本申请涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种电网方向保护整定计算顺序的确定方法和装置。
背景技术：
继电保护一般指当电力系统发生事故或故障时，通过继电保护元件的动作，断开故障线路或投入备用电源等，以尽快断开短路电流或保证供电等，减小对电力系统的危害及损失。而继电保护元件何时动作需要预先通过整定计算来确定。
在电力系统继电保护整定计算中，若某保护装置ri的定值计算需要与其它保护装置rj相配合，这种配合关系称为保护依赖关系，表示为rj→ri，例如，对于图3所示的ieee5节点系统，保护依赖关系如下表所示：
在该表中，保护装置r1的保护依赖集为{r5,r6}，表示r1→r5且r1→r6，其他保护装置的保护依赖关系以此类推。
这种保护依赖关系使得环网中存在多个有向回路，从而造成正定计算无法进行，因此在整定计算前需要断开环网中所有有向回路，使环网解环成有向的辐射网络，从而可以确定整定计算顺序。
确定整定计算顺序的现有方法是最小断点集方法，即以断点数最少为目标来确定需要断开的保护依赖关系，从而确定正定计算顺序；这种方法为了追求断点数最少，会将断点尽可能地集中到保护依赖关系复杂且对全网安全性影响较大的某些保护装置上。
然而如果从这些保护装置开始进行整定计算，将断开较多的保护依赖关系，对全网的继电保护定值性能优化往往是不利的。
技术实现要素：
本申请实施例提供了一种电网方向保护整定计算顺序的确定方法和装置，解决了最小断点集方法需要断开较多的保护依赖关系，从而造成对全网的继电保护定值性能优化不利的技术问题。
本申请第一方面提供了一种电网方向保护整定计算顺序的确定方法，包括：
以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型，所述保护依赖关系断开集为使预置环网中所有有向回路解环所需断开的多个保护依赖关系的集合；
对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解，以确定电网方向保护整定计算顺序。
优选地，
以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型具体包括：
建立最小保护依赖关系断开集求解的数学模型目标函数
确定最小保护依赖关系断开集求解的数学模型约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ，r代表保护关联矩阵且为m×m阶，rij为矩阵r中第i行第j列元素且取值为1或0，rij为1代表保护装置i依赖于保护装置j，rij为0代表保护装置i不依赖于保护装置j，其中rij为矩阵r中第i行第j列元素(i＝1,2,…,m；j＝1,2，…,m)，m为所述预置环网中保护装置的总数，约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ表示根据给定的x断开r中的保护依赖关系后能使预置环网中所有有向回路解环。
优选地，
对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解具体包括：
采用自适应生物地理学算法对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
优选地，
采用自适应生物地理学算法对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解具体包括：
采用自适应生物地理学算法并引入自适应差分变异算子对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
优选地，
采用自适应生物地理学算法对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解具体包括：
采用自适应生物地理学算法并引入多样化策略对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
本申请另一方面提供了一种电网方向保护整定计算顺序的确定装置，包括：
模型建立单元，用于以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型，所述保护依赖关系断开集为使预置环网中所有有向回路解环所需断开的多个保护依赖关系的集合；
求解单元，用于对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解，以确定电网方向保护整定计算顺序。
优选地，
所述模型建立单元具体包括：
目标函数建立子单元，用于建立最小保护依赖关系断开集求解的数学模型目标函数
约束条件建立子单元，用于确定最小保护依赖关系断开集求解的数学模型约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ，r代表保护关联矩阵且为m×m阶，rij为矩阵r中第i行第j列元素且取值为1或0，rij为1代表保护装置i依赖于保护装置j，rij为0代表保护装置i不依赖于保护装置j，其中rij为矩阵r中第i行第j列元素(i＝1,2,…,m；j＝1,2，…,m)，m为所述预置环网中保护装置的总数，约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ表示根据给定的x断开r中的保护依赖关系后能使预置环网中所有有向回路解环。
优选地，
所述求解单元具体用于：
采用自适应生物地理学算法对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
优选地，
所述求解单元具体用于：
采用自适应生物地理学算法并引入自适应差分变异算子对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
优选地，
所述求解单元具体用于：
采用自适应生物地理学算法并引入多样化策略对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中，以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型，所述保护依赖关系断开集为使预置环网中所有有向回路解环所需断开的多个保护依赖关系的集合；对所述数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解，以确定电网方向保护整定计算顺序；因此本申请与现有最小断点集方法不同，而并非以最小断点数目为优化目标，所以不会为了追求断点数最少而将断点尽可能地集中到保护依赖关系复杂且对全网安全性影响较大的某些保护装置上，以致于需要断开较多的保护依赖关系；本申请以全网方向保护整定计算所需要断开的保护依赖关系数目最小为优化目标，利于全网的继电保护定值性能优化。
附图说明
图1为本申请实施例中电网方向保护整定计算顺序的确定方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本申请实施例中数学模型建立方法的一个实施例的流程示意图；
图3为ieee5节点系统的拓扑结构图；
图4为采用自适应生物地理学优化算法(sabbo)进行求解的具体流程图示意图；
图5为采用传统bbo算法、ga算法、pso算法和本发明方法四种算法计算得到的最小保护依赖关系断开集最小维数的适应度指数曲线对比图；
图6为本申请实施例中电网方向保护整定计算顺序的确定装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电网方向保护整定计算顺序的确定方法和装置，解决了最小断点集方法需要断开较多的保护依赖关系，从而造成对全网的继电保护定值性能优化不利的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例中电网方向保护整定计算顺序的确定方法的一个实施例的流程示意图。
本申请第一方面提供了一种电网方向保护整定计算顺序的确定方法的一个实施例，包括：
步骤101，以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型，保护依赖关系断开集为使预置环网中所有有向回路解环所需断开的多个保护依赖关系的集合。
在本实施例中，以最小保护依赖关系断开集为优化目标是指以全网方向保护整定计算所需要断开的保护依赖关系数目最小为优化目标；而保护依赖关系断开集有多个，每个保护依赖关系断开集中的所有保护依赖关系断开后，均能使预置环网中所有有向回路解环。
步骤102，对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解，以确定电网方向保护整定计算顺序。
当最小保护依赖关系断开集确定了以后，断开最小保护依赖关系断开集中的所有保护依赖关系，便可以使得预置环网中所有有向回路解环形成有向辐射网络，便可以确定电网方向保护整定计算顺序。
例如，由a至b至c至a的一个环网，如果将a和b之间的保护依赖关系断开，那么该环网将变成b至c至a，因此电网方向保护整定计算顺序也确定为由b开始，至a结束。
需要说明的是，在本申请的改进点在于以全网方向保护整定计算所需要断开的保护依赖关系数目最小为优化目标代替以最小断点数目为优化目标，所以不会为了追求断点数最少而将断点尽可能地集中到保护依赖关系复杂且对全网安全性影响较大的某些保护装置上，所以需要断开较少的保护依赖关系；而因为环网结构越来越复杂，保护依赖关系较多，所以最小保护依赖关系断开集的确定过程需要很大的计算量，因此本申请采用数学模型求解的方法。
若环网结构较简单，保护依赖关系不多，可以通过以下步骤直接确定电网方向保护整定计算顺序：
确定能使预置环网中所有有向回路解环的所有保护依赖关系断开集合，每个所述保护依赖关系断开集合中包含使预置环网中所有有向回路解环所需断开的多个保护依赖关系；
确定保护依赖关系数量最少的所述保护依赖关系断开集合。
进一步地，以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型具体包括：
步骤201，建立最小保护依赖关系断开集求解的数学模型目标函数
因为x中的每个元素取值为0或1，而x中的元素取值为1则代表对应的保护依赖关系为断开，所以可以将全网方向保护整定计算所需要断开的保护依赖关系数目最小转化成x中所有元素和最小。
步骤202，确定最小保护依赖关系断开集求解的数学模型约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ，r代表保护关联矩阵且为m×m阶，rij为矩阵r中第i行第j列元素且取值为1或0，rij为1代表保护装置i依赖于保护装置j，rij为0代表保护装置i不依赖于保护装置j，其中rij为矩阵r中第i行第j列元素(i＝1,2,…,m；j＝1,2，…,m)，m为预置环网中保护装置的总数，约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ表示根据给定的x断开r中的保护依赖关系后能使预置环网中所有有向回路解环。
一般情况下，环网结构越复杂，构成的有向回路就越多，形成的保护依赖关系数量就越多，例如，从多个省级500kv网络的统计数据来看，保护依赖关系的数目一般是保护数的4到5倍，因此将优化目标从保护转移到保护依赖关系上来，对求解方法的优化性能提出了更高的要求。
而又因为自适应生物地理学优化算法是一种启发于生物地理学的智能优化算法，其具有鲁棒性强、结构简单、适用范围广等优点，在解决高维最优化问题上的优势已经超过动态参数模型和马尔科夫理论论证。
因此，在本申请中，对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解具体包括：
采用自适应生物地理学算法(sabbo)对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
虽然其在高维度、多目标优化问题的求解上已经表现出优良的性能，但生物地理学优化算法和所有优化算法一样，本身也存在着缺陷。生物地理学优化算法在前期迭代收敛速度快，但在后期易于陷入局部最优，使得算法早熟。
因此，本申请为了弥补自适应生物地理学算法自身的缺陷，采用自适应生物地理学算法对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解可以具体包括：
采用自适应生物地理学算法并引入自适应差分变异算子对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
需要说明的是，对种族执行自适应差分变异算子操作的公式如下：
hi(siv)←hi(siv)+β(hr(siv)-hi(siv))
式中，hr(siv)为解空间的随机个体，β为采用自适应调整策略的参数，其计算公式为：
式中，n为算法种群规模，hsibest为当前种群的最优适应度。
进一步地，采用自适应生物地理学算法对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解还可以具体包括：
采用自适应生物地理学算法并引入多样化策略对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
对种族执行多样化策略：早熟判断因子γ用于判断是否需要进行多样化策略，其表达式如下所示：
式中hsigavg和hsig-kavg分别是第g代和第g-k的平均栖息地适应度指数；k是给定的容差因子。若早熟判断因子γ小于给定的常数δ，早熟的处理方法如下所示：
式中c(0,1)是服从柯西分布的一个随机数；ζ是一个给定常数，表征被随机替换掉的变量的比例，可取0.1。
可以理解的是，采用自适应生物地理学算法(sabbo)进行求解的同时，可以同时引入自适应差分变异算子和多样化策略，具体的求解过程可参阅图4。
为了将本发明提供的电网方向保护整定计算顺序的确定方法与最小断点集法比较，特进行以下试验：
采用本发明提供的电网方向保护整定计算顺序的确定方法对ieee5节点系统、ieee30节点系统和ieee39节点系统分别进行最小保护依赖关系断开集求解的计算结果如下表所示：
采用本发明提供的电网方向保护整定计算顺序的确定方法对某省级500kv系统进行最小保护依赖关系断开集求解的计算结果如下表所示：
将本发明提供的电网方向保护整定计算顺序的确定方法和最小断点集法的保护依赖关系断开数目比较如下表所示：
从该表中，可以明显看出，本发明提供的电网方向保护整定计算顺序的确定方法可以有效减少保护依赖关系的断开数目；尤其体现在电网结构复杂的省级500kv的计算中，本发明提供的电网方向保护整定计算顺序的确定方法能够减少断开60％以上的保护依赖关系。
在本实施例中，对于相同的数学模型分别采用传统bbo算法、ga算法、pso算法和本发明中的自适应生物地理学优化算法(sabbo)进行最小保护依赖关系断开集求解，计算得到的的结果对比如下表：
从该表看出，sabbo算法得到的目标函数的最好值、最差值和平均值都是4种优化算法中最优的，其最好值和最差值之间的偏差为百分之5.88，也是4种优化算法中最好的，sabbo算法的计算精度和鲁棒性均优于其余3种优化算法；四种算法30次独立仿真中每种算法优化性能最好的适应度指数收敛曲线如图5所示，从图5中可以看出，sabbo算法的收敛速度也明显快于其他3种优化算法。
因此，sabbo算法在求解最小保护依赖关系断开集问题上的鲁棒性、收敛速度和计算精度均优于bbo算法、ga算法和pso算法。
请参阅图6，本申请实施例中电网方向保护整定计算顺序的确定装置的一个实施例的结构示意图。
本申请另一方面提供了一种电网方向保护整定计算顺序的确定装置的一个实施例，包括：
模型建立单元301，用于以最小保护依赖关系断开集为优化目标，建立用于求解最小保护依赖关系断开集的数学模型，保护依赖关系断开集为使预置环网中所有有向回路解环所需断开的多个保护依赖关系的集合；
求解单元302，用于对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解，以确定电网方向保护整定计算顺序。
进一步地，模型建立单元301具体包括：
目标函数建立子单元3011，用于建立最小保护依赖关系断开集求解的数学模型目标函数
约束条件建立子单元3012，用于确定最小保护依赖关系断开集求解的数学模型约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ，r代表保护关联矩阵且为m×m阶，rij为矩阵r中第i行第j列元素且取值为1或0，rij为1代表保护装置i依赖于保护装置j，rij为0代表保护装置i不依赖于保护装置j，其中rij为矩阵r中第i行第j列元素(i＝1,2,…,m；j＝1,2，…,m)，m为预置环网中保护装置的总数，约束条件s.t.fmbpds(r,x)＝φ表示根据给定的x断开r中的保护依赖关系后能使预置环网中所有有向回路解环。
进一步地，求解单元302可以具体用于：
采用自适应生物地理学算法对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
进一步地，求解单元302还可以具体用于：
采用自适应生物地理学算法并引入自适应差分变异算子对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
进一步地，求解单元302还可以具体用于：
采用自适应生物地理学算法并引入多样化策略对数学模型进行最小保护依赖关系断开集的求解。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。