正态分布，若不服从正态分布则根据剔除后的所述离散信息重新返回计算剔除条件的步骤，直至剔除后的所述离散信息服从正态分布后，基于剔除后的所述离散信息进行填充得到有效数据。

检索单元724：用于基于所述有效数据对应的所述主干线找到最大值和最小值；

处理单元725：用于基于所述最大值、所述最小值和所述有效数据进行最大最小归一化处理，得到预处理后的数据。

构建模块730：用于基于所述智能电网拓扑图中的所述节点信息构建电网安全性指标。

优选地，上述构建模块730包括归一化单元731、第一计算单元732、第二计算单元733和第三计算单元7231，其中：

归一化单元731：用于基于每个所述节点对应的所述电压、所述第一时间和预设最大电压偏移量计算，得到每个所述节点对应的风险值并做归一化处理；

第一计算单元732：用于基于归一化处理后的所有的所述风险值计算平均值，得到平均风险值；

第二计算单元733：用于基于归一化处理后的所有的所述风险值利用均衡指数法进行计算，得到风险均衡度；

第三计算单元7231：用于基于所述平均风险值和所述风险均衡度计算，得到电网安全性指标。

安全指标模块740：用于基于所述网安全性指标、所有的所述节点信息和所述储能电网信息分别构建配电网有功网损失值和第一约束条件。

储能接入模块750：用于基于所述储能电网信息，分别构建储能容量值和第二约束条件。

优化模块760：用于基于所述第一约束条件和所述第二约束条件，利用MOPSO算法求解所述电网安全性指标、所述配电网有功网损失值和所述储能容量值的最小值，得到智能电网的优化调度配电方案。

优选地，上述优化模块760包括优化单元761、初始化单元762、循环单元763和判断单元764，其中：

优化单元761：用于以所述第一约束条件和所述第二约束条件为约束条件，以所述电网安全性指标、所述配电网有功网损失值和所述储能容量值的最小值为目标函数，构建优化模型；

初始化单元762：用于基于所述优化模型设定MOPSO算法的相关参数，对储能位置容量、功率进行编码，产生初始种群，并令迭代次数初始值为1；所述相关参数至少包括种群规模、迭代次数和粒子维度；

循环单元763：用于循环迭代：基于所述初始种群通过潮流计算得到每个所述粒子对应的目标函数值，根据粒子支配关系确定各粒子对应的历史最优和全局最优，并对所述迭代次数进行加一操作得到更新后的所述迭代次数；

判断单元764：用于判断更新后的所述迭代次数是否达到预设最大次数，若未达到所述预设最大次数则根据所述粒子的历史最优和全局最优判断是否满足预设分裂条件，若满足预设分裂条件则进行粒子的位置和速度更新，然后基于更新后的所述粒子返回所述循环迭代步骤，直至更新后的所述迭代次数达到预设最大次数，则输出储能最佳位置、容量和充放电功率曲线。

需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

实施例3：

相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了基于智能电网的配电设备，下文描述的基于智能电网的配电设备与上文描述的基于智能电网的配电方法可相互对应参照。

图3是根据示例性实施例示出的基于智能电网的配电设备800的框图。如图3所示，该基于智能电网的配电设备800可以包括：处理器801，存储器802。该基于智能电网的配电设备800还可以包括多媒体组件803，I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。

其中，处理器801用于控制该基于智能电网的配电设备800的整体操作，以完成上述的基于智能电网的配电方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该基于智能电网的配电设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该基于智能电网的配电设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该基于智能电网的配电设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(NearField Communication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。

在一示例性实施例中，基于智能电网的配电设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的基于智能电网的配电方法。

实施例4：

相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种存储介质，下文描述的一种存储介质与上文描述的基于智能电网的配电方法可相互对应参照。

一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的基于智能电网的配电方法的步骤。

该存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的存储介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。