基于模糊聚类和最短路径的关键输电断面搜索方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模糊聚类和最短路径的关键输电断面搜索方法。首先，采用基于准则函数的随机聚类方法对由潮流追踪所获得的所有线路功率构成进行分类而获得故障或过载支路的并行支路集构成初始关键输电断面，以避免由于人为给定分类数的不恰当所产生的多选及漏选问题；对初始关键输电断面中的每一支路，依次从故障或过载线路的一端开始搜索包括相应支路到故障或过载支路另一端的最短路径，在该路径上所有与故障或过载支路潮流方向相同的支路构成了关键输电断面所有候选支路；候选支路再经功率分布因子校核计算即可确定为最后的关键输电断面支路，从而实现了对关键输电断面的快速搜索。
【专利说明】基于模糊聚类和最短路径的关键输电断面搜索方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力系统关键输电断面搜索方法，尤其涉及一种基于模糊聚类和最短路径实现的关键输电断面搜索方法，属于电力系统分析【技术领域】。
【背景技术】
[0002]对于近些年国内外重大电网故障的分析表明，因线路故障或过载而切除之后所产生的连锁线路切除是造成电网事故扩大甚至系统崩溃的重要原因，其之所以发生是由于故障或过载线路切除之后导致与该线路传输功率同向的线路传输功率过载而被相继切除，使得事故扩大。如果能事先探测到因事故或过载线路切除而会产生传输功率重大改变的线路及断面，并对其采取重调甚至切负荷等措施，则可以避免发生线路连锁跳闸的情况。
[0003]因此，如何快速地辨识并搜索出因故障或过载线路跳闸切除而导致传输功率明显变化的输电线路及输电断面(简称关键输电断面)，已成为备受广大电力工程技术人员关注及其亟待解决的问题之一。
[0004]近年来，有不少文献就关键输电断面的快速搜索与辨识方法进行了研究。其中，赵峰等人在论文《基于电气分区的输电断面及其自动发现》(刊载于《电力系统自动化》2011年第5期)中采用以下方法:基于区间并行输电断面(与初始输电断面功率构成相近，并且在同一回路中潮流方向相反的输电断面)及电气距离，先简化网络并进行分区，然后通过可达矩阵进行逻辑运算判断关键输电断面。谢开贵等人在论文《基于有向通路的潮流跟踪新方法》(刊载于《中国电机工程学报》2001年第11期)中，基于潮流追踪技术来辨识关键输电断面。该方法首先采用潮流追踪技术获得所有线路的功率构成，然后采用差离平方和法对线路进行聚类，得到线路的并行输电断面。该方法具有比较高的辨识率；但是聚类时由于需要人工选择阈值确定样本分类数，若阈值选择不恰当则直接影响分类结果的合理性及准确性，不可避免地存在线路漏选或多选问题。
[0005]当前，很有代表性的一类方法是基于最短路径法确定关键输电断面。所谓最短路径是指从故障或过载支路的一个端点到达另一端点电气距离最小的连续支路组。倪宏坤等人在论文《基于动态规划原理分支界限算法的关键输电断面搜索方法》(刊载于《华北电力大学学报(自然科学版)》2009年第4期)中认为，当故障支路或过载支路跳闸之后，最短路上的所有支路相对于其它支路具有更大的可能性跳闸，故认为最短路上的支路组即为关键输电断面。由于最短路支路组的总电气距离最小，其上与故障或过载支路功率方向同向的支路确实是关键输电断面中的支路，但功率方向相反的支路却不是关键输电断面中的支路；另外，若只关注最短路上的支路，很可能造成很多支路的漏选。柴登峰等人在论文《前N条最短路径问题的算法及应用》(刊载于《浙江大学学报(工学版)》2002年第5期)中提出了基于前k次最短路径的关键输电断面辨识方法，以克服只在最短路径上寻找输电断面所产生的支路漏选问题；如何合理地确定k值是该类方法的关键，当前基本上是凭经验公式确定，若选择的不恰当，既可能多选支路，也可能漏选支路。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于模糊聚类和最短路径的电力系统关键输电断面搜索方法。
[0007]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0008]一种基于模糊聚类和最短路径的关键输电断面搜索方法，包括如下步骤:
[0009]步骤1:基于电力系统有功潮流形成有向图，确定顺流、逆流节点顺序，计算发电机对线路的贡献功率和负荷对线路的汲取功率，得到所有线路的功率构成向量；
[0010]步骤2:基于所有线路的功率构成向量，采用划分熵指数为准则函数的模糊聚类方法来确定故障或过载线路的并行输电断面，所述并行输电断面与过载线路同属一类的线路一起组成过载线路的初始输电断面；
[0011]步骤3:基于最短路径对步骤2所述的初始输电断面的每条线路进行如下判别，找到同时包含待定线路和过载线路的最短路径，并确定最短回路中的候选关键支路；
[0012]步骤4:计算故障或过载支路切除之后候选关键输电断面中的每一支路的功率分布因子，若大于设定值，则保留该线路为关键输电断面支路；否则，删除该线路，最终的线路集合即构成关键输电断面。
[0013]其中较优地，所述步骤I进一步包括:
[0014]步骤11:对于发电机数为NG，负荷为NL，支路数为NB的电网系统，基于系统潮流计算形成有向图，得到节点-支路关联矩阵；建立发电机对线路潮流贡献因子矩阵Kle和负荷对线路潮流汲取因子矩阵Ku ；
[0015]步骤12:计算线路j传输功率中发电机i的贡献功率Pe1-j和负荷m的汲取功率P...J-Lm.
[0016]
【权利要求】
1.一种基于模糊聚类和最短路径的关键输电断面搜索方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:基于有功潮流形成有向图，确定顺流、逆流节点顺序，计算发电机对线路的贡献功率和负荷对线路的汲取功率，得到所有线路的功率构成向量； 步骤2:基于所述功率构成向量，采用划分熵指数为准则函数的模糊聚类方法确定故障或过载线路的并行输电断面，所述并行输电断面与过载线路同属一类的线路一起组成过载线路的初始输电断面； 步骤3:基于最短路径对步骤2所述的初始输电断面的每条线路进行判别，找到同时包含待定线路和过载线路的最短路径，并确定最短回路中的候选关键支路； 步骤4:计算故障或过载支路切除之后候选关键输电断面中的每一支路的功率分布因子，若大于设定值，则保留该线路为关键输电断面支路；否则，删除该线路，最终的线路集合即构成关键输电断面。
2.如权利要求1所述的关键输电断面搜索方法，其特征在于，所述步骤I进一步包括: 步骤11:对于发电机数为NG，负荷为NL，支路数为NB的电网系统，基于系统潮流计算形成有向图，得到节点-支路关联矩阵；建立发电机对线路潮流贡献因子矩阵Kle和负荷对线路潮流汲取因子矩阵Ku; 步骤12:计算线路j传输功率中发电机i的贡献功率和负荷m的汲取功率P&m: Pr, J = KH, U-OP1, U)，
P, = Kll (Jjn)Pl (In)，` 式中:1、j、m 的取值范围分别为 i = 1，2，…，NG、j = 1，2，3，...，NB、m=l，2，…，Nl, PG(i)为发电机i的功率，Pl(m)为负荷m的功率； 步骤13:计算发电机i经线路j向负荷m输送的功率.Pr , P_ L'i p
G1-J-Lm p (y) J-Lrn
j 式中=P1U)为线路j上传输的功率。
3.如权利要求1所述的关键输电断面搜索方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括: 步骤21:将初始分类数T设定为2 ;给定最大分类数Tmax ； 步骤22:计算线路功率构成向量Pj元素代数和序列s(j)； 步骤23:计算当前初始聚类中心:k = O ;计算线路j归一化模值aT.# =(r~1)[s(7)~s-]+i Jc* 一 c*，
max min 其中:元素代数和序列S (j)的最大值与最小值分别为Smax、Smin, 1 ^ ^ T.步骤24:计算当前线路功率构成向量j隶属于第t个聚类中心Z >的隶属度4).
4.如权利要求3所述的关键输电断面搜索方法，其特征在于， 所述最大分类数Tmax的取值小于-1
O
5.如权利要求1所述的关键输电断面搜索方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括: 步骤31:对初始关键输电断面中的线路j，选定第一条线路，j = I ； 步骤32:确定同时包含初始输电断面中线路j与故障或过载线路的最短回路； 步骤33:以故障或过载线路潮流方向为回路方向，依回路方向遍历当前最短回路中的全部线路，与回路方向相反的支路，选入候选关键输电断面；步骤34: j = j + 1;若j > Ne,程序结束；否则,转向步骤31。
6.如权利要求1所述的关键输电断面搜索方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括: 步骤41:对于候选关键输电断面的每一支路，校核故障或过载支路切除之后相应的功率分布因子是否大于设定值；按下式计算候选关键输电断面中的每一支路1j在故障或过载支路Ii开断后的功率分布因子入j:
7.如权利要求6所述的关键输电断面搜索方法，其特征在于， 所述设定值在在0.2~0.3之间。
【文档编号】G06F17/30GK103823837SQ201310688112
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】胡世骏, 刘辉, 张炜, 马金辉, 林春龙, 范玉昆, 海晓涛, 姜 远 申请人:国网安徽省电力公司, 北京科东电力控制系统有限责任公司