CN107239871B - 基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法和装置，方法包括建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力。本发明基于有载调节变压器档位调节的历史数据和电网的实时运行信息对各有载调节变压器低压母线负荷调节潜力进行分析计算，可在线计算出各有载调节变压器每调节一档低压母线负荷的功率调节潜力，为制定合理的电压响应负荷控制策略提供数据支撑，有利于负荷侧资源的有效利用，同时有利于推进负荷侧资源以友好的方式参与电网的调度运行。

Description

基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法和装置

技术领域

本发明电力***运行与控制技术，具体涉及一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法和装置。

背景技术

随着智能电网技术的发展，电网友好型负荷参与电网互动运行得到了越来越多的关注，其中，电压响应负荷是指利用负荷的电压静特性，在保证电压质量的前提下，通过主动调节电压来改变负荷大小，以帮助电网快速实现功率平衡。从理论角度来看，电压响应负荷在***调峰、节能减排等方面可以发挥重要作用，甚至辅助解决直流闭锁引起的电网频率大幅度下跌、断面潮流越限、线路和变压器过载等问题。

在电压响应负荷参与电网的调度运行方面，已有学者针对直流闭锁后的频率恢复、电力***节能等具体应用场景，对电压响应负荷的控制策略开展了探索研究，然而，若要将电压响应负荷投入实际应用，***需要具备在线计算和监控电压响应负荷调节潜力的功能，但是，目前在电压响应负荷的调节潜力计算评估方面缺乏有效的技术手段。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法和装置，综合考虑负荷自身特性、母线电压水平、变压器档位状态等多方面因素，在线计算负荷调节潜力的大小，为电压响应负荷参与电网调度运行提供数据支撑。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，所述方法包括：

通过获取历史数据，并采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；

根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；

根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力。

所述通过获取历史数据，并采用回归分析法建立有载调节变压器低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度之前包括：

获取历史数据，并根据历史数据得到初始有效样本空间。

所述历史数据包括N_y年内有载调节变压器档位动作前后10-30分钟时间段内低压母线的电压和有功功率。

所述根据历史数据得到有效样本空间包括：

获得如下第m个时间场景下的初始有效样本空间：

{(U₀₁,P₀₁,U₁₁,P₁₁)；(U₀₂,P₀₂,U₁₂,P₁₂)；…；(U_0z,P_0z,U_1z,P_1z)}_m

其中，z为有载调节变压器档位调节总次数，k为有载调节变压器档位调节次数索引，k＝1,2，…,z；U_0z、P_0z分别表示有载调节变压器第z次档位调节前低压母线的电压和有功功率，U_1z、P_1z分别表示有载调节变压器第z次档位调节后低压母线的电压和有功功率。

所述采用回归分析法建立有载调节变压器低压母线负荷的电压响应模型包括：

有载调节变压器低压母线负荷的电压响应模型表示为：

其中，P是低压母线负荷的有功功率，Z_％、I_％、P_％分别为恒阻抗、恒电流和恒功率部分在低压母线负荷中占的比例，且满足Z_％+I_％+P_％＝1。

所述计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子包括：

根据以上有效样本空间和电压响应模型得到如下最新有效样本空间：

其中，X、Y为新的有效样本空间；

记系数矩阵C＝[Z_％，I_％，P_％]^T，采用最小二乘法对C进行估计，有：

C＝(X^TX)^-1X^TY

其中，T表示转置；

根据最新有效样本空间，将电压响应因子γ表示为：

γ＝Z_％(1-0.99²)+I_％(1-0.99)＝0.0199Z_％+0.01I_％。

计算有载调节变压器的电压调节灵敏度包括：

有载调节变压器第k次档位调节灵敏度S_{U_k}表示为：

s_{U_k}＝|U_{1_k}-U_{0_k}|/U_{0_k}

其中，U_{1_k}为有载调节变压器第k次档位调节后低压母线的电压；U_{0_k}为有载调节变压器第k次档位调节前低压母线的电压；

具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil表示为：

其中，N_{s_il}为历史数据中满足运行场景S(SP_i、SQ_l)的样本数，SP_i为第i个有功功率区间，SQ_l为第l个无功功率区间，P_k和Q_k分别为有载调节变压器第k次档位调节时的有功功率和无功功率。

所述根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力包括：

若出现以下任一方式，表明有载调节变压器不具备档位调节能力：

1)有载调节变压器出现某运行信息无效；

2)有载调节变压器当前档位已经达到最低档位；

3)有载调节变压器当前档位下调节一档时，中压母线电压或低压母线电压低于电压下限；

4)有载调节变压器当日动作次数达到日动作次数限值；

5)电压相应因子小于等于电压响应因子阈值；

6)对于并列运行的可控变压器，其中某台可控变压器为非有载调压或者闭锁时，除该台可控变压器之外的其它可控变压器当前不具备档位调节能力。

所述根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力包括：

根据有载调节变压器的运行场景、有功功率、无功功率、低压母线电压、档位状态、是否并列运行、与之并列运行的变压器是否可调以及当日档位动作次数计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力。

所述根据有载调节变压器运行信息计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力包括：

根据具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil计算具备档位调节能力的有载调节变压器档位每调节一档低压母线电压的变化值U_1s，有：

U_1s＝U₀(1+s_Uil)

根据U_1s将具备档位调节能力的有载调节变压器it档位每调节一档低压母线负荷的有功功率调节潜力P_{r_1s_it}表示为：

P_{r_1s_it}＝P₀-f(U_1s)

其中，f(U_1s)表示有载调节变压器档位调节一档后的低压母线负荷的有功功率，且

记变电站j内的当前具备档位调节能力的有载调节变压器数量为n_trj，于是变电站j的低压母线负荷的调节潜力P_{r_1s_st_j}表示为：

记区域内变电站数量为n_st，则区域负荷的调节潜力表示为：

其中，P_{r_1s_area}为区域负荷的调节潜力。

所述时间场景包括春季工作日日间场景、春季工作日夜间场景、春季非工作日日间场景、春季非工作日夜间场景、夏季工作日日间场景、夏季工作日夜间场景、夏季非工作日日间场景、夏季非工作日夜间场景、秋季工作日日间场景、秋季工作日夜间场景、秋季非工作日日间场景、秋季非工作日夜间场景、冬季工作日日间场景、冬季工作日夜间场景、冬季非工作日日间场景和冬季非工作日夜间场景。

本发明还提供一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，所述装置包括：

计算模块，用于通过获取历史数据，并采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；

判断模块，用于根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；

确定模块，用于根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力。

所述装置还包括获取模块，用于获取历史数据，并根据历史数据得到初始有效样本空间。

所述历史数据包括N_y年内有载调节变压器档位动作前后10-30分钟时间段内低压母线的电压和有功功率。

所述计算模块具体用于：

获得如下第m个时间场景下的初始有效样本空间：

{(U₀₁,P₀₁,U₁₁,P₁₁)；(U₀₂,P₀₂,U₁₂,P₁₂)；…；(U_0z,P_0z,U_1z,P_1z)}_m

其中，z为有载调节变压器档位调节总次数，k为有载调节变压器档位调节次数索引，k＝1,2，…,z；U_0z、P_0z分别表示有载调节变压器第z次档位调节前低压母线的电压和有功功率，U_1z、P_1z分别表示有载调节变压器第z次档位调节后低压母线的电压和有功功率。

所述计算模块具体用于：

低压母线负荷的电压响应模型表示为：

其中，P是低压母线负荷的有功功率，Z_％、I_％、P_％分别为恒阻抗、恒电流和恒功率部分在低压母线负荷中占的比例，且满足Z_％+I_％+P_％＝1。

所述计算模块具体用于：

根据以上有效样本空间和电压响应模型得到如下最新有效样本空间：

其中，X、Y为新的有效样本空间；

记系数矩阵C＝[Z_％，I_％，P_％]^T，采用最小二乘法对C进行估计，有：

C＝(X^TX)^-1X^TY

其中，T表示转置；

根据最新有效样本空间，将电压响应因子γ表示为：

γ＝0.0199Z_％+0.01I_％。

所述计算模块具体用于：

有载调节变压器第k次档位调节灵敏度S_{U_k}表示为：

s_{U_k}＝|U_{1_k}-U_{0_k}|/U_{0_k}

其中，U_{1_k}为有载调节变压器第k次档位调节后低压母线的电压；U_{0_k}为有载调节变压器第k次档位调节前低压母线的电压；

具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil表示为：

其中，N_{s_il}为历史数据中满足运行场景S(SP_i、SQ_l)的样本数，SP_i为第i个有功功率区间，SQ_l为第l个无功功率区间，P_k和Q_k分别为有载调节变压器第k次档位调节时的有功功率和无功功率。

所述判断模块具体用于：

若出现以下任一方式，表明有载调节变压器不具备档位调节能力：

1)有载调节变压器出现某运行信息无效；

2)有载调节变压器当前档位已经达到最低档位；

3)有载调节变压器当前档位下调节一档时，中压母线电压或低压母线电压低于电压下限；

4)有载调节变压器当日动作次数达到日动作次数限值；

5)电压相应因子小于等于电压响应因子阈值；

6)对于并列运行的可控变压器，其中某台可控变压器为非有载调压或者闭锁时，除该台可控变压器之外的其它可控变压器当前不具备档位调节能力。

所述确定模块具体用于：

根据有载调节变压器的运行场景、有功功率、无功功率、低压母线电压、档位状态、是否并列运行、与之并列运行的变压器是否可调以及当日档位动作次数计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力。

所述确定模块具体用于：

根据具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil计算具备档位调节能力的有载调节变压器档位每调节一档低压母线电压的变化值U_1s，有：

U_1s＝U₀(1+s_Uil)

根据U_1s将具备档位调节能力的有载调节变压器it档位每调节一档低压母线负荷的有功功率调节潜力P_{r_1s_it}表示为：

P_{r_1s_it}＝P₀-f(U_1s)

其中，f(U_1s)表示有载调节变压器档位调节一档后的低压母线负荷的有功功率，且

记变电站j内的当前具备档位调节能力的有载调节变压器数量为n_trj，于是变电站j的低压母线负荷的调节潜力P_{r_1s_st_j}表示为：

记区域内变电站数量为n_st，则区域负荷的调节潜力表示为：

其中，P_{r_1s_area}为区域负荷的调节潜力。

所述时间场景包括春季工作日日间场景、春季工作日夜间场景、春季非工作日日间场景、春季非工作日夜间场景、夏季工作日日间场景、夏季工作日夜间场景、夏季非工作日日间场景、夏季非工作日夜间场景、秋季工作日日间场景、秋季工作日夜间场景、秋季非工作日日间场景、秋季非工作日夜间场景、冬季工作日日间场景、冬季工作日夜间场景、冬季非工作日日间场景和冬季非工作日夜间场景。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法和装置，首先根据获取的历史数据建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；然后根据低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；最后对具备档位调节能力的有载调节变压器进行负荷调节潜力分析，过程简单可靠，易于操作，应用范围较广；

本发明提供的方法基于有载调节变压器档位调节的历史数据和电网的实时运行信息对各低压母线负荷调节潜力进行分析计算，可在线计算出各有载调节变压器每调节一档低压母线负荷的功率调节潜力，为制定合理的电压响应负荷控制策略提供数据支撑，有利于负荷侧资源的有效利用，同时有利于推进负荷侧资源以友好的方式参与电网的调度运行。

附图说明

图1是本发明实施例中基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，具体流程图如图1所示，该方法具体执行过程如下：

S101：通过获取历史数据，采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；

S102：根据S101中计算出的低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；

S103：根据S101中得到的有载调节变压器的电压调节灵敏度确定S102中得到的的具备档位调节能力的有载调节变压器进行负荷调节潜力。

S101中，建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度之前还需要先获取历史数据，并对历史数据进行预处理。获取的历史数据包括N_y(1-10年)年内有载调节变压器档位动作前后10-30分钟时间段内低压母线的电压和有功功率。

首先对历史数据的有效性进行处理，通过设定阈值方法，剔除偏离平均值较大的坏数据，得到初始有效样本空间。采用以下方法对历史数据进行处理，获取初始有效样本空间，具体过程如下：

先获取第m个时间场景下每台有载调节变压器档位动作前n(取10-30个)个低压母线的有功功率P_t-1、P_t-2、…、P_t-n+1、P_t-n及采样时间t_-1、t_-2、…、t_-n+1、t_-n，共n组数据，记为：

{(P_t-n,t_-n),(P_t-n+1,t_-n+1),…,(P_t-2,t_-2),(P_t-1,t_-1)}

然后，假定有载调节变压器档位动作前T₀分钟(T₀取值为10-30)内低压母线负荷处于线性变化过程，对以上n组有载调节变压器档位动作前的数据进行线性拟合，得到如下有载调节变压器档位调节动作前母线负荷随时间变化的特征方程：

P₀＝k₀t₀+P_b0

其中，P₀为有载调节变压器档位动作前低压母线的有功功率，t₀为有载调节变压器的档位动作时间，k₀、P_b0均为有载调节变压器档位调节动作前母线负荷随时间变化特征方程的参数；

之后，获取第m个时间场景中每次有载调节变压器档位动作后n个低压母线的有功功率P′_t-1、P′_t-2、…、P′_t-n+1、P′_t-n及采样时间t′_-1、t′_-2、…、t′_-n+1、t′_-n，共n组数据，记为：

{(P′_t-n,t′_-n),(P′_t-n+1,t′_-n+1),…,(P′_t-2,t′_-2),(P′_t-1,t′_-1)}

接着，假定有载调节变压器档位动作后T₀分钟内低压母线负荷处于线性变化过程，对以上n组有载调节变压器档位动作后的数据进行线性拟合，得到如下有载调节变压器档位调节动作后母线负荷随时间变化的特征方程：

P₁＝k₁t₀+P_b1

其中，P₁为有载调节变压器档位动作后低压母线的有功功率，t₀为有载调节变压器的档位动作时间，k₁、P_b1均为有载调节变压器档位调节动作后母线负荷随时间变化特征方程的参数；

最后，认定有载调节变压器档位动作前T₀分钟内以及档位动作后T₀分钟内低压母线的电压保持稳定，则分别取有载调节变压器档位动作前、后各n个低压母线电压的平均值作为有载调节变压器档位动作前低压母线的电压U₀和动作后的低压母线电压U₁，分别表示为：

其中，i为低压母线的索引，i＝1,2,…,n；U_0i为有载调节变压器档位动作前第i条低压母线的电压；U_1i为有载调节变压器档位动作后第i条低压母线的电压；

于是获得第m个时间场景下的初始有效样本空间：

{(U₀₁,P₀₁,U₁₁,P₁₁)；(U₀₂,P₀₂,U₁₂,P₁₂)；…；(U_0z,P_0z,U_1z,P_1z)}_m

其中，z为有载调节变压器档位调节总次数，k为有载调节变压器档位调节次数索引，k＝1,2，…,z；U_0z、P_0z分别表示有载调节变压器第z次档位调节前低压母线的电压和有功功率，U_1z、P_1z分别表示有载调节变压器第z次档位调节后低压母线的电压和有功功率。

上述S101中，采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型具体过程如下：

采用回归分析法建立如下低压母线负荷的电压响应模型：

该低压母线负荷的电压响应模型采用ZIP模型，其中，P是低压母线负荷的有功功率，Z_％、I_％、P_％分别为恒阻抗、恒电流和恒功率部分在低压母线负荷中占的比例，且满足Z_％+I_％+P_％＝1；

之后，在计算当前时间场景下的母线负荷电压响应模型参数时，将多元非线性回归转化为多元线性回归问题，采用最小二乘法求解。设

x₃＝P₀，y＝P，x₁、x₂、x₃、y均为中间量，将多元非线性回归转化为多元线性回归，采用最小二乘法将以上低压母线负荷的电压响应模型表示为：

y＝x₁·Z_％+x₂·I_％+x₃·P_％

根据以上初始有效样本空间得到如下新的有效样本空间：

其中，X、Y为新的有效样本空间；

最后，记系数矩阵C＝[Z_％，I_％，P_％]^T，采用最小二乘法对C进行估计，有：

C＝(X^TX)^-1X^TY

其中，T表示转置。

由于时间场景包括春季工作日日间场景、春季工作日夜间场景、春季非工作日日间场景、春季非工作日夜间场景、夏季工作日日间场景、夏季工作日夜间场景、夏季非工作日日间场景、夏季非工作日夜间场景、秋季工作日日间场景、秋季工作日夜间场景、秋季非工作日日间场景、秋季非工作日夜间场景、冬季工作日日间场景、冬季工作日夜间场景、冬季非工作日日间场景和冬季非工作日夜间场景，所以，在进行回归分析时，本发明经回归分析将得到16个时间场景下的母线负荷电压响应模型参数：春季工作日日间参数、春季工作日夜间参数、春季非工作日日间参数、春季非工作日夜间参数、夏季工作日日间参数、夏季工作日夜间参数、夏季非工作日日间参数、夏季非工作日夜间参数、秋季工作日日间参数、秋季工作日夜间参数、秋季非工作日日间参数、秋季非工作日夜间参数、冬季工作日日间参数、冬季工作日夜间参数、冬季非工作日日间参数、冬季非工作日夜间参数。

S101中，计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子(即电压每降低1％，负荷有功功率可以减少的比例)，具体如下：

电压响应因子为γ表示为：

γ＝Z_％(1-0.99²)+I_％(1-0.99)＝0.0199Z_％+0.01I_％。

以上低压母线负荷的电压响应模型参数的计算和电压响应因子的计算可以定周期执行，周期可以设置为1天～30天，也可以通过人工指令出发执行。

S101中计算有载调节变压器的电压调节灵敏度具体过程为：

除变压器自身阻抗参数外，电压调节灵敏度受到流过有载调节变压器的有功功率P和无功功率Q的影响，因此，本发明中根据上述两类因素对变压器档位调节场景进行分类，设P_max为低压母线负荷的有功功率上限，将低压母线负荷的有功功率在[0，P_max]范围内划分为n_P个有功功率区间，用i表示有功功率区间索引，i＝1,2,…,n_p；于是第i个有功功率区间SP_i内低压母线负荷的有功功率P满足：

(i-1)P_max/n_P≤P＜i×P_max/n_P

同时，设Q_max为低压母线负荷的无功功率上限，其取值为aP_max(常数a通常取20％-30％)；将低压母线负荷的无功功率在[0，Q_max]范围内划分为n_Q个无功功率区间，用l表示无功功率区间索引，l＝1,2,…,n_Q；于是第l个无功功率区间SQ_l内低压母线负荷的无功功率Q满足：

(l-1)Q_max/n_Q≤Q＜l×Q_max/n_Q

有载调节变压器第k次档位调节灵敏度表示为：

s_{U_k}＝|U_{1_k}-U_{0_k}|/U_{0_k}

其中，S_{U_k}为有载调节变压器第k次档位调节灵敏度，U_{1_k}为有载调节变压器第k次档位调节后低压母线的电压；U_{0_k}为有载调节变压器第k次档位调节前低压母线的电压；

求取运行场景S(SP_i、SQ_l)下具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度，有：

其中，s_Uil为具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度；N_{s_il}为历史数据中满足运行场景S(SP_i、SQ_l)的样本数，P_k和Q_k分别为有载调节变压器第k次档位调节时的有功功率和无功功率。

S102中，根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力具体过程如下：

按照以下任一方式判断有载调节变压器是否具备档位调节能力：

1)判断有载调节变压器的运行信息是否有效，当出现某运行信息无效时，则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

2)判断有载调节变压器当前档位是否已经达到最低档位，若是则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

3)判断有载调节变压器当前档位下调节一档时，中压母线电压或低压母线电压是否低于电压下限，若是则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

4)有载调节变压器当日动作次数达到日动作次数限值时，则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

5)设电压响应因子阈值为γ_set，取若不满足γ＞γ_set，则表明有载调节变压器不具备档位调节能力；

6)对于并列运行的可控变压器，其中某台可控变压器为非有载调压或者闭锁时，除该台可控变压器之外的其它可控变压器当前不具备档位调节能力。

S103中，根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力具体包括：

有载调节变压器的运行信息包括有载调节变压器的运行场景、有功功率、无功功率、低压母线电压、档位状态、是否并列运行、与之并列运行的变压器是否可调以及当日档位动作次数，根据以上有载调节变压器的运行信息计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力，具体过程如下：

先根据具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil计算具备档位调节能力的有载调节变压器档位每调节一档低压母线电压的变化值U_1s，有：

U_1s＝U₀(1+s_Uil)

然后根据U_1s将具备档位调节能力的有载调节变压器it档位每调节一档低压母线负荷的有功功率调节潜力P_{r_1s_it}表示为：

P_{r_1s_it}＝P₀-f(U_1s)

其中，f(U_1s)表示有载调节变压器档位调节一档后的低压母线负荷的有功功率，且

记变电站j内的当前具备档位调节能力的有载调节变压器数量为n_trj，于是变电站j的低压母线负荷的调节潜力P_{r_1s_st_j}表示为：

记区域内变电站数量为n_st，则区域负荷的调节潜力表示为：

其中，P_{r_1s_area}为区域负荷的调节潜力。

本实施例同时还提供一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，该装置包括：

计算模块，用于通过获取历史数据，采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；

判断模块，用于根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；

确定模块，用于根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力。

上述的历史数据包括N_y年内有载调节变压器档位动作前后10-30分钟时间段内低压母线的电压和有功功率。

预处理模块对历史数据进行预处理具体过程如下：

先获取第m个时间场景下每台有载调节变压器档位动作前n个低压母线的有功功率P_t-1、P_t-2、…、P_t-n+1、P_t-n及采样时间t_-1、t_-2、…、t_-n+1、t_-n，共n组数据，记为：

{(P_t-n,t_-n),(P_t-n+1,t_-n+1),…,(P_t-2,t_-2),(P_t-1,t_-1)}

然后，假定有载调节变压器档位动作前T₀分钟内低压母线负荷处于线性变化过程，对以上n组有载调节变压器档位动作前的数据进行线性拟合，得到如下有载调节变压器档位调节动作前母线负荷随时间变化的特征方程：

P₀＝k₀t₀+P_b0

其中，P₀为有载调节变压器档位动作前低压母线的有功功率，t₀为有载调节变压器的档位动作时间，k₀、P_b0均为有载调节变压器档位调节动作前母线负荷随时间变化特征方程的参数；

之后，获取第m个时间场景中每次有载调节变压器档位动作后n个低压母线的有功功率P′_t-1、P′_t-2、…、P′_t-n+1、P′_t-n及采样时间t′_-1、t′_-2、…、t′_-n+1、t′_-n，共n组数据，记为：

{(P′_t-n,t′_-n),(P′_t-n+1,t′_-n+1),…,(P′_t-2,t′_-2),(P′_t-1,t′_-1)}

接着假定有载调节变压器档位动作后T₀分钟内低压母线负荷处于线性变化过程，对以上n组有载调节变压器档位动作后的数据进行线性拟合，得到如下有载调节变压器档位调节动作后母线负荷随时间变化的特征方程：

P₁＝k₁t₀+P_b1

其中，P₁为有载调节变压器档位动作后低压母线的有功功率，t₀为有载调节变压器的档位动作时间，k₁、P_b1均为有载调节变压器档位调节动作后母线负荷随时间变化特征方程的参数；

再者，认定有载调节变压器档位动作前T₀分钟内以及档位动作后T₀分钟内低压母线的电压保持稳定，则分别取有载调节变压器档位动作前、后各n个低压母线电压的平均值作为有载调节变压器档位动作前低压母线的电压U₀和动作后的低压母线电压U₁，分别表示为：

其中，i为低压母线的索引，i＝1,2,…,n；U_0i为有载调节变压器档位动作前第i条低压母线的电压；U_1i为有载调节变压器档位动作后第i条低压母线的电压；

最后，获得第m个时间场景下的初始有效样本空间：

{(U₀₁,P₀₁,U₁₁,P₁₁)；(U₀₂,P₀₂,U₁₂,P₁₂)；…；(U_0z,P_0z,U_1z,P_1z)}_m

其中，z为有载调节变压器档位调节总次数，k为有载调节变压器档位调节次数索引，k＝1,2，…,z；U_0z、P_0z分别表示有载调节变压器第z次档位调节前低压母线的电压和有功功率，U_1z、P_1z分别表示有载调节变压器第z次档位调节后低压母线的电压和有功功率。

上述计算模块用于根据预处理后的历史数据，采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型；还用于计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子。

上述计算模块根据预处理后的历史数据，采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型具体过程如下：

首先，采用回归分析法建立如下低压母线负荷的电压响应模型：

其中，P是低压母线负荷的有功功率，Z_％、I_％、P_％分别为恒阻抗、恒电流和恒功率部分在低压母线负荷中占的比例，且满足Z_％+I_％+P_％＝1；

接着，设

x₃＝P₀，y＝P，x₁、x₂、x₃、y均为中间量，将多元非线性回归转化为多元线性回归，采用最小二乘法将以上低压母线负荷的电压响应模型表示为：

y＝x₁·Z_％+x₂·I_％+x₃·P_％

最后，根据以上有效样本空间得到如下新的有效样本空间：

其中，X、Y为新的有效样本空间；

记系数矩阵C＝[Z_％，I_％，P_％]^T，采用最小二乘法对C进行估计，有：

C＝(X^TX)^-1X^TY

其中，T表示转置。

上述计算模块用于计算电压响应因子过程为：

设电压响应因子为γ，其表示为：

γ＝Z_％(1-0.99²)+I_％(1-0.99)＝0.0199Z_％+0.01I_％。

上述计算模块具体用于计算电压调节灵敏度的过程如下：

设P_max为低压母线负荷的有功功率上限，将低压母线负荷的有功功率在[0，P_max]范围内划分为n_P个有功功率区间，用i表示有功功率区间索引，i＝1,2,…,n_p；于是第i个有功功率区间SP_i内低压母线负荷的有功功率P满足：

(i-1)P_max/n_P≤P＜i×P_max/n_P

同时，设Q_max为低压母线负荷的无功功率上限，将低压母线负荷的无功功率在[0，Q_max]范围内划分为n_Q个无功功率区间，用l表示无功功率区间索引，l＝1,2,…,n_Q；于是第l个无功功率区间SQ_l内低压母线负荷的无功功率Q满足：

(l-1)Q_max/n_Q≤Q＜l×Q_max/n_Q

然后，计算有载调节变压器第k次档位调节灵敏度，有：

s_{U_k}＝|U_{1_k}-U_{0_k}|/U_{0_k}

其中，S_{U_k}为有载调节变压器第k次档位调节灵敏度，U_{1_k}为有载调节变压器第k次档位调节后低压母线的电压；U_{0_k}为有载调节变压器第k次档位调节前低压母线的电压；

最后，求取运行场景S(SP_i、SQ_l)下具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度，有：

其中，s_Uil为具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度；N_{s_il}为历史数据中满足运行场景S(SP_i、SQ_l)的样本数，P_k和Q_k分别为有载调节变压器第k次档位调节时的有功功率和无功功率。

上述判断模块用于判断具备档位调节能力的有载调节变压器具体过程如下：

先获取有载调节变压器的运行信息，并根据运行信息获取低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；其中运行信息包括有载调节变压器的时间场景、当前档位、最低档位、档位电压变化量和当日动作次数，低压母线负荷的有功功率、无功功率和电压幅值，以及低压母线的电压；

然后按照以下方式判断有载调节变压器是否具备档位调节能力：

1)判断有载调节变压器的运行信息是否有效，当出现某运行信息无效时，则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

2)判断有载调节变压器当前档位是否已经达到最低档位，若是则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

3)判断有载调节变压器当前档位下调节一档时，中压母线电压或低压母线电压是否低于电压下限，若是则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

4)有载调节变压器当日动作次数达到日动作次数限值时，则表明有载调节变压器当前不具备档位调节能力；

5)设电压响应因子阈值为γ_set，取若不满足γ＞γ_set，则表明有载调节变压器不具备档位调节能力；

6)对于并列运行的可控变压器，其中某台可控变压器为非有载调压或者闭锁时，除该台可控变压器之外的其它可控变压器当前不具备档位调节能力。

另外，对于并列运行的有载调节变压器，若其中某台有载调节变压器为非有载调压或者闭锁时，则表明除该台有载调节变压器之外的其它有载调节变压器当前不具备档位调节能力。

上述确定模块用于根据有载调节变压器的运行信息(包括有载调节变压器的运行场景、有功功率、无功功率、低压母线电压、档位状态、是否并列运行、与之并列运行的变压器是否可调以及当日档位动作次数)对低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力进行分析的过程如下：

先根据具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil计算具备档位调节能力的有载调节变压器档位每调节一档低压母线电压的变化值U_1s，有：

U_1s＝U₀(1+s_Uil)

然后根据U_1s将具备档位调节能力的有载调节变压器it档位每调节一档低压母线负荷的有功功率调节潜力P_{r_1s_it}表示为：

P_{r_1s_it}＝P₀-f(U_1s)

其中，f(U_1s)表示有载调节变压器档位调节一档后的低压母线负荷的有功功率，且

之后，记变电站j内的当前具备档位调节能力的有载调节变压器数量为n_trj，于是变电站j的低压母线负荷的调节潜力P_{r_1s_st_j}表示为：

最后，记区域内变电站数量为n_st，则区域负荷的调节潜力表示为：

其中，P_{r_1s_area}为区域负荷的调节潜力。

本发明首先根据获取的历史数据建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；然后根据低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；最后对具备档位调节能力的有载调节变压器进行负荷调节潜力分析，为制定合理的电压响应负荷控制策略提供数据支撑，有利于负荷侧资源的有效利用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (12)

1.一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，其特征在于，所述方法包括：

通过获取历史数据，并采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；

根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；

根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力；

所述通过获取历史数据，并采用回归分析法建立有载调节变压器低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度之前包括：

获取历史数据，并根据历史数据得到初始有效样本空间；

所述历史数据包括N_y年内有载调节变压器档位动作前后10-30分钟时间段内低压母线的电压和有功功率；

所述根据历史数据得到有效样本空间包括：

获得如下第m个时间场景下的初始有效样本空间：

{(U₀₁,P₀₁,U₁₁,P₁₁)；(U₀₂,P₀₂,U₁₂,P₁₂)；…；(U_0z,P_0z,U_1z,P_1z)}_m

其中，z为有载调节变压器档位调节总次数，k为有载调节变压器档位调节次数索引，k＝1,2，…,z；U_0z、P_0z分别表示有载调节变压器第z次档位调节前低压母线的电压和有功功率，U_1z、P_1z分别表示有载调节变压器第z次档位调节后低压母线的电压和有功功率；

所述采用回归分析法建立有载调节变压器低压母线负荷的电压响应模型包括：

有载调节变压器低压母线负荷的电压响应模型表示为：

其中，P是低压母线负荷的有功功率，Z_％、I_％、P_％分别为恒阻抗、恒电流和恒功率部分在低压母线负荷中占的比例，且满足Z_％+I_％+P_％＝1；U₀是有载调节变压器档位动作前低压母线的电压；U₁是有载调节变压器档位动作后的低压母线电压；P₀是有载调节变压器档位动作前低压母线的有功功率；

所述计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子包括：

根据以上有效样本空间和电压响应模型得到如下最新有效样本空间：

其中，X、Y为新的有效样本空间；

记系数矩阵C＝[Z_％，I_％，P_％]^T，采用最小二乘法对C进行估计，有：

C＝(X^TX)^-1X^TY

其中，T表示转置；

根据最新有效样本空间，将电压响应因子γ表示为：

γ＝Z_％(1-0.99²)+I_％(1-0.99)＝0.0199Z_％+0.01I_％。

2.根据权利要求1所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，其特征在于，计算有载调节变压器的电压调节灵敏度包括：

有载调节变压器第k次档位调节灵敏度S_{U_k}表示为：

S_{U_k}＝|U_{1_k}-U_{0_k}|/U_{0_k}

其中，U_{1_k}为有载调节变压器第k次档位调节后低压母线的电压；U_{0_k}为有载调节变压器第k次档位调节前低压母线的电压；

具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil表示为：

其中，N_{s_il}为历史数据中满足运行场景S(SP_i、SQ_l)的样本数，SP_i为第i个有功功率区间，SQ_l为第l个无功功率区间，P_k和Q_k分别为有载调节变压器第k次档位调节时的有功功率和无功功率。

3.根据权利要求2所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，其特征在于，所述根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力包括：

若出现以下任一方式，表明有载调节变压器不具备档位调节能力：

1)有载调节变压器出现某运行信息无效；

2)有载调节变压器当前档位已经达到最低档位；

3)有载调节变压器当前档位下调节一档时，中压母线电压或低压母线电压低于电压下限；

4)有载调节变压器当日动作次数达到日动作次数限值；

5)电压相应因子小于等于电压响应因子阈值；

6)对于并列运行的可控变压器，其中某台可控变压器为非有载调压或者闭锁时，除该台可控变压器之外的其它可控变压器当前不具备档位调节能力。

4.根据权利要求3所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，其特征在于，所述根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力包括：

根据有载调节变压器的运行场景、有功功率、无功功率、低压母线电压、档位状态、是否并列运行、与之并列运行的变压器是否可调以及当日档位动作次数计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力。

5.根据权利要求4所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，其特征在于，所述根据有载调节变压器运行信息计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力包括：

根据具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil计算具备档位调节能力的有载调节变压器档位每调节一档低压母线电压的变化值U_1s，有：

U_1s＝U₀(1+s_Uil)

根据U_1s将具备档位调节能力的有载调节变压器it档位每调节一档低压母线负荷的有功功率调节潜力P_{r_1s_it}表示为：

P_{r_1s_it}＝P₀-f(U_1s)

其中，f(U_1s)表示有载调节变压器档位调节一档后的低压母线负荷的有功功率，且

记变电站j内的当前具备档位调节能力的有载调节变压器数量为n_trj，于是变电站j的低压母线负荷的调节潜力P_{r_1s_st_j}表示为：

记区域内变电站数量为n_st，则区域负荷的调节潜力表示为：

其中，P_{r_1s_area}为区域负荷的调节潜力。

6.根据权利要求1所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析方法，其特征在于，所述时间场景包括春季工作日日间场景、春季工作日夜间场景、春季非工作日日间场景、春季非工作日夜间场景、夏季工作日日间场景、夏季工作日夜间场景、夏季非工作日日间场景、夏季非工作日夜间场景、秋季工作日日间场景、秋季工作日夜间场景、秋季非工作日日间场景、秋季非工作日夜间场景、冬季工作日日间场景、冬季工作日夜间场景、冬季非工作日日间场景和冬季非工作日夜间场景。

7.一种基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，其特征在于，所述装置包括：

计算模块，用于通过获取历史数据，并采用回归分析法建立低压母线负荷的电压响应模型，并计算当前时间场景下低压母线负荷的电压响应因子和有载调节变压器的电压调节灵敏度；

判断模块，用于根据低压母线负荷的电压响应因子判断有载调节变压器是否具备档位调节能力；

确定模块，用于根据有载调节变压器的电压调节灵敏度确定具备档位调节能力的有载调节变压器的负荷调节潜力；

所述装置还包括获取模块，用于获取历史数据，并根据历史数据得到初始有效样本空间；

所述历史数据包括N_y年内有载调节变压器档位动作前后10-30分钟时间段内低压母线的电压和有功功率；

所述计算模块具体用于：

获得如下第m个时间场景下的初始有效样本空间：

{(U₀₁,P₀₁,U₁₁,P₁₁)；(U₀₂,P₀₂,U₁₂,P₁₂)；…；(U_0z,P_0z,U_1z,P_1z)}_m

其中，z为有载调节变压器档位调节总次数，k为有载调节变压器档位调节次数索引，k＝1,2，…,z；U_0z、P_0z分别表示有载调节变压器第z次档位调节前低压母线的电压和有功功率，U_1z、P_1z分别表示有载调节变压器第z次档位调节后低压母线的电压和有功功率；

所述计算模块具体用于：

低压母线负荷的电压响应模型表示为：

其中，P是低压母线负荷的有功功率，Z_％、I_％、P_％分别为恒阻抗、恒电流和恒功率部分在低压母线负荷中占的比例，且满足Z_％+I_％+P_％＝1；U₀是有载调节变压器档位动作前低压母线的电压；U₁是有载调节变压器档位动作后的低压母线电压；P₀是有载调节变压器档位动作前低压母线的有功功率；

所述计算模块具体用于：

根据以上有效样本空间和电压响应模型得到如下最新有效样本空间：

其中，X、Y为新的有效样本空间；

记系数矩阵C＝[Z_％，I_％，P_％]^T，采用最小二乘法对C进行估计，有：

C＝(X^TX)^-1X^TY

其中，T表示转置；

根据最新有效样本空间，将电压响应因子γ表示为：

γ＝0.0199Z_％+0.01I_％。

8.根据权利要求7所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

有载调节变压器第k次档位调节灵敏度S_{U_k}表示为：

S_{U_k}＝|U_{1_k}-U_{0_k}|/U_{0_k}

其中，U_{1_k}为有载调节变压器第k次档位调节后低压母线的电压；U_{0_k}为有载调节变压器第k次档位调节前低压母线的电压；

具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil表示为：

其中，N_{s_il}为历史数据中满足运行场景S(SP_i、SQ_l)的样本数，SP_i为第i个有功功率区间，SQ_l为第l个无功功率区间，P_k和Q_k分别为有载调节变压器第k次档位调节时的有功功率和无功功率。

9.根据权利要求8所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，其特征在于，所述判断模块具体用于：

若出现以下任一方式，表明有载调节变压器不具备档位调节能力：

1)有载调节变压器出现某运行信息无效；

2)有载调节变压器当前档位已经达到最低档位；

3)有载调节变压器当前档位下调节一档时，中压母线电压或低压母线电压低于电压下限；

4)有载调节变压器当日动作次数达到日动作次数限值；

5)电压相应因子小于等于电压响应因子阈值；

6)对于并列运行的可控变压器，其中某台可控变压器为非有载调压或者闭锁时，除该台可控变压器之外的其它可控变压器当前不具备档位调节能力。

10.根据权利要求9所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

根据有载调节变压器的运行场景、有功功率、无功功率、低压母线电压、档位状态、是否并列运行、与之并列运行的变压器是否可调以及当日档位动作次数计算低压母线负荷的调节潜力和区域负荷的调节潜力。

11.根据权利要求10所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

根据具备档位调节能力的有载调节变压器的电压调节灵敏度s_Uil计算具备档位调节能力的有载调节变压器档位每调节一档低压母线电压的变化值U_1s，有：

U_1s＝U₀(1+s_Uil)

根据U_1s将具备档位调节能力的有载调节变压器it档位每调节一档低压母线负荷的有功功率调节潜力P_{r_1s_it}表示为：

P_{r_1s_it}＝P₀-f(U_1s)

其中，f(U_1s)表示有载调节变压器档位调节一档后的低压母线负荷的有功功率，且

记变电站j内的当前具备档位调节能力的有载调节变压器数量为n_trj，于是变电站j的低压母线负荷的调节潜力P_{r_1s_st_j}表示为：

记区域内变电站数量为n_st，则区域负荷的调节潜力表示为：

其中，P_{r_1s_area}为区域负荷的调节潜力。

12.根据权利要求11所述的基于历史数据的电压响应负荷调节潜力分析装置，其特征在于，所述时间场景包括春季工作日日间场景、春季工作日夜间场景、春季非工作日日间场景、春季非工作日夜间场景、夏季工作日日间场景、夏季工作日夜间场景、夏季非工作日日间场景、夏季非工作日夜间场景、秋季工作日日间场景、秋季工作日夜间场景、秋季非工作日日间场景、秋季非工作日夜间场景、冬季工作日日间场景、冬季工作日夜间场景、冬季非工作日日间场景和冬季非工作日夜间场景。

Images