城市配电网变电站配电变压器选址辅助决策

高振楠

(安徽邮电职业技术学院 通信工程系, 安徽 合肥 230031)

城市配电网是供电企业与电力用户联系的纽带。随着我国电力系统配电网设备的不断发展,在城乡电网建设和改造中,要求高压直接进入负荷中心,形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电方式[1-3]。其中变电站是电力系统中对电压和电流进行变换,接受电能及分配电能的场所。随着配电网规模的不断扩大,城市配电网变电站的安全稳定运行成为人们的关注热点,相关的城市配电网变电站配电变压器选址方法研究受到人们的关注[4-6]。苏宇等[7]建立了城市配电网有载调容配电变压器规划模型,采用分支定界法在有载调容配电变压器可更换点集合内求解该模型,得到电能替代下的城市配电网配电变压器最优规划方案。张姚等[8]根据变压器调控原理,综合考虑重构配电网的约束条件,构建变压器选址优化模型,并利用细菌觅食算法计算模型最优解,获得最终选址方案。陈垚煜等[9]基于柔性多状态开关设备进行配网变压器选址定容,构建了选址3层规划模型;运用模拟退火算法确定变压器的调控变量,利用粒子群算法确定变压器运行工况,并引入网损微增率与功率传输分布系数作为选址的辅助决策,降低了选址规划模型求解的复杂度。以上方法进行城市配电网变电站配电变压器选址的智能规划性较弱,特征匹配能力不强,对动态选址节点的定位性能较低[10-12]。

针对上述问题,本文提出了城市配电网变电站配电变压器选址辅助决策,辅助当前电网变电站变压器选址规划。构建城市配电网变电站配电变压器选址模型,结合对配电变压器选址虚拟视景图像分析,采用虚拟现实技术,进行城市配电网变电站配电变压器选址的三维视觉重构。分析城市配电网变电站配电变压器选址的视觉分布特征量,根据城市配电网变电站配电变压器选址的规模数进行特征优化求解。采用虚拟现实技术实现城市配电网变电站配电变压器选址视景信息融合处理,根据信息融合结果,实现城市配电网变电站配电变压器选址的空间区域规划和网格分块匹配,实现选址优化。仿真实验分析验证了本文方法在提高城市配电网变电站配电变压器选址可视化能力方面的优越性能。选址结果的虚拟现实仿真图线路分明,立体感较强,辅助增强了城市配电网变电站配电变压器选址规划能力。虚拟现实仿真结果匹配度和可靠性较高,辅助电网规划和变电站场站选址,从而提高规划审批的效率。

1 虚拟现实视景处理

1.1 虚拟视景图像三维场景分布

为了实现城市配电网变电站配电变压器选址,采用虚拟视景仿真方法,以便进行图像三维场景可视化分析。建立城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景图像三维采样模型,进行城市配电网变电站配电变压器选址节点的优化设计[13-14]。根据ZigBee协议栈,进行城市配电网变电站配电变压器选址的分布结构设计,即为了在簇内传感节点中进行城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景仿真,以LM2576HV-5.0作为传感器基阵,假设N k为第k层城市配电网变电站配电变压器选址的三维场景分布集的个数为第k层第j个城市配电网变电站配电变压器节点的连接权值;为第k层城市配电网变电站配电变压器选址虚拟现实第i(i=1,2,…,N)个电压输入分布节点、分别为配电网络中第k层第j(j=1,2,…,N k)个供电、配电节点。将供电节点与电压输入节点相匹配后,城市配电网变电站配电变压器选址的视景分布规则项集为

式中:n为选址虚拟现实分布节点数量(n)为配电网络中第k+1层第j个供电节点的选址虚拟现实电压输入分布节点的数量;f为分布规则下的配电变压器选址的有效激活函数;d(L)i为城市配电网变电站配电变压器选址虚拟现实第i个电压输入分布节点的输出层L的电压期望值;为第k+1层第j个城市配电网变电站配电变压器节点的连接权值共轭特征。

综合输出频域特征,得到城市配电网变电站配电变压器选址的可视化分布函数为

式中:λ为城市配电网变电站配电变压器选址的可靠性因子,为一个大于0,且小于1的常数。

为了在不同工作频率内进行城市配电网变电站配电变压器选址的虚拟视景图像采样及输出可靠性评价,采用交直交换方法,得到城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景仿真的输出功率为

式中:I为交直交换前电压输出量。

图1为配电变压器选址虚拟视景图像三维场景分布模型,提高了配电变压器选址虚拟视景图像三维场景分布融合能力[15-16]。

图1 配电变压器选址虚拟视景图像三维场景分布模型

1.2 配电变压器选址过程中的视觉重构处理

为了辅助当前电网规划,实现精准选址,对城市配电网变电站配电变压器选址的特征分布集进行自适应融合处理。

采用信息融合和模糊层次分析方法[17],构建配电网变电站配电变压器选址的模糊决策评价函数为

式中:μ为自适应权值迭代系数,取值条件为

引入虚拟现实的视景仿真技术。现实的变电站配电变压器共包含k(k=1,2,…,n)个供电节点,为了对城市配电网变电站配电变压器选址过程进行视觉重构处理,依据式(4)进行特征采样和自适应调度。提取城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景图像的三维可视化分布特征量x(n),得到三维场景可视化重建的特征分辨率最优解为

城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景重构的模糊加权值为

式中:y*(n)为配电网络中配电节点分布特征量的连接权值共轭特征;e(n)为误差,表达式为

将误差值作为初始模糊加权值,输入图1模型中,即可实现变电站配电变压器选址过程中的视觉重构处理。

2 城市配电网变电站配电变压器选址优化

2.1 配电变压器选址视景信息融合

基于上述城市配电网变电站配电变压器选址的三维场景可视化重构结果[18],进行城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景增强,增强过程的迭代式为

式中:Pf为满足三维视景分布规则的变压器选址虚拟视景仿真图像增强结果;为第k+1层第j个配电变压器节点图像的重构误差值;f(n)为配电变压器节点分布规则特征量。

在视觉图像融合算法控制下,采用增强现实技术进行配电变压器选址视景信息融合处理,设配电变压器选址的三维分布属性值P R=[P Rp,P Rq],则

式中:P Rp、P Rq分别为视景信息融合处理的互信息量和分布属性关联维数。

设城市配电网变电站配电变压器选址三维场景分布时态为I Rp,得到配电变压器选址三维场景重构输出最优特征解为

则配电变压器选址虚拟视景图像三维场景重建的分布场为

综上分析,实现了城市配电网变电站配电变压器选址视景信息融合处理,根据信息融合结果,进行配电变压器选址的视觉规划。

2.2 变电站配电变压器选址的空间区域规划

采用增强现实技术进行配电变压器选址视景信息融合处理后,根据信息融合结果进行配电变压器选址的空间区域规划设计,匹配选址空间区域规划和网格分块,从而优化选址的视景图像三维场景,便于选址结果的快速规划审批。

首先,进行配电变压器选址的空间规划信息设计,得到配电变压器选址的视景图像的三维场景重构决策函数为

其次,提取配电变压器选址虚拟视景图像的三维可视化分布特征,得到第k层(k=1,2,…,n)城市配电网变电站配电变压器选址虚拟视景重建的统计特征量为

最后,结合式(15)～式(17),对配电变压器选址模糊特征重构,得出配电变压器选址虚拟现实增强输出模型为

至此,建立了配电变压器选址的三维网格分布结构模型,使变压器选址结果虚拟现实仿真图更加清晰立体,辅助当前电网规划进行变电站场站选址,代替图片、视频等展示汇报形式,提高配电变压器选址的视觉规划和空间重构能力[19]。

3 仿真实验与结果分析

在Matlab中设置仿真测试,在虚拟规划平台下进行变压器选址的虚拟现实视景仿真。配电变压器选址的信息采样周期为0.135 s,数据长度为1 Mb,城市配电网变电站分布的载波频率为12 k Hz,搜索步长a=4,选址的地理空间分布网格尺寸分别为9 mm×9 mm,11 mm×11 mm,图像频带增强系数为0.68。根据上述仿真环境和参数,进行配电变压器选址的优化设计。

将多配电变压器选址虚拟视景图像融合后,获取最终的配电变压器选址结果虚拟视景图像三维场景分布结果,即空间区域规划初始仿真图如图2所示。图中标注的黑框位置即为配电变压器选址结果。对选址结果中的变压器进行虚拟现实优化仿真,如图3所示。

图2 城市配电网变电站配电变压器选址结果

图3 城市配电网变电站配电变压器虚拟现实优化仿真图

由图3可知,本文的变压器选址结果虚拟现实仿真图中的变压器线路分明,立体感较强,说明基于虚拟现实和增强现实技术,辅助当前电网规划进行变电站场站选址,可以摒弃以前图片或视频等形式展示汇报的方式,提高了城市配电网变电站配电变压器选址规划能力。

对变压器选址结果虚拟现实仿真结果进行量化测试,测试指标如下:

(1) 匹配度。采用三维场景可视化方法产生数个场景,运用同步前向回代法从各个模拟场景中选取代表场景结果,并对场景进行比例化重构;将图谱分析、视频分析手段与本文算法进行对比,当其差异度保持在2%以内,且拟合准确度接近98%时,表明选址结果符合规划需求。匹配度计算公式为

本文方法、文献[8]与文献[9]方法的匹配度验证结果如表1所示。

表1 城市配电网变电站配电变压器选址的匹配度对比

由表1可知,采用本文方法进行城市配电网变电站配电变压器选址的结果与规划需求的匹配度达到了0.997,满足了匹配度要求。

(2) 可靠性。通过可靠性判断其仿真选址结果呈现的清晰度、完整性。将最终的电网变电站配电变压器选址结果三维分布属性值与配电变压器选址虚拟视景图像三维场景分布模型进行对比,当其差异度保持在5%以内,且拟合准确度接近95%时,表明虚拟现实优化仿真结果可靠性较高。可靠性计算公式为

本文方法与文献[8]、文献[9]方法的匹配度验证结果如表2所示。

表2 城市配电网变电站配电变压器选址的可靠性对比

根据以上匹配度和可靠性对比可知,本文的虚拟现实视景仿真实验结果符合选址优化方法要求。

4 结 语

本文采用虚拟现实技术进行城市配电网变电站配电变压器选址的三维视觉重构,分析了配电变压器选址的视觉分布特征量,根据选址规模数进行特征优化求解以提高选址能力,增强选址的空间区域规划和网格分块匹配效率,从而实现选址优化。本文方法改变了之前图片或视频等形式展示汇报的方式,丰富了城市配电网变电站配电变压器选址优化研究内容。然而该研究随着城市配电网变电站增多,其匹配量也随之增长,推荐效率会有所降低,时间和空间上的选址质量会受到影响,且未克服配电网本身的限制,因此后续将进一步改进,深入配电网选址的研究和应用,提高选址方法的技术与性能,为城市配电网变电站配电变压器选址优化提供更加切实有效的应用方法。