基于特征融合的新型電力系統網源荷儲協同控制方法

摘 要：傳統的電力系統網源荷儲協同控制方法只能獲取網源特征信息，導致電力系統運行成本較高，因此本文設計了一種基于特征融合的新型電力系統網源荷儲協同控制方法。通過提取和整合網源、負荷和儲能等各組成部分的特征信息，準確計算出電力系統的缺電率。將不同特征信息進行融合，設置相應的約束條件，為優化控制策略提供保障。通過分析網源、負荷和儲能等各組成部分的特征信息，確定協同控制策略的特性。劃分出L1-L5共5種新型電力系統網源荷儲協同控制等級。試驗結果表明，本文設計的基于特征融合的新型電力系統網源荷儲協同控制方法中，各設備運行成本均最小，證明該方法能夠節省成本控制，提高新型電力系統網源荷儲協同控制的有效性。

關鍵詞：特征融合；電力系統；網源荷儲；協同控制

中圖分類號：TM 73" " " 文獻標志碼：A

隨著能源結構的轉變和電力系統的升級，新型電力系統逐漸成為主流。在新型電力系統中，網源荷儲協同控制是關鍵技術之一，旨在實現能源的清潔、高效和可再生利用，同時提高電力系統的穩定性和可靠性。

特征融合是新型電力系統網源荷儲協同控制中應用的一種技術。該方法將不同來源和不同類型的數據特性進行結合，為控制系統提供更全面、準確的運行狀態描述[1]。本文針對基于特征融合的新型電力系統網源荷儲協同控制方法進行了深入研究。

1 方法設計

1.1 計算網源荷儲負荷缺電率

負荷缺電率是衡量電力系統穩定性和可靠性的重要指標，表示電力系統中可用的發電容量與實際負荷容量間的比例。在新型電力系統網源荷儲協同控制中，計算負荷缺電率對優化資源配置、預防電網崩潰和保證電力供應具有重要意義。為了計算負荷缺電率，首先需要獲取電力系統的實時數據，包括網源、負荷和儲能的功率、電壓以及電流等參數。其次，通過數據處理和分析技術提取出有用的特征信息，如發電容量、實際負荷容量等。

負荷缺電率與系統綜合費用呈反比關系。為了更好地度量電力供應效率，本文提出了負荷缺電率的評估指標[2]，分別如公式（1）、公式（2）所示。

（1）

LPSP≤LPSPmax （2）

式中：LPSP為負荷缺電率；LPS（t）為t時刻的功率動力差異；E（t）約為t時刻的負荷用電需求量；LPSPmax為負荷缺電率上限。

計算負荷缺電率時的注意事項如下。1）準確估計發電容量。發電容量是電力系統中的可用資源，包括網源、負荷和儲能的發電能力。準確估計發電容量可規避資源浪費和電網崩潰的風險。2）實時監測實際負荷容量。實際負荷容量是電力系統中的實時負荷需求，監測實際負荷容量可以及時了解電力系統的運行狀態，為優化控制提供依據。電力系統是一個復雜且動態變化的系統，需要考慮各種不確定性和動態變化因素的影響，如天氣、季節以及政策等。

1.2 基于特征融合設置約束條件

由于電網與熱網相結合形成了新型電力系統，因此單純依靠電網中的儲能裝置來處理聯絡線的電力波動是不可能實現的。為此，本文針對新型電力系統中的電熱藕合設備，基于特征融合技術，以24h為全循環，結合儲能裝置、終端24h內可再生能源以及負荷預測等數據，分析熱泵機組與蓄電池組的優化工作狀態[3]。需要建立一個最小化的目標函數，即從電網采購的電力價格，如公式（3）所示。

（3）

式中：C為按時期劃分的電力網電價；P（h）為聯絡線路在不同時間段內的有效功率。

根據公式（3）可得聯絡線有功功率約束條件。t時刻聯絡線上的有功功率如公式（4）所示。

P（t）=Pl（t）+Ph（t）-Pw（t）+Pn（t）-Pb（t） （4）

式中：P（t）為聯絡線路有效功率；Pl（t）為負荷運輸過程有效功率；Ph（t）為供熱泵使用的有功功率；Pw（t）為光伏發電的有效功率；Pn（t）為給蓄電池充電的有功電源功率；Pb（t）為蓄電池被釋放時的有效功率。

聯絡線上的有功功率不能超過聯絡線的設計允許值，如公式（5）所示。

0≤P（t）≤maxP（t） （5）

公式（5）對熱泵系統的功耗進行了限制。在t時刻，該熱泵組所消耗的全部電能是各熱泵所消耗的電能的總和，如公式（6）所示。

Ph（t）=∑Ph（t） （6）

熱泵機組所消耗的有功功率值應控制在熱泵機組的允許范圍內，如公式（7）所示。

0≤Ph（t）≤maxPh（t） （7）

基于特征融合設置約束條件是新型電力系統網源荷儲協同控制中的重要環節之一。通過特征融合技術，可以更好地了解電力系統的實際情況和需求，提高電力系統的可靠性和穩定性、經濟性和環保性等。同時，還需要不斷研究和探索新的優化算法和控制策略，以適應電力系統的不斷變化和發展。

1.3 確定網源荷儲協同控制特性

“網源荷儲”的全面互動和協同調節是新型電力系統協調控制發展的必然趨勢，應利用各種技術和管理方法提高電網的均衡能力，使經濟性達到最優。

1.3.1 源層特性

電源層是新型電網的動力源，包括可調式同步機、新型雙饋感應風機、傳統異步感應風機以及交直流互變的光伏系統等。可調式同步機（如小型水力發電、燃氣輪機等）具有同步勵磁電壓支持、主動調節能力強等特點[4]，其主動控制模式隨頻率變化而改變，其一次調控模式如公式（8）所示。

P=P*+α?f （8）

式中：P、P*分別為同步發電機的真實出力與恒定出力的有效功率；α為用于同步燃氣渦輪的頻響系數；?f為系統的實際頻率和額定頻率間的偏離。

1.3.2 網層特性

大規模的分布式電源、不穩定的風光能接入電網，改變了新能源系統的穩態潮流分布和電能輸送的單一性，會對新能源系統的安全、穩定并可靠運行產生不利影響。交互成本CJ與交互功率PJ（t）的關系如公式（9）所示。

（9）

式中：Cb（t）、Cs（t）分別為在一定時期t內微網與大電網間的互濟電力采購狀況和售電狀況；m（t）、n（t）分別為在一定時期t內微網與大電網間的互濟電力購買電價、售電電價；N為計劃調度期間的總數。

1.3.3 荷層特性

新型電力系統中的負載層對電網的電壓和頻率會進行負反饋，也即當電網的頻率增減時，負載消耗的電能就會相應地增加或減少，這樣就可以調整系統的頻率，防止頻率再次增加或減少。如果系統電壓增加或減少，就會使負載的功耗增加或減少，進而導致電壓下降或上升[5]。因此，進行系統操作優化時應更關注現實。以上功率負載有功特征的靜態模型如公式（10）所示。

（10）

式中：P1、P2和P3分別為新型電力系統負荷的常阻抗、定電流和恒定電源中的有功分量；PN為新型電力系統負荷的額定功率；V、V0分別為新型電力系統的實際電壓和起始電壓；Lf為新型電力系統中頻率發生改變時產生的有功功率。

1.3.4 儲層特性

電力系統中的能量存儲能夠緩解新能源不確定因素對電網的沖擊，促進新能源消納，降低運營成本。在負荷端，既能實現峰谷負荷，又能減少后備機組的容量，提高供電的柔性。模型的表達如公式（11）所示。

（11）

式中：Es（t）、Es（t-1）分別為t時段和（t-1）時段的電儲能容量；δs為儲能自放電率；ηsc為儲能充電效率；ηsd為儲能放電效率；Psc（t）、Psd（t）分別為充電、放電功率。

1.4 劃分新型電力系統網源荷儲協同控制等級

新型電力系統網源荷儲協同控制等級的劃分基于特征融合技術，將網源、負荷、儲能等各組成部分的特征信息進行全面、準確地提取和整合，并采用先進的優化算法和模型預測控制技術，實現精細化管理和優化控制。新型電力系統網源荷儲協同控制等級的劃分如公式（12）所示。

L=f（x，y，z） （12）

式中：L表示協同控制等級；x表示網源特征信息；y表示負荷特征信息；z表示儲能特征信息；f表示將這些特征信息進行融合并計算出協同控制等級的算法或模型。

新型電力系統網源荷儲協同控制等級見表1。表1將網源、負荷、儲能的特征信息進行了分類，并根據這些特征信息劃分了不同的協同控制等級。其中，L1級表示最低的控制等級，L5級表示最高的控制等級。在實際應用中，可以根據不同的需求和場景選擇相應的協同控制等級進行優化和控制。同時，也可以根據實際情況和需求，對表1中的特征信息進行補充和完善。例如，可以增加更多的網源、負荷和儲能特征信息[6]，或者將特征信息進行組合和分解，以更好地適應不同的協同控制等級和應用場景。

綜上所述，劃分新型電力系統網源荷儲協同控制等級是基于特征融合技術的重要環節之一。通過劃分協同控制等級，可以更好地了解電力系統的實際情況和需求，提高電力系統的可靠性和穩定性、經濟性和環保性等。同時，也為進一步探索和研究新型電力系統網源荷儲協同控制技術提供了參考和依據。

2 試驗與結果分析

2.1 試驗準備

本文將某供電局110kV電網數據作為仿真案例數據。該新型電力系統拓撲圖如圖1所示，該新型電力系統的具體參數數據分別見表2和表3，其中電網的節點分類包括平衡節點、PQ節點與PV節點。

試驗環境如下：硬件為高性能服務器，包括CPU、內存和存儲等；軟件為Python編程語言，使用TensorFlow、Keras等深度學習框架和發電機、變壓器、輸電線路、負荷等組件的模擬。網源荷儲設備包括各種電源設備（如風力發電機、光伏電池板等）、負荷設備（如電動機、電熱設備等）和儲能設備（如電池儲能系統、超級電容器等）。數據采集與處理系統用于采集電力系統和源荷儲設備的運行數據，包括電壓、電流和功率等參數。特征融合與協同控制算法實現設備即用于實現特征融合和協同控制算法的設備，包括高性能計算機、服務器或嵌入式系統等。其他輔助設備和儀器包括示波器、頻譜分析儀以及功率分析儀等，用于實時監測和分析電力系統的運行狀態。

2.2 試驗說明

為測試本文設計的基于特征融合的新型電力系統網源荷儲協同控制方法的有效性，將其與含虛擬儲能的配網源荷協同區域穩定控方法（方法1）、基于微電網群全消納的網源荷協同互動控制方法（方法2）做比較，以新型電力系統線路編號1、3、9、12、16、20、24為研究對象（見表3），對3種方法、7個線路負荷容量進行檢驗。

2.3 試驗結果分析

從試驗結果可以看出，方法1和方法2負荷容量較低，最高僅為11.82kW、13.72kW，而本文方法對各線路的負荷容量均在15kW以上，最高為33.20kW。證明該方法能夠增加負荷容量，提高新型電力系統網源荷儲協同控制的有效性。

3 結語

在新型電力系統網源荷儲協同控制中，特征融合技術具有至關重要的作用。將不同類型的特征信息進行融合能夠有效提高控制策略的準確性。在未來發展中，隨著智能化、自動化技術不斷進步，特征融合技術將在新型電力系統中發揮更大作用，為推動能源結構的優化和可持續發展提供有力支持。

參考文獻

[1]許訓煒，沈希澄，周霞，等.基于數據驅動的源網荷儲協同控制系統網絡攻擊關聯性分析[J].浙江電力，2023，42（2）：76-82.

[2]趙瑞鋒，李波，盧建剛，等.基于多特征融合網絡的電力設備缺陷文本分類模型[J].微型電腦應用，2023，39（7）：81-84.

[3]馬靜怡，楊金龍.基于融合特征及聚類分析的多尺度電力設備識別及定位[J].現代信息科技，2023，7（3）：70-74.

[4]付宗強，王紅蕾，袁旭峰，等.基于微電網群全消納的網源荷協同互動控制[J].微處理機，2021，42（6）：14-17.

[5]劉曉宇，王斌.基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法[J].電氣自動化，2021，43（5）：45-47.

[6]李夢月，張健，吳玨煒，等.含虛擬儲能的配網源荷協同區域穩定控制研究[J].電氣自動化，2021，43（2）：70-73.