基于支持向量机的配电网线损计算

毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 基 于 支 持 向 量 机 的 配 电 网 线 损计 算 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 论 文I基 于 支 持 向 量 机 的 配 电 网 线 损 计 算专 业 ： 电 气 工 程 及 其 自 动 化班 级 ： 电 气 101 班作 者 ：指 导 教 师 ： 职 称 ： 教 授答 辩 日 期 ： 2014-6-摘 要配 电 网 是 直 接 或 降 压 后 将 电 能 送 到 用 户 的 电 网 ， 是 电 力 网 的 末 端 。配 电 网 有 线 路 分 布 广 ， 电 压 等 级 低 ， 所 连 接 的 设 备 多 的 特 点 。 配 电 网 线损 计 算 是 配 电 管 理 和 运 行 的 一 项 重 要 任 务 。本 文 运 用 了 一 种 基 于 支 持 向 量 回 归 的 计 算 配 电 网 线 损 的 可 行 方 法 ,建立 了 配 电 网 线 损 计 算 的 支 持 向 量 回 归 模 型 。 针 对 有 代 表 性 的 配 电 线 路 的线 损 与 特 征 参 数 的 样 本 数 据 ， 利 用 支 持 向 量 回 归 的 拟 合 特 性 映 射 线 损 与特 征 参 数 之 间 复 杂 的 非 线 性 关 系 ， 找 出 配 电 线 路 的 线 损 随 特 征 参 数 变 化的 规 律 。 为 了 提 高 支 持 向 量 回 归 机 的 学 习 效 率 ， 采 用 样 本 分 类 处 理 的 方法 分 别 对 其 进 行 训 练 ， 使 的 计 算 结 果 更 加 符 合 实 际 。 同 时 ， 以 配 电 线 路数 据 为 实 例 ， 仿 真 结 果 验 证 了 所 提 的 方 法 和 模 型 的 有 效 性 和 实 用 性 。关 键 词 ： 电 力 系 统 ， 支 持 向 量 回 归 机 ， 线 损 计 算IIAbstractThe distribution network is a direct or voltage-drop net after the power grid of the power sent to the user,and also the end of the power grid. Distribution network lines widely distributed, low voltage level, the connected devices and more features. Distribution network line loss calculation is an important task of distribution management and operation.Aiming at power system, a feasible method is used for calculating the energy losses in distribution systems based on support vector regression (SVR)model. For representational samples of reflecting the relation between energy losses and characteristic parameter of distribution net, SVR method, due to its strong regression ability, is able to map complex non-linear relation between them, and find the rule of energy losses varying with characteristic parameter. In order to improve the learning accuracy of SVR model, a problem-specific scheme is performed to divide the samples into several clusters. Simulation verifies the validity and practicability of the proposed method.Keywords: power system, support vector regression, losses calculationIII目 录前 言 .1第 1 章 绪 论 .21.1 电 网 线 损 理 论 计 算 的 意 义 .21.2 配 电 网 线 损 计 算 研 究 现 状 .31.3 本 文 的 主 要 工 作 .4第 2 章 传 统 线 损 计 算 方 法 .62.1 均 方 根 电 流 法 .62.2 平 均 电 流 法 .72.3 最 大 电 流 法 .82.4 等 值 电 阻 法 .92.5 本 章 小 结 .10第 3 章 基 于 支 持 向 量 机 的 建 模 .113.1 统 计 学 习 理 论 基 础 .113.1.1 机 器 学 习 .113.1.2 经 验 风 险 最 小 化 .123.1.3 推 广 性 的 界 .133.2 支 持 向 量 机 .133.2.1 最 优 分 类 面 与 广 义 最 优 分 类 面 .133.2.2 支 持 向 量 机 回 归 .143.2.3 支 持 向 量 机 的 实 现 .163.3 支 持 向 量 机 线 损 计 算 .173.3.1 样 本 输 入 的 归 一 化 .173.3.2 核 函 数 的 选 取 .173.3.3 参 数 选 择 .18第 4 章 算 例 仿 真 过 程 .22IV4.1 基 于 支 持 向 量 机 配 电 网 线 损 的 计 算 过 程 .224.2 实 例 计 算 流 程 .224.3 MATLAB 程 序 仿 真 及 结 果 .244.4 数 据 分 类 .314.4.1 理 论 基 础 .314.4.2 分 类 算 法 流 程 .334.5 结 果 分 析 .39第 5 章 总 结 与 展 望 .41致 谢 .42参 考 文 献 .43附 录 .451前 言线 损 是 电 能 在 电 力 网 传 输 过 程 中 所 产 生 的 损 耗 ， 它 是 电 力 部 门 的 一项 重 要 的 技 术 经 济 指 标 ， 是 衡 量 电 力 企 业 管 理 水 平 的 主 要 指 标 之 一 ， 也是 电 力 系 统 规 划 设 计 水 平 、 生 产 技 术 水 平 和 经 营 管 理 水 平 的 综 合 反 映 。电 力 网 中 电 能 的 损 失 与 线 路 的 结 构 、 负 载 和 管 理 有 关 。 通 过 开 展 线 损 的计 算 与 分 析 ， 可 以 找 出 影 响 损 失 的 主 要 因 素 ， 从 而 把 不 合 理 的 电 能 损 失减 少 到 最 小 以 确 保 取 得 最 佳 的 降 耗 目 标 和 经 济 效 益 。配 电 网 理 论 线 损 计 算 方 法 ， 主 要 分 为 两 类 ： 一 类 是 依 据 网 络 主 要 损耗 元 件 的 物 理 特 征 建 立 的 各 种 等 值 模 型 算 法 ； 另 一 类 是 根 据 馈 线 数 据 建立 的 各 种 统 计 模 型 和 神 经 网 络 模 型 等 算 法 。 电 压 等 级 较 低 的 配 电 网 ， 运行 数 据 和 结 构 参 数 的 收 集 整 理 很 困 难 ,无 法 采 用 潮 流 法 计 算 ， 则 要 求 简 化计 算 方 法 ， 以 便 减 少 人 力 、 物 力 而 又 能 达 到 所 接 受 的 准 确 度 。 针 对 这 种精 度 要 求 不 太 高 情 况 ， 目 前 采 用 回 归 分 析 方 法 和 神 经 网 络 模 型 计 算 配 电网 线 损 的 方 法 得 到 一 些 研 究 。 回 归 分 析 法 是 一 种 建 立 在 数 理 统 计 理 论 基础 上 的 统 计 方 法 ， 它 寻 求 的 是 因 变 量 (线 损 )与 自 变 量 (特 征 参 数 )之 间 的 线性 关 系 。 神 经 网 络 具 有 高 度 的 非 线 性 处 理 能 力 ， 可 以 拟 合 配 电 线 路 的 线损 与 特 征 参 数 之 间 复 杂 的 非 线 性 关 系 ， 这 两 种 方 法 简 洁 实 用 ， 无 需 建 立复 杂 的 数 学 关 系 式 和 进 行 大 量 计 算 。 但 这 些 方 法 也 存 在 一 定 的 局 限 性 ，回 归 分 析 法 方 法 需 要 有 大 量 数 据 ， 数 据 少 则 难 以 找 出 统 计 规 律 ， 且 对 不同 的 配 电 网 结 构 不 具 有 通 用 性 。随 着 Vapnik 等 人 提 出 的 统 计 学 习 理 论 不 断 发 展 和 成 ， 统 计 学 习 理 论开 始 受 到 越 来 越 广 泛 的 重 视 ， 并 在 此 理 论 框 架 下 产 生 了 支 持 向 量 机2（ SVM） 这 一 新 的 通 用 机 器 学 习 方 法 。 这 种 方 法 ， 泛 化 能 力 强 ， 适 用 于小 样 本 。 本 文 尝 试 用 这 种 新 的 统 计 学 习 方 法 ， 支 持 向 量 回 归 (SVR)来 进行 配 电 网 线 损 计 算 与 分 析 。第 1 章 绪 论1.1 电 网 线 损 理 论 计 算 的 意 义近 几 年 来 ， 国 家 十 分 重 视 电 力 建 设 ， 相 继 实 施 了 农 村 和 城 市 电 网 的 建 设与 改 造 工 程 ， 我 国 电 力 事 业 迅 速 发 展 ， 进 入 了 一 个 崭 新 的 发 展 时 期 ， 为 保证 经 济 发 展 和 各 项 事 业 进 步 提 供 了 强 大 的 电 力 保 障 。 随 着 经 济 快 速 发 展 ，电 力 需 求 日 益 增 大 ， 经 出 现 电 力 供 应 不 足 的 局 面 ， 近 年 来 许 多 省 份 出 现 限电 情 况 。 在 各 级 电 力 网 电 能 损 耗 占 比 例 来 看 ，地 方 10kV 及 以 下 线 损 电 量 一 般 占 到总 损 耗 电 能 的 45% 60%， 10kV 及 以 下 电 网 的 降 损 工 作 一 直 是 地 区 电 力 局 降 损 工作 的 重 点 。 目 前 的 情 况 是 ， 一 方 面是 电 力 供 应 不 足 ， 另 一 方 面 是 配 电 网 存 在 较高 的 电 能 损 耗 。 通 过 配 电 网 理 论 线 损 计 算 ， 优 化 配 电 网 结 构 ， 确 定 配 电 网 最佳 运 行 方 式 和 经 济 调 度 ， 降 低 配 电 网 电 能 损 耗 ， 节 约 资 源 ， 提 高 供 电 能 力 ，具 有 重 大 大 意 义 。配电网是指直接为用户服务的那一部分电力系统，一般是指从110kV/10kV 或 35kV/10kV 降压电站的 10kV 线路出口至用户端。配电网作为电力网的末端，其电压等级低、直接与用户连接、线路分布广、连接设备多，因此系统存在着较大的阻抗，导致电能在转换、输送、分配过程中不可避免地伴随着大量的损耗。据统计，配电网线损占整个电网能量的5%，构成配电网线损的成分较多，对配网线损进行全面的理论分析，目的在于对线损中的各个组成部分的构成情况及所处位置进行研究，找出对有较大降损潜力组成部分的降损措施，为制定科学有效的长期降损规划提供3正确的理论依据。因此，对电配网线损的理论计算和分析研究很有必要，具有很大的实用价值。本 毕 业 设 计 将 基 于 支 持 向 量 机 (SVM)研 究 中 压 配 电 网 准 确 、 快 速 而简 便 的 线 损 计 算 方 法 。 但 由 于 配 电 网 结 构 的 复 杂 性 、 参 数 多 样 性 和 资 料不 完 善 以 及 缺 乏 实 时 监 控 设 备 等 因 素 ， 准 确 计 算 配 电 网 理 论 线 损 比 较 困难 ， 一 直 是 个 难 题 。 为 解 决 这 一 难 题 ， 众 多 科 研 工 作 者 从 理 论 到 实 践 不断 深 入 研 究 配 电 网 理 论 线 损 计 算 方 法 ， 希 望 研 究 出 更 加 适 合 配 电 网 理 论线 损 计 算 的 新 方 法 ， 更 加 快 速 、 准 确 地 计 算 配 电 网 理 论 线 损 ， 满 足 电 力部 门 配 电 网 线 损 的 分 析 和 管 理 需 要 。1.2 配 电 网 线 损 计 算 研 究 现 状（1）国内发展现状 在 我 国 国 内 对 于 此 项 理 论 的 研 究 也 是 非 常 多 的 ， 但 这 些 研 究 活 动 都是 在 近 几 年 才 逐 步 发 展 起 来 的 ， 我 国 也 曾 有 诸 多 学 者 和 专 家 发 表 了 多 篇的 相 关 理 论 文 章 ， 将 他 们 进 行 整 理 起 来 进 行 计 算 和 评 估 ， 发 现 我 国 对 电力 线 损 的 计 算 主 要 有 传 统 算 法 、 新 的 潮 流 式 计 算 方 法 和 其 他 的 一 些 算】【 1法 ， 传 统 的 配 电 网 理 论 线 损 计 算 方 法 ： 均 方 根 电 流 法 ， 最 大 电 流】 【 32法 ， 平 均 电 流 法 ， 等 值 电 阻 法 。 改 进 的 潮 流 算 法 ： 前 推 回 代 潮 流 计 算 法 ，牛 顿 法 和 改 进 牛 顿 法 ， 改 进 快 速 解 耦 法 ， 动 态 潮 流 法 。 新 算 法 ： 遗 传 算法 与 人 工 神 经 网 络 算 法 ， 基 于 区 间 算 法 ， 模 糊 识 别 算 法 。电 网 线 损 理 论 按 管 理 应 分 为 省 地 局 和 县 区 级 两 部 分 ， 按 电 网 的 不 同特 点 ， 对 35KV 以 上 输 电 网 和 6-10KV 配 电 网 分 别 采 用 不 同 的 计 算 方 法 。输 电 网 采 用 完 整 的 负 荷 数 据 进 行 潮 流 计 算 得 到 网 损 结 果 。 由 于 配 电 网 为辐 射 状 结 构 ， 线 路 r/x 比 值 较 大 等 因 素 ， 决 定 了 其 潮 流 计 算 方 法 不 同 于 输电 网 。 由 于 配 电 网 负 荷 数 据 不 全 ， 运 行 方 式 复 杂 多 样 化 ， 因 此 很 多 时 候采 用 网 络 简 化 和 负 荷 简 化 方 法 ， 近 似 计 算 配 电 网 线 损 。4（ 2） 国外发展现状 配 电 网 理 论 线 损 计 算 的 方 法 在 世 界 上 早 有 人 开 始 研 究 ， 这 一 研 究 最 早是 在 上 世 纪 30 年 代 左 右 ， 由 诸 多 个 外 国 电 力 专 家 组 成 小 组 来 研 究 影 响 电能 输 送 损 耗 的 情 况 ， 他 们 通 过 数 学 模 型 的 方 式 结 合 电 力 设 备 的 实 际 部 件 ，并 以 高 速 运 算 的 PC 电 脑 作 为 计 算 工 具 来 企 图 加 快 对 这 一 方 法 的 研 究 ，并 将 实 际 利 率 结 果 运 用 到 实 际 操 作 中 。 在 配 网 自 动 化 以 及 高 级 应 用 软 件 方面 ， 国 外 研 究 的 热 点 是 网 络 化 、 集 成 化 、 智 能 化 对 于 线 损 计 算 ， 国 外 现 在 研究 的 重 点 多 是 对 线 损 的 分 析 降 损 措 施 与 方 法 研 究 ， 如 ：以 线 损 为 目 标 的 配 电网 网 络 重 构 ， 无 功 优 化 、 补 偿 电 容 投 放 位 置 的 确 定 等 问 题 ，其 中 涉 及 到 的 线 损问 题 大 都 转 化 为 功 率 损 耗 问 题 ， 以 潮 流 计 算 的 方 法 来 求 解 。依 据 网 络 主 要 损 耗 元 件 的 物 理 特 征 建 立 的 各 种 等 值 模