一種基于節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)雙層優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及供電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，尤其指一種基于節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 雙層優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大停電后的電力系統(tǒng)恢復(fù)可分為黑啟動(dòng)階段、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)階段和負(fù)荷恢復(fù)階段。網(wǎng) 絡(luò)重構(gòu)階段的主要任務(wù)是盡快為失電機(jī)組送電并逐步建立起一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，為下一 階段全面恢復(fù)負(fù)荷打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，合理的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略有助于系統(tǒng)快速恢復(fù)。之前提出 的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略大多是針對(duì)無(wú)權(quán)網(wǎng)絡(luò)提出的，并沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)的電氣特點(diǎn)，近年來(lái)提出的 基于加權(quán)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要度的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略較有前途。且在加權(quán)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)方面， 現(xiàn)有方法大多沒(méi)有綜合考慮節(jié)點(diǎn)的全局重要性（位置信息）和局部重要性（相鄰節(jié)點(diǎn)信 息），使得對(duì)節(jié)點(diǎn)重要度的評(píng)價(jià)結(jié)果過(guò)于片面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)， 提供一種基于節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)雙層優(yōu)化方法，W全面考慮節(jié)點(diǎn)重要度的目 的。為此，本發(fā)明采取W下技術(shù)方案。
[0004] 一種基于節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)雙層優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[0005] 步驟Sl:輸入粒子群算法的初始參數(shù)，包括種群規(guī)模M、學(xué)習(xí)Cl和C2、慣性權(quán)重和 粒子群繁殖代數(shù)Mc;
[000引步驟S2 :隨機(jī)生成M個(gè)待恢復(fù)機(jī)組的啟動(dòng)順序，W此作為初始粒子群；
[0007] 步驟S3:針對(duì)每一個(gè)粒子，調(diào)用雙層優(yōu)化模型，其中求解上層優(yōu)化模型得到機(jī)組 的啟動(dòng)時(shí)刻并計(jì)算出系統(tǒng)的可用發(fā)電容量，求解下層模型得到發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)路徑，從 而得到每個(gè)粒子的目標(biāo)函數(shù)值；
[0008] 步驟S4:根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算各個(gè)粒子的適應(yīng)度，該適應(yīng)度定義為系統(tǒng)可用發(fā)電 量；
[000引步驟S5 :更新粒子的位置和速度，得到新的粒子；
[0010] 步驟S6:重復(fù)步驟S3到S5,直到達(dá)到粒子群繁殖代數(shù)Mc;
[0011] 步驟S7:選出最優(yōu)粒子，其對(duì)應(yīng)的上層優(yōu)化模型的解即為最優(yōu)的機(jī)組啟動(dòng)時(shí)刻， 下層模型的解即為恢復(fù)路徑。
[0012] 上層模型W最大化系統(tǒng)可用發(fā)電容量為目標(biāo)，W非黑啟動(dòng)機(jī)組獲得啟動(dòng)功率的時(shí) 間為優(yōu)化變量；下層模型W恢復(fù)路徑平均節(jié)點(diǎn)重要度最大為目標(biāo)來(lái)確定發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的恢復(fù) 路徑。在下層模型中，通過(guò)調(diào)節(jié)系數(shù)改變線路權(quán)重中線路電容與操作時(shí)間的比重，W避免恢 復(fù)路徑所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致待恢復(fù)機(jī)組無(wú)法盡快恢復(fù)的問(wèn)題。
[0013] 作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括W下附加技術(shù)特征。
[0014] 在步驟S3中，雙層優(yōu)化模型的上層優(yōu)化模型如下：
[0018] 上層優(yōu)化模型W最大化待恢復(fù)系統(tǒng)的可用發(fā)電容量為目標(biāo)，優(yōu)化變量為非黑啟動(dòng) 機(jī)組獲得啟動(dòng)功率的時(shí)間；式中：[0,T]為所研究的時(shí)間區(qū)間；昨。b為系統(tǒng)內(nèi)非黑啟動(dòng)機(jī)組 的數(shù)目；Pw"(t)為t時(shí)刻機(jī)組i的輸出功率；Put。,,為機(jī)組i啟動(dòng)所需功率；Ui(t)表示機(jī)組 i的恢復(fù)狀態(tài)；WtDtgi為研究時(shí)間區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)的可用發(fā)電容量；11,。。歷機(jī)組i獲得功率的時(shí) 刻；ti,。為機(jī)組i啟動(dòng)所需時(shí)間；R1為機(jī)組i的爬坡速率；P 機(jī)組i的最大輸出功率；
[0019] 在恢復(fù)過(guò)程中滿足發(fā)電機(jī)出力約束、功率平衡約束、機(jī)組熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)的時(shí)間 約束。
[0020] 在步驟S3中，雙層優(yōu)化模型的下層模型如下：
[0021] 下層模型W最大化恢復(fù)路徑的節(jié)點(diǎn)平均重要度為目標(biāo)來(lái)選擇發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的恢復(fù) 路徑；恢復(fù)路徑的節(jié)點(diǎn)平均重要度定義如下：
[0022]義r二皮巧/斯： 指r
[002引式中：r為恢復(fù)路徑所經(jīng)過(guò)的未恢復(fù)供電的節(jié)點(diǎn)集合屯為節(jié)點(diǎn)i的重要度；NT為恢復(fù)路徑所經(jīng)過(guò)的未恢復(fù)供電的節(jié)點(diǎn)數(shù)目；
[0024] 可供選擇的恢復(fù)路徑是從已恢復(fù)的帶電區(qū)域到待恢復(fù)機(jī)組之間的恢復(fù)路徑；確定 恢復(fù)路徑的優(yōu)化目標(biāo)為：
[0025] 風(fēng)化瓜=(S化）/'Wr 虹r
[0026] 上式為恢復(fù)路徑尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，即從帶電區(qū)域到待恢復(fù)機(jī)組的路徑中選擇節(jié)點(diǎn) 平均重要度最大的路徑作為恢復(fù)路徑；每恢復(fù)一條線路，就將該線路及其兩端節(jié)點(diǎn)合并到 帶電區(qū)域中。
[0027] 在恢復(fù)路徑尋優(yōu)過(guò)程中，所選擇路徑為非冗余路徑；當(dāng)一條路徑中含有兩個(gè)或兩 個(gè)W上已充電節(jié)點(diǎn)時(shí)，判斷該條路徑為冗余路徑，排除冗余路徑。
[0028] 節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算時(shí)，對(duì)線路權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，線路權(quán)重的計(jì)算公式為Wi,= (I-V) Cl,+Vti,，其中V為線路恢復(fù)系數(shù)，Cl,為線路電容，11,線路操作時(shí)間；對(duì)于線路權(quán)重在初始狀 態(tài)下取V= 0,此時(shí)線路權(quán)重完全由線路電容決定；當(dāng)把上層優(yōu)化模型求得的機(jī)組恢復(fù)順序 代入到下層模型中并求得恢復(fù)路徑之后，若待恢復(fù)機(jī)組i獲得啟動(dòng)功率的時(shí)間大于上層優(yōu) 化模型計(jì)算出的機(jī)組i的啟動(dòng)時(shí)刻ti,。。,，則逐步增大V的值得到新的線路權(quán)重，然后重新W最大化節(jié)點(diǎn)平均重要度為目標(biāo)捜索機(jī)組i的恢復(fù)路徑，直至滿足i獲得啟動(dòng)功率的時(shí)間不 大于twM或V= 1為止；當(dāng)V= 1時(shí)，線路權(quán)值完全由操作時(shí)間決定，則優(yōu)化結(jié)果為線路操 作時(shí)間最短的恢復(fù)路徑。在計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度時(shí)不僅考慮了線路電容的影響，而且還考慮了 線路操作時(shí)間的影響，避免恢復(fù)路徑所需的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而延遲恢復(fù)待恢復(fù)的機(jī)組，
[0029] 在求解下層模型得到發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)路徑時(shí)，將上層優(yōu)化模型求得的最優(yōu)啟動(dòng) 時(shí)刻代入到下層優(yōu)化模型中，如果在機(jī)組i的恢復(fù)路徑捜索的步驟中V= 1，那么把機(jī)組i 通過(guò)該捜索路徑獲得啟動(dòng)功率的時(shí)刻回代到上層優(yōu)化模型中，并作為機(jī)組i的最小啟動(dòng)時(shí) 亥。，即：
[0030] 剛
[0031] 式中：為下層優(yōu)化模型傳遞到上層優(yōu)化模型中的值，即在下層優(yōu)化模型計(jì)算 中，如果機(jī)組i的恢復(fù)路徑捜索步驟結(jié)束后V= 1，則將啟動(dòng)功率通過(guò)V= 1時(shí)的恢復(fù)路徑 送至機(jī)組i的時(shí)刻賦值給否則，如果六1，則將ti,mJ武值為0。
[0032] 在上層優(yōu)化模型的優(yōu)化過(guò)程中，若當(dāng)前已恢復(fù)的電源功率足W啟動(dòng)多個(gè)機(jī)組，貝U 采用并行恢復(fù)策略；否則，則采用串行恢復(fù)策略依次恢復(fù)相關(guān)機(jī)組。
[0033] 在步驟S3中，求解下層模型所需用到的節(jié)點(diǎn)重要度的計(jì)算方法如下：
[0034] 首先定義節(jié)點(diǎn)的效率和節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)權(quán)運(yùn)兩個(gè)變量：
[0035] 節(jié)點(diǎn)k的效率Pk是指該節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)難易程度的平均值，即：
[0037] 式中：n為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；dki為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)k之間權(quán)值總和最小的路徑的總 權(quán)值；
[0038] 節(jié)點(diǎn)i的點(diǎn)權(quán)Si定義為與節(jié)點(diǎn)i直接相連的線路的權(quán)值和，即：
[0039] '5,二S /'哪
[0040]式中：n1為與節(jié)點(diǎn)i直接相連的節(jié)點(diǎn)的集合；W。為連接節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的線路的 權(quán)值；
[0041] 得到節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣He:
[0043] 運(yùn)用節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣&，綜合考慮節(jié)點(diǎn)的效率和相鄰節(jié)點(diǎn)的重要度貢獻(xiàn)，定 義節(jié)點(diǎn)i的重要度Ki為： ?巧
[0044] 技二扔尼Wi斯！Sj
[004引式中：Ki表示節(jié)點(diǎn)i所有的鄰接節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)i的重要度貢獻(xiàn)值之和與節(jié)點(diǎn)i自 身效率的乘積。
[0046] 彼此孤立的節(jié)點(diǎn)之間原本并不存在重要度的依賴關(guān)系，但節(jié)點(diǎn)間一旦互相連接 起來(lái)，節(jié)點(diǎn)的重要度就可能會(huì)發(fā)生變化。因此，互聯(lián)節(jié)點(diǎn)的重要度相互影響/貢獻(xiàn)，并與 拓?fù)溆嘘P(guān)，該拓?fù)涫菍?shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)映射，利用節(jié)點(diǎn)間運(yùn)種重要度貢獻(xiàn)關(guān)系，再融合 節(jié)點(diǎn)效率運(yùn)一反應(yīng)節(jié)點(diǎn)全局信息的變量，得到節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣&。
[0047] 有益效果：首先，本發(fā)明所采用的節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)方法對(duì)節(jié)點(diǎn)重要度的評(píng)價(jià)更加 全面；其次，本文所采用的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)雙層優(yōu)化模型有效避免了在系統(tǒng)有足夠功率啟動(dòng)某臺(tái) 機(jī)組時(shí)卻由于恢復(fù)路徑所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致該機(jī)組延遲恢復(fù)的情況發(fā)生。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0049] 圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0050] 圖3是本發(fā)明圖1所示實(shí)施例的最終恢復(fù)網(wǎng)架示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]W下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[005引如圖1所示，本發(fā)明包括W下步驟：
[0053] 步驟SI:輸入粒子群算法的初始參數(shù)，包括種群規(guī)模M、學(xué)習(xí)因子Cl和C2、慣性權(quán) 重和粒子群繁殖代數(shù)Me。
[0054]步驟S2:隨機(jī)生成M個(gè)待恢復(fù)機(jī)組的啟動(dòng)順序，W此作為初始粒子群。
[00巧]步驟S3:針對(duì)每一個(gè)粒子，調(diào)用雙層優(yōu)化模型，其中求解上層模型得到機(jī)組的啟 動(dòng)時(shí)刻并計(jì)算出系統(tǒng)的可用發(fā)電容量，求解下層模型得到發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)路徑，從而得 到每個(gè)粒子的目標(biāo)函數(shù)值。雙層優(yōu)化模型的具體內(nèi)容如下：
[0056] 上層模型W最大化待恢復(fù)系統(tǒng)的可用發(fā)電容量為目標(biāo)，優(yōu)化變量為非黑啟動(dòng)機(jī) 組獲得啟動(dòng)功率的時(shí)間。
[0060]式中：[0，T]為所研究的時(shí)間區(qū)間化。歷系統(tǒng)內(nèi)非黑啟動(dòng)機(jī)組的數(shù)目；Pigen(t)為t時(shí)刻機(jī)組i的輸出功率；PutBft為機(jī)組i啟動(dòng)所需功率；Ui(t)表示機(jī)組i的恢復(fù)狀態(tài)；Wt。^ 為研究時(shí)間區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)的可用發(fā)電容量；ti,。。.為機(jī)組i獲得功率的時(shí)刻；t1,。為機(jī)組i啟動(dòng) 所需時(shí)間化為機(jī)組i的爬坡速率；Pi,m。、為機(jī)組i的最大輸出功率。此外，在恢復(fù)過(guò)程中 還應(yīng)滿足發(fā)電機(jī)出力約束、功率平衡約束、機(jī)組熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)的時(shí)間約束等。
[0061] 除上述約束條件之外，本發(fā)明還需新增一個(gè)約束條件，即將上層優(yōu)化模型求得的 最優(yōu)啟動(dòng)時(shí)刻代入到下層優(yōu)化模型中，如果在機(jī)組i的恢復(fù)路徑捜索的步驟中V= 1，那 么應(yīng)把機(jī)組i通過(guò)該捜索路徑獲得啟動(dòng)功率的時(shí)刻回代到上層優(yōu)化模型中，并作為機(jī)組i 的最小啟動(dòng)時(shí)刻，即：
[0062] ti,nes> ti'min
[006引式中：ti,mi。為下層優(yōu)化模型傳遞到上層優(yōu)化模型中的值，即在下層優(yōu)化模型計(jì)算 中，如果機(jī)組i的恢復(fù)路徑捜索步驟結(jié)束后V=1，則將啟動(dòng)功率通過(guò)V= 1時(shí)的恢復(fù)路 徑送至機(jī)組i的時(shí)刻賦值給否則，如果八1，則將t賦值為0。
[0064] 在上層優(yōu)化模型的優(yōu)化過(guò)程中，若當(dāng)前已恢復(fù)的電源功率足W啟動(dòng)多個(gè)機(jī)組，則 可采用并行恢復(fù)策略；否則，則采用串行恢復(fù)策略依次恢復(fù)相關(guān)機(jī)組。
[0065]下層模型則W最大化恢復(fù)路徑的節(jié)點(diǎn)平均重要度為目標(biāo)來(lái)選擇發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的恢 復(fù)路徑。
[0066] maxAr=(藝.&am