专利名称：基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法
技术领域：
本发明属于电力系统安全技术和电力系统紧急控制领域。
背景技术：
受用电负荷快速增长、大容量新能源发电并网和电力市场改革等因素的影响，大型互联电网的运行点越来越接近于其运行极限。这种情况下电网的安全稳定裕度降低，发生严重的扰动或故障时，如果不能及时采取有效措施，可能造成事故的扩大乃至整个电力系统的崩溃，例如2003年的美加大停电和2006年的欧洲“11. 4”大停电。基于广域测量系统的主动解列在系统受到严重扰动、无法继续完整运行时，根据实时运行状态将系统解列为多个独立运行的孤岛，可有效避免和限制大停电的影响[文献 ISUN Kai, ZH ENG Dazhong, LU Qiang. Splitting strategies for islanding operation of large-scale power systems using OBDD—based methods. IEEE Trans, on Power Syst. ,2003,18(2) :912-922.]、[文献2沈沉，吴佳耘，乔颖，等.电力系统主动解列控制方法的研究.中国电机工程学报，2006J6(13) :1-6.[文献3WANGX. Slow coherency grouping based islanding using minimal cutsets and generator coherency index tracing using the continuation method [D] · Ames : Iowa State University，2005.]、[文献 4TERZIJA V.，VALVERDE G.，CAI D. Y.，et al. Wide area monitoring，protection and control of future electric power networks. Proceedings of the IEEE，2011，99 (1) 80-93.]。主动解列可以用来应对不同的紧急事件，例如区域间振荡、电压崩溃、潮流转移等。与主动解列相关的三个主要问题是1)是否解列及何时解列(解列判据和时序问题)； 2)在哪儿解列(确定解列策略)；幻解列后孤岛内的紧急控制措施。在一个有q条线路的系统中，解列的组合有种，是一个指数空间。随着系统规模的增大，在这样一个指数空间内确定解列策略将遭遇组合爆炸问题，求解极其困难[文献1]。根据主动解列的目标函数不同，现有的主动解列算法主要可以分为两大类最小有功不平衡和最小有功潮流冲击。这两种目标函数的区别在于，有功潮流冲击可以用解列断面上有功潮流的代数和表示，而有功不平衡则可以用解列断面上有功潮流算术和的绝对值来表示(需要考虑有功潮流的方向性)。1)以最小有功不平衡为目标函数的方法以最小有功不平衡为目标函数，可以保证孤岛内的有功平衡、尽可能减少解列后需要减载的负荷数量。现有的以有功不平衡为目标函数的方法基本都考虑了有功不平衡和发电机同调这两个约束条件[文献1]、[文献2]、[文献3]。由于求解最小有功不平衡问题是一个NP-hard问题，这意味着没有多项式时间内的有效算法[文献1]。为满足在线计算的快速性要求，现有的方法要么对系统进行大量化简后(化简到几十节点以下)、搜索问题的全局最优解[文献1]；要么牺牲对全局最优解的要求、通过启发式算法来寻找系统的本地最优解[文献5汪成根，张保会，郝治国，等.一种电力系统失步解列面的实时搜索方法.中国电机工程学报，2010，30 (7) :48-55.]。将一个成百上千节点的电力网络化简到几十节点以下，会丢失很多可行解，从而可能错过最优解； 而采用启发式算法，则解的质量无法保证。2)以最小有功潮流冲击为目标函数的方法以最小有功潮流冲击为目标函数，可以降低解列操作对系统带来的冲击。目前的以最小有功潮流冲击为目标函数的方法都具有较高的计算效率，但它们将主动解列看作不带约束的优化问题，具有很大的局限性[文献6HA0 L.，ROSENWALD G. W.，JUNG J.， et al.Strategic power infrastructure defense. Proceedings of the IEEE,2005, 93(5) :918-933]和[文献 7PEIRAVI Α.，ILDARABADI R.，Comparison of computational requirements for spectral and kernel k-means bisection of power system. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2009，3 (3) :2366-2388]。忽略发电机的同步约束、得到的解可能包含不同步的发电机，无法形成稳定的孤岛运行。另外，直接在电网中应用谱聚类而不考虑任何约束，很容易将某一个孤立的负荷节点分割出来。在求解主动解列时，这两种情况都是不可接受的。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法。在第一阶段中，利用归一化谱聚类来识别同调机群，并利用这些同调机群形成成对约束；第二阶段则使用约束谱聚类来寻找满足成对约束的、具有最小有功潮流冲击的解列断面。本发明考虑了发电机同调和最小有功潮流冲击两个因素，可以在不化简系统拓扑的情况下，在线确定解列策略。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法，具体步骤为
权利要求
1. 一种基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法，其特征是，具体步骤为第一阶段，首先根据电力系统的线性化动态模型，构建动态图；这个图只包含发电机节点，其边的权重为同步系数3^/^ ，表示节点i和j之间的动态耦合；利用归一化谱聚类算法对动态图进行分割，寻找式
2.如权利要求1所述的基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法，其特征是，所述第一阶段的具体步骤为1)以3^//^ 作为边的权重来构造动态图；2)求解广义特征方程LDl9= λΜ3，得到前两个特征向量饵，S1 ；3)以科，<92为列向量构成矩阵J，选取J的第i行行向量Jie R2对应着图的节点；4)利用k-medoids算法将节点eR2进行聚类，分成Vei和Ve2两组；5)假定前Hi1个发电机属于群Vei，接下来m2个发电机属于群Ve2，则约束矩阵如式U =L1L-1M2m2n-bK-bm^in-b) n-b ^{n-b)x{n-b) J
3.如权利要求1或2所述的基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法， 其特征是，所述构建动态图的过程为针对一个包含m个发电机的电力系统，根据下式来计算其拉普拉斯矩阵，从而构建动态图G(Ve)
4.如权利要求1所述的基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法，其特征是，所述第二阶段包括以下步骤1)以(IPijI+IPji I)/2作为边的权重来构造静态图( ;2)求解广义特征方程
5.如权利要求1或4所述的基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法， 其特征是，所述构建静态图&的过程为针对一个包含η条母线的电力系统，利用潮流数据来构建静态图G(V)，表示节点间的有功交换的绝对值；由于网损的影响，线路两端测到的有功IpuI和IPJ是不同的，采用 (IPij I +1Pji I)/2作为边的权重，则静态图( 的拉普拉斯矩阵Ls如下所示
全文摘要
本发明公开了一种基于归一化谱聚类和约束谱聚类的两阶段主动解列方法，在第一阶段中，利用归一化谱聚类来识别同调机群，并利用这些同调机群形成成对约束；第二阶段则使用约束谱聚类来寻找满足成对约束的、具有最小有功潮流冲击的解列断面。当系统需要被解列为多个孤岛时，使用递归二分法实现。本发明算法考虑了发电机同调和最小有功潮流冲击两个因素，可以在不化简系统拓扑的情况下，对主动解列问题实现实时计算。
文档编号H02J3/38GK102244394SQ201110173468
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者丁磊 申请人:山东大学