配电网处理方法和装置与流程

本发明涉及电力系统规划领域，具体而言，涉及一种配电网处理方法和装置。

背景技术：

北京作为中国首都率先开展了煤改电工程，以实现冬季清洁供暖，缓解北京大气污染。北京地区目前针对城区以外地区主要推广空气源热泵一类分布式电采暖设备，该类设备能效高，单位面积供暖所需的负荷密度较低。

针对空气源热泵的用电特性研究，相关技术中，主要针对空气源热泵的启动、稳态及室内外气温波动下的暂态特性进行了仿真建模，并重点关注了能量转换效率与加热效果。日常应用中，空气源热泵的工作环境主要是居民建筑与写字楼，在研究中需要考虑保温与通风因素与加热效率。考虑到综合能源利用效率与供热成本，相关技术还研究了太阳能辅助加热或光伏供电加热的互补运行模式，力图减少电能使用。北京地区为了减少分布式电采暖规模化应用对电网电量平衡的影响，实施了峰谷电价，在夜间9点开始实施优惠电价，但此时由于大量空气源热泵同时启动，仍然容易对电网的稳定性造成冲击，进而严重影响了电网的安全稳定运行。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种配电网处理方法和装置，以至少解决规模化空气源热泵启动影响电网的安全稳定运行的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种配电网处理方法，包括：通过特性模型，获取预定类型的空气源热泵的启动特性，其中，所述特性模型为使用多组训练数据通过机器学习训练得到的，所述多组训练数据中的每组训练数据均包括：空气源热泵的类型和与该类型对应的空气源热泵的启动特性；根据获取的所述启动特性，确定在所述配电网中规模化分布所述预定类型的所述空气源热泵的影响结果；根据确定的所述影响结果，对存在所述预定类型的所述空气源热泵的配电网进行改造处理。

可选的，获取所述预定类型的所述空气源热泵的启动特性包括：采用蒙特卡洛模拟方法，对预定数量的所述预定类型的所述空气源热泵同时启动场景进行模拟，得到所述预定数量的所述空气源热泵的共同工作启动特性，其中，所述预定数量为大于等于2的自然数。

可选的，所述预定数量的所述预定类型的所述空气源热泵同时启动时的参数服从正态分布，其中，所述参数包括以下至少之一：启动同时率，启动延迟时间。

可选的，根据获取的所述启动特性，确定在所述配电网中规模化分布所述预定类型的所述空气源热泵的影响结果包括：在采用启动冲击电流表述所述启动特性，采用启动有功功率，启动无功功率表述所述影响结果的情况下，依据所述启动冲击电流，确定所述预定类型的所述空气源热泵的启动有功功率和启动无功功率。

可选的，所述预定类型包括以下至少之一：定频空气源热泵，变频空气源热泵。

可选的，根据确定的所述影响结果，对存在所述预定类型的所述空气源热泵的配电网进行改造处理包括：在确定的所述影响结果表明：变频空气源热泵启动的平缓度高于定频空气源热泵的平缓度时，增加所述配电网中所述变频空气源热泵占整个空气源热泵的比例。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种配电网处理装置，包括：获取模块，用于通过特性模型，获取预定类型的空气源热泵的启动特性，其中，所述特性模型为使用多组训练数据通过机器学习训练得到的，所述多组训练数据中的每组训练数据均包括：空气源热泵的类型和与该类型对应的空气源热泵的启动特性；确定模块，用于根据获取的所述启动特性，确定在所述配电网中规模化分布所述预定类型的所述空气源热泵的影响结果；处理模块，用于根据确定的所述影响结果，对存在所述预定类型的所述空气源热泵的配电网进行改造处理。

可选的，所述获取模块包括：得到单元，用于采用蒙特卡洛模拟方法，对预定数量的所述预定类型的所述空气源热泵同时启动场景进行模拟，得到所述预定数量的所述空气源热泵的共同工作启动特性，其中，所述预定数量为大于等于2的自然数。

可选的，所述预定数量的所述预定类型的所述空气源热泵同时启动时的参数服从正态分布，其中，所述参数包括以下至少之一：启动同时率，启动延迟时间。

可选的，所述确定模块包括：确定单元，用于在采用启动冲击电流表述所述启动特性，采用启动有功功率，启动无功功率表述所述影响结果的情况下，依据所述启动冲击电流，确定所述预定类型的所述空气源热泵的启动有功功率和启动无功功率。

可选的，所述预定类型包括以下至少之一：定频空气源热泵，变频空气源热泵。

可选的，所述处理模块包括：增加单元，用于在确定的所述影响结果表明：变频空气源热泵启动的平缓度高于定频空气源热泵的平缓度时，增加所述配电网中所述变频空气源热泵占整个空气源热泵的比例。

在本发明实施例中，采用根据空气源热泵的预定类型对配电网进行改造处理的方式，通过特性模型获取预定类型的空气源热泵的启动特性，并根据获取的启动特性，确定在配电网中规模化分布预定类型的空气源热泵的影响结果，达到了根据确定的影响结果，对存在预定类型的空气源热泵的配电网进行改造处理的目的，从而实现了为推进规模化分布式电采暖的配电运维与改造工作提供了依据的技术效果，进而解决了规模化空气源热泵启动影响电网的安全稳定运行的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的配电网处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的变频空气源热泵的驱动结构图；

图3是根据本发明实施例的定频空气源热泵的启动特性图；

图4是根据本发明实施例的变频空气源热泵的启动特性图；

图5是根据本发明优选实施方案的一种规模化空气源热泵启动模拟算例的台区低压拓扑结构图；

图6是根据本发明优选实施方案的模拟算例的定频空气源热泵模拟情况示意图；

图7是根据本发明优选实施方案的模拟算例的变频空气源热泵模拟情况示意图；

图8是根据本发明实施例的配电网处理装置的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的配电网处理装置的获取模块82的结构示意图；

图10是根据本发明实施例的配电网处理装置的确定模块84的结构示意图；

图11是根据本发明实施例的配电网处理装置的处理模块86的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种配电网处理的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的配电网处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，通过特性模型，获取预定类型的空气源热泵的启动特性，其中，特性模型为使用多组训练数据通过机器学习训练得到的，多组训练数据中的每组训练数据均包括：空气源热泵的类型和与该类型对应的空气源热泵的启动特性；

步骤s104，根据获取的启动特性，确定在配电网中规模化分布预定类型的空气源热泵的影响结果；

步骤s106，根据确定的影响结果，对存在预定类型的空气源热泵的配电网进行改造处理。

通过上述步骤，可以实现在本发明实施例中，采用根据在配电网中规模化分布预定类型的空气源热泵的影响结果，对配电网进行改造处理的方式，即通过特性模型获取预定类型的空气源热泵的启动特性，并根据获取的启动特性，确定在配电网中规模化分布预定类型的空气源热泵的影响结果，达到了根据确定的影响结果，对存在预定类型的空气源热泵的配电网进行改造处理的目的，从而实现了为推进规模化分布式电采暖的配电运维与改造工作提供了依据的技术效果，进而解决了规模化空气源热泵启动影响电网的安全稳定运行的技术问题。

上述特性模型是通过机器学习训练得到的，通过机器学习的方式对多组训练数据进行训练，其中，每组训练数据均包括：空气源热泵的类型和与该类型对应的空气源热泵的启动特性。因此，通过训练后得到特性模型，可以根据的输入该模型的空气源热泵的类型，输出与该类型对应的空气源热泵的启动特性，且上述空气源热泵的类型与空气源热泵的启动特性是一一对应的关系。通过该模型可以大大提高获取预定类型的空气源热泵的启动特性的速度和准确性，进一步提高了对存在预定类型的空气源热泵的配电网进行改造处理的效率。

其中，空气源热泵的预定类型可以为定频空气源热泵或变频空气源热泵或其他，此处不做限制。因使用范围广泛，可选的，本实施例首先以定频空气源热泵和变频空气源热泵为例，获取空气源热泵的启动特性：

(一)定频空气源热泵启动特性

定频空气源热泵的机械特性方程如式(1)所示，其所接机械设备为谷轮空气压缩机，电机类型为异步电动机，电气特性方程如式(2)所示，

式(1)中te为电磁转矩，tm为工作机械转矩，空气压缩机在启动前转速为0，此时te应大于电机启动的静止摩擦转矩t0和完成空气压缩所需要的转矩tm，在此情况下电动机转轴加速直至达到额定转速附近。

te的产生与电机内部电气参数相关，如式(2)所示，其中p为电动机极对数，为所加电压，s为转差率，r'2为转子侧等值电阻，f1为电网频率，r1为定子侧等值电阻，x1为定子侧等值电抗，x2’为转子侧等值电抗。公式(2)中由te与r'2、x'2的关系可知，在异步电动机启动过程中，由于从静止状态堵转开始运行，定子侧阻抗值较低，需要较大启动电流。

(二)变频空气源热泵启动特性

图2是根据本发明实施例的变频空气源热泵的驱动结构图，如图2所示，变频空气源热泵功率可以为4kw，由低压电网单相供电，通过交直交驱动器为伺服电机提供电能，在交-直变换中一般采用全桥不控整流，通过直流电容可稳定脉动直流电压，而在直-交转换中，通过基于igbt的全控三相功率变换器可直接控制输出电压的幅值与频率，并间接控制电机转速，在室内温度与设定温度偏差较大的情况时提高转速增大制冷或制热功率，反之则降低转速，减少制冷或制热功率。制冷或制热功率的控制根据用户需求与室内外温差的变化而定，改变了定频空调断续工作的状态，较少了电机的启停次数，有利于节能与增加设备使用寿命。

其中，图2所示拓扑为交直交结构，功率波动中所需无功由直流电容器提供，所需有功pe可由式(3)计算得到，v1和v2分别为启动前与启动时的直流母线电压，im为电机侧电流，ir为整流器侧电流，t为启动时间。由于变频空气源热泵所采用的伺服电机由电压源型驱动器驱动，直流电压可控，因此可以有效抑制启动电流，降低启动短暂时间内的功率需求。

通过上述原理性分析，可以获取两种类型空气源热泵理论上的启动特性，但由于实际中需要应对规模化的空气源热泵的启动对电网的影响，其中，可能会存在多个空气源热泵同时启动的情况，由上述分析对比可知，空气源热泵启动的瞬时功率与空气源热泵电动机特性有着较大关系，在同一变压器台区下，如果多台设备同时启动可能造成变压器的瞬时过载与电压跌落。例如，针对北京来说，在北京大规模推广的城郊煤改电工程中，考虑煤改电负荷的季节性变化与日负荷变化，多采用非晶变压器，其空载损耗低，但过载能力不足。

可选的，获取预定类型的空气源热泵的启动特性可以采用多种方式，例如，可以采用蒙特卡洛模拟方法，对预定数量的预定类型的空气源热泵同时启动场景进行模拟，得到预定数量的空气源热泵的共同工作启动特性，其中，预定数量为大于等于2的自然数。

针对规模化空气源热泵接入配电变压器低压侧的启动支撑能力评估需求，考虑未来配网增容改造的合理评估与运行控制的安全分析要求，上述优选实施方案以单体空气源热泵启动特性为基础，采用蒙特卡洛模拟方法，计算得到两种类型的台区多台空气源热泵共同工作启动特性。蒙特卡洛模拟方法是一种以概率和统计理论方法为基础的计算方法，因它能够真实地模拟实际物理过程，故模拟结果解决的问题可以与实际非常的符合。故通过蒙特卡洛模拟方法对预定数量的预定类型的空气源热泵同时启动的场景进行模拟，实现了对该场景模拟精准度的提升。

优选的，考虑到实际电力系统和单体空气源热泵的用电特性，上述预定数量的预定类型的空气源热泵同时启动时的参数服从正态分布，其中，参数可以包括以下至少之一：启动同时率，启动延迟时间。在模拟中，可以设定定频空气源热泵的启动同时率与启动延迟时间分别服从(μ1，σ1)，(μ2，σ2)的正态分布，变频空气源热泵的启动同时率与启动延迟时间分别服从(μ3，σ3)，(μ3，σ3)的正态分布，其中，两种类型的正态分布范围可以相同，也可以不同。

根据规模化空气源热泵启动时对配电网可能造成的影响，优选的，根据获取的启动特性，确定在配电网中规模化分布预定类型的空气源热泵的影响结果可以包括：在采用启动冲击电流表述启动特性，采用启动有功功率，启动无功功率表述影响结果的情况下，依据启动冲击电流，确定预定类型的空气源热泵的启动有功功率和启动无功功率。通过对启动有功功率和启动无功功率的分析，可以判断出规模化空气源热泵启动时对配电网的冲击大小，进而做出配电网改造处理优化方案。

优选的，预定类型可以包括以下至少之一：定频空气源热泵，变频空气源热泵。因使用范围广泛，上述优选实施方案已对两种类型空气源热泵启动特性进行了原理分析，而因解析模型在关键参数辨识上存在困难，故本优选实施方案对定频与变频空气源热泵工作特性进行实测，进而更为准确的量化启动特性。

定频空气源热泵的铭牌参数如表1所示。图3是根据本发明实施例的定频空气源热泵的启动特性图，如图3所示，其中功率变化曲线较好的反映了式(1)与式(2)中的模型，在启动中有功与无功均出现了较大的冲击电流，一方面用于建立磁场，另一方面反映了电机旋转前的堵转电流，由于启动中同时具有有功功率与无功功率冲击，通过降压、串联电阻或星三角变换等常规手段较难应对。

表1定频空气源热泵基本参数

变频空气源热泵的铭牌参数如表2所示。图4是根据本发明实施例的变频空气源热泵的启动特性图，如图4所示，其功率变化曲线反映了变频空气源热泵在驱动器这一电力电子功率变换设备驱动下的平滑启动，在有功与无功功率上均未出现越限情况，实现了平衡启动。

表2变频空气源热泵基本参数

由上述分析对比可知，空气源热泵启动的瞬时功率与空气源热泵电动机特性有着较大关系，如定频空气源热泵所采用的异步电机其瞬时有功功率可达到额定功率的4倍，总电流值可达到7倍，而变频空气源热泵的变化则较为平缓，因此两种类型的空气源热泵启动时对配电网影响区别较大。

故基于上述对定频与变频两种空气源热泵工作特性的原理性分析和实测，根据确定的影响结果，对存在预定类型的空气源热泵的配电网进行改造处理可以包括：在确定的影响结果表明：变频空气源热泵启动的平缓度高于定频空气源热泵的平缓度时，增加配电网中变频空气源热泵占整个空气源热泵的比例。即定频空气源热泵采用异步电动机驱动，启动电流大，故需要将变频空气源热泵逐步替换定频热泵进行推广应用。

根据本发明实施例，还提供了一种规模化空气源热泵启动模拟算例。图5是根据本发明优选实施方案的一种规模化空气源热泵启动模拟算例的台区低压拓扑结构图，该模拟算例以北京市内以空气源热泵为主要设备的某一台区低压配电网为研究对象，设定每户接入空气源热泵，以定频与变频两种情况分别模拟。

以上述优选实施例中定频及变频两种类型空气源热泵实测曲线为基础，设定定频空气源热泵的启动同时率与启动延迟时间分别服从(0.8，0.4)，(0.5，0.2)的正态分布，变频空气源热泵的启动同时率与启动延迟时间分别服从(0.6，0.4)，(0.5，0.2)的正态分布。在模拟中定频空气源热泵由于采用断续启停的工作方式，在优惠电价开始时刻同时率较高，而变频空气源热泵由于采用闭环控制，根据各个居室条件控制输出功率，所以同时率相对较低。而二者由于均采用微控制器，时间精度驱动，故均值设定在0.5秒。

针对两种空气源热泵设定的启动同时率与启动延时的分布规律，对所选台区内空气源热泵的启动过程进行了模拟，图6是根据本发明优选实施方案的模拟算例的定频空气源热泵模拟情况示意图，图7是根据本发明优选实施方案的模拟算例的变频空气源热泵模拟情况示意图。

如图6、图7所示，由对台区定频与变频两种类型空气源热泵启动特性的蒙特卡洛模拟结果分析，定频空气源热泵虽然价格较为低廉，但启动冲击大，启动有功功率与无功功率变化幅度均较大，而变频空气源热泵则可以实现平缓启动，故根据该模拟算例的分析，综合考虑配电设施投资费用与运行安全，可以在未来逐步增加变频空气源热泵所占比例。进而对配电网的供电稳定性提供保障。

根据本发明实施例，还提供了一种配电网处理的装置，图8是根据本发明实施例的配电网处理装置的结构示意图，如图8所示，该装置包括：获取模块82，确定模块84，处理模块86。下面对该配电网处理装置进行说明。

获取模块82，用于通过特性模型，获取预定类型的空气源热泵的启动特性，其中，特性模型为使用多组训练数据通过机器学习训练得到的，多组训练数据中的每组训练数据均包括：空气源热泵的类型和与该类型对应的空气源热泵的启动特性；

确定模块84，连接于上述获取模块82，用于根据获取的启动特性，确定在配电网中规模化分布预定类型的空气源热泵的影响结果；

处理模块86，连接于上述确定模块84，用于根据确定的影响结果，对存在预定类型的空气源热泵的配电网进行改造处理。

图9是根据本发明实施例的配电网处理装置的获取模块82的结构示意图，如图9所示，该获取模块82包括：得到单元92。下面对该获取模块82进行说明。

得到单元92，用于采用蒙特卡洛模拟方法，对预定数量的预定类型的空气源热泵同时启动场景进行模拟，得到预定数量的空气源热泵的共同工作启动特性，其中，预定数量为大于等于2的自然数。

其中，预定数量的预定类型的空气源热泵同时启动时的参数服从正态分布，其中，参数包括以下至少之一：启动同时率，启动延迟时间。

图10是根据本发明实施例的配电网处理装置的确定模块84的结构示意图，如图10所示，该确定模块84包括：确定单元102。下面对该确定模块84进行说明。

确定单元102，用于在采用启动冲击电流表述启动特性，采用启动有功功率，启动无功功率表述影响结果的情况下，依据启动冲击电流，确定预定类型的空气源热泵的启动有功功率和启动无功功率。

其中，上述预定类型可以包括以下至少之一：定频空气源热泵，变频空气源热泵。

图11是根据本发明实施例的配电网处理装置的处理模块86的结构示意图，如图11所示，该处理模块86包括：增加单元112。下面对该处理模块86进行说明。

增加单元112，用于在确定的影响结果表明：变频空气源热泵启动的平缓度高于定频空气源热泵的平缓度时，增加配电网中变频空气源热泵占整个空气源热泵的比例。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述任意一项的配电网处理方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的配电网处理方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。