基于模糊聚類和最短路徑的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊聚類和最短路徑的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法。首先，采用基于準(zhǔn)則函數(shù)的隨機(jī)聚類方法對(duì)由潮流追蹤所獲得的所有線路功率構(gòu)成進(jìn)行分類而獲得故障或過載支路的并行支路集構(gòu)成初始關(guān)鍵輸電斷面，以避免由于人為給定分類數(shù)的不恰當(dāng)所產(chǎn)生的多選及漏選問題；對(duì)初始關(guān)鍵輸電斷面中的每一支路，依次從故障或過載線路的一端開始搜索包括相應(yīng)支路到故障或過載支路另一端的最短路徑，在該路徑上所有與故障或過載支路潮流方向相同的支路構(gòu)成了關(guān)鍵輸電斷面所有候選支路；候選支路再經(jīng)功率分布因子校核計(jì)算即可確定為最后的關(guān)鍵輸電斷面支路，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵輸電斷面的快速搜索。
【專利說明】基于模糊聚類和最短路徑的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，尤其涉及一種基于模糊聚類和最短路徑實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，屬于電力系統(tǒng)分析【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于近些年國內(nèi)外重大電網(wǎng)故障的分析表明，因線路故障或過載而切除之后所產(chǎn)生的連鎖線路切除是造成電網(wǎng)事故擴(kuò)大甚至系統(tǒng)崩潰的重要原因，其之所以發(fā)生是由于故障或過載線路切除之后導(dǎo)致與該線路傳輸功率同向的線路傳輸功率過載而被相繼切除，使得事故擴(kuò)大。如果能事先探測(cè)到因事故或過載線路切除而會(huì)產(chǎn)生傳輸功率重大改變的線路及斷面，并對(duì)其采取重調(diào)甚至切負(fù)荷等措施，則可以避免發(fā)生線路連鎖跳閘的情況。
[0003]因此，如何快速地辨識(shí)并搜索出因故障或過載線路跳閘切除而導(dǎo)致傳輸功率明顯變化的輸電線路及輸電斷面(簡(jiǎn)稱關(guān)鍵輸電斷面)，已成為備受廣大電力工程技術(shù)人員關(guān)注及其亟待解決的問題之一。
[0004]近年來，有不少文獻(xiàn)就關(guān)鍵輸電斷面的快速搜索與辨識(shí)方法進(jìn)行了研究。其中，趙峰等人在論文《基于電氣分區(qū)的輸電斷面及其自動(dòng)發(fā)現(xiàn)》(刊載于《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》2011年第5期)中采用以下方法:基于區(qū)間并行輸電斷面(與初始輸電斷面功率構(gòu)成相近，并且在同一回路中潮流方向相反的輸電斷面)及電氣距離，先簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行分區(qū)，然后通過可達(dá)矩陣進(jìn)行邏輯運(yùn)算判斷關(guān)鍵輸電斷面。謝開貴等人在論文《基于有向通路的潮流跟蹤新方法》(刊載于《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》2001年第11期)中，基于潮流追蹤技術(shù)來辨識(shí)關(guān)鍵輸電斷面。該方法首先采用潮流追蹤技術(shù)獲得所有線路的功率構(gòu)成，然后采用差離平方和法對(duì)線路進(jìn)行聚類，得到線路的并行輸電斷面。該方法具有比較高的辨識(shí)率；但是聚類時(shí)由于需要人工選擇閾值確定樣本分類數(shù)，若閾值選擇不恰當(dāng)則直接影響分類結(jié)果的合理性及準(zhǔn)確性，不可避免地存在線路漏選或多選問題。
[0005]當(dāng)前，很有代表性的一類方法是基于最短路徑法確定關(guān)鍵輸電斷面。所謂最短路徑是指從故障或過載支路的一個(gè)端點(diǎn)到達(dá)另一端點(diǎn)電氣距離最小的連續(xù)支路組。倪宏坤等人在論文《基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理分支界限算法的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法》(刊載于《華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》2009年第4期)中認(rèn)為，當(dāng)故障支路或過載支路跳閘之后，最短路上的所有支路相對(duì)于其它支路具有更大的可能性跳閘，故認(rèn)為最短路上的支路組即為關(guān)鍵輸電斷面。由于最短路支路組的總電氣距離最小，其上與故障或過載支路功率方向同向的支路確實(shí)是關(guān)鍵輸電斷面中的支路，但功率方向相反的支路卻不是關(guān)鍵輸電斷面中的支路；另外，若只關(guān)注最短路上的支路，很可能造成很多支路的漏選。柴登峰等人在論文《前N條最短路徑問題的算法及應(yīng)用》(刊載于《浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)》2002年第5期)中提出了基于前k次最短路徑的關(guān)鍵輸電斷面辨識(shí)方法，以克服只在最短路徑上尋找輸電斷面所產(chǎn)生的支路漏選問題；如何合理地確定k值是該類方法的關(guān)鍵，當(dāng)前基本上是憑經(jīng)驗(yàn)公式確定，若選擇的不恰當(dāng)，既可能多選支路，也可能漏選支路。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于模糊聚類和最短路徑的電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面搜索方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0008]一種基于模糊聚類和最短路徑的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:基于電力系統(tǒng)有功潮流形成有向圖，確定順流、逆流節(jié)點(diǎn)順序，計(jì)算發(fā)電機(jī)對(duì)線路的貢獻(xiàn)功率和負(fù)荷對(duì)線路的汲取功率，得到所有線路的功率構(gòu)成向量；
[0010]步驟2:基于所有線路的功率構(gòu)成向量，采用劃分熵指數(shù)為準(zhǔn)則函數(shù)的模糊聚類方法來確定故障或過載線路的并行輸電斷面，所述并行輸電斷面與過載線路同屬一類的線路一起組成過載線路的初始輸電斷面；
[0011]步驟3:基于最短路徑對(duì)步驟2所述的初始輸電斷面的每條線路進(jìn)行如下判別，找到同時(shí)包含待定線路和過載線路的最短路徑，并確定最短回路中的候選關(guān)鍵支路；
[0012]步驟4:計(jì)算故障或過載支路切除之后候選關(guān)鍵輸電斷面中的每一支路的功率分布因子，若大于設(shè)定值，則保留該線路為關(guān)鍵輸電斷面支路；否則，刪除該線路，最終的線路集合即構(gòu)成關(guān)鍵輸電斷面。
[0013]其中較優(yōu)地，所述步驟I進(jìn)一步包括:
[0014]步驟11:對(duì)于發(fā)電機(jī)數(shù)為NG，負(fù)荷為NL，支路數(shù)為NB的電網(wǎng)系統(tǒng)，基于系統(tǒng)潮流計(jì)算形成有向圖，得到節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)矩陣；建立發(fā)電機(jī)對(duì)線路潮流貢獻(xiàn)因子矩陣Kle和負(fù)荷對(duì)線路潮流汲取因子矩陣Ku ；
[0015]步驟12:計(jì)算線路j傳輸功率中發(fā)電機(jī)i的貢獻(xiàn)功率Pe1-j和負(fù)荷m的汲取功率P...J-Lm.
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于模糊聚類和最短路徑的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:基于有功潮流形成有向圖，確定順流、逆流節(jié)點(diǎn)順序，計(jì)算發(fā)電機(jī)對(duì)線路的貢獻(xiàn)功率和負(fù)荷對(duì)線路的汲取功率，得到所有線路的功率構(gòu)成向量； 步驟2:基于所述功率構(gòu)成向量，采用劃分熵指數(shù)為準(zhǔn)則函數(shù)的模糊聚類方法確定故障或過載線路的并行輸電斷面，所述并行輸電斷面與過載線路同屬一類的線路一起組成過載線路的初始輸電斷面； 步驟3:基于最短路徑對(duì)步驟2所述的初始輸電斷面的每條線路進(jìn)行判別，找到同時(shí)包含待定線路和過載線路的最短路徑，并確定最短回路中的候選關(guān)鍵支路； 步驟4:計(jì)算故障或過載支路切除之后候選關(guān)鍵輸電斷面中的每一支路的功率分布因子，若大于設(shè)定值，則保留該線路為關(guān)鍵輸電斷面支路；否則，刪除該線路，最終的線路集合即構(gòu)成關(guān)鍵輸電斷面。
2.如權(quán)利要求1所述的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于，所述步驟I進(jìn)一步包括: 步驟11:對(duì)于發(fā)電機(jī)數(shù)為NG，負(fù)荷為NL，支路數(shù)為NB的電網(wǎng)系統(tǒng)，基于系統(tǒng)潮流計(jì)算形成有向圖，得到節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)矩陣；建立發(fā)電機(jī)對(duì)線路潮流貢獻(xiàn)因子矩陣Kle和負(fù)荷對(duì)線路潮流汲取因子矩陣Ku; 步驟12:計(jì)算線路j傳輸功率中發(fā)電機(jī)i的貢獻(xiàn)功率和負(fù)荷m的汲取功率P&m: Pr, J = KH, U-OP1, U)，
P, = Kll (Jjn)Pl (In)，` 式中:1、j、m 的取值范圍分別為 i = 1，2，…，NG、j = 1，2，3，...，NB、m=l，2，…，Nl, PG(i)為發(fā)電機(jī)i的功率，Pl(m)為負(fù)荷m的功率； 步驟13:計(jì)算發(fā)電機(jī)i經(jīng)線路j向負(fù)荷m輸送的功率.Pr , P_ L'i p
G1-J-Lm p (y) J-Lrn



j 式中=P1U)為線路j上傳輸?shù)墓β省?br> 3.如權(quán)利要求1所述的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于，所述步驟2進(jìn)一步包括: 步驟21:將初始分類數(shù)T設(shè)定為2 ;給定最大分類數(shù)Tmax ； 步驟22:計(jì)算線路功率構(gòu)成向量Pj元素代數(shù)和序列s(j)； 步驟23:計(jì)算當(dāng)前初始聚類中心:k = O ;計(jì)算線路j歸一化模值aT.# =(r~1)[s(7)~s-]+i Jc* 一 c*，
max min 其中:元素代數(shù)和序列S (j)的最大值與最小值分別為Smax、Smin, 1 ^ ^ T.步驟24:計(jì)算當(dāng)前線路功率構(gòu)成向量j隸屬于第t個(gè)聚類中心Z >的隸屬度4).
4.如權(quán)利要求3所述的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于， 所述最大分類數(shù)Tmax的取值小于-1





O
5.如權(quán)利要求1所述的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于，所述步驟3進(jìn)一步包括: 步驟31:對(duì)初始關(guān)鍵輸電斷面中的線路j，選定第一條線路，j = I ； 步驟32:確定同時(shí)包含初始輸電斷面中線路j與故障或過載線路的最短回路； 步驟33:以故障或過載線路潮流方向?yàn)榛芈贩较颍阑芈贩较虮闅v當(dāng)前最短回路中的全部線路，與回路方向相反的支路，選入候選關(guān)鍵輸電斷面；步驟34: j = j + 1;若j > Ne,程序結(jié)束；否則,轉(zhuǎn)向步驟31。
6.如權(quán)利要求1所述的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于，所述步驟4進(jìn)一步包括: 步驟41:對(duì)于候選關(guān)鍵輸電斷面的每一支路，校核故障或過載支路切除之后相應(yīng)的功率分布因子是否大于設(shè)定值；按下式計(jì)算候選關(guān)鍵輸電斷面中的每一支路1j在故障或過載支路Ii開斷后的功率分布因子入j:
7.如權(quán)利要求6所述的關(guān)鍵輸電斷面搜索方法，其特征在于， 所述設(shè)定值在在0.2~0.3之間。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103823837SQ201310688112
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】胡世駿, 劉輝, 張煒, 馬金輝, 林春龍, 范玉昆, 海曉濤, 姜 遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:國網(wǎng)安徽省電力公司, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司