基于图论聚类的中压配电网特殊负荷电能质量特性分类方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种基于图论聚类的中压配电网特殊负荷电能质量特性分类方法，包括如下步骤：建立特殊负荷的特征指标；将每一种待分析的特殊负荷作为一个样本，分别输入各个样本的特征指标数据，构造原始矩阵；计算原始矩阵中每两个样本点之间的相似程度，并且以相似程度为元素构造模糊相似矩阵；求解对应于模糊相似矩阵的赋权图的最大树；在已得到最大树的基础上，根据经验值选取聚类阀值λ，砍去权重小于λ的边而留下权重大于或等于λ的边，把各联通分支内的元素聚为一类。对上述聚为一类的特殊负荷采用相同的解决方案解决其电能质量问题。该方法具有识别速度快、分类准确率高、分类效率高等优点，为供电企业治理不同特殊负荷引起的电能质量问题提供理论依据，从而简化或降低特殊负荷管理的难度和复杂性。
【专利说明】基于图论聚类的中压配电网特殊负荷电能质量特性分类方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中压配电网特殊负荷分类方法，尤其是一种基于图论聚类的中压 配电网特殊负荷电能质量特性分类的方法，属于电力系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统中的负荷日趋复杂化和多样化，电力电子装置、电气化铁路、风电场 等特殊负荷大量接入中压配电网。特殊负荷除了有常规负荷的特点外，最重要特点是有多 种工况，而每一种工况往往伴随着无功和有功的冲击过程，所以给中压配电网产生了谐波、 波动、闪变和三相不平衡等一系列电能质量问题，目前很多文献就特殊负荷产生问题的严 重程度提出了相应的措施，但是由于特殊负荷种类很多，不可能对所有的特殊负荷一一进 行分析和研究，所以需要对特殊负荷进行分类，使得同一类特殊负荷具有相同或相似的特 性，这样在处理特殊负荷产生的电能质量问题时同类特殊负荷可以采取类似解决方案，从 而能够简化或降低特殊负荷管理的难度和复杂性。
[0003] 目前负荷的分类方法主要是针对常规负荷而言的，常用的有1)按照用电量大小 分类；2)依据行业分类；3)依据负荷重要性进行分类。这些负荷分类方法在实际应用中还 存在着人为主观性、分类结果的准确性和合理性不高等问题，同时这些分类方法并非是从 负荷本身的特性出发的，所以分类结果对于治理特殊负荷产生的谐波、波动、闪变和三相不 平衡等电能质量问题的指导性不是很强。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于图论聚类的中压配网特殊负荷电 能质量特性分类方法，该方法是具有识别速度快、分类准确率高、分类效率高等优点，为供 电企业治理不同特殊负荷引起的电能质量问题提供理论依据，从而简化或降低特殊负荷管 理的难度和复杂性。
[0005] 解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种基于图论聚类的中压配网特殊负荷电能质量特性分类方法，包括以下步骤：
[0007] SI依据特殊负荷产生的主要电能质量问题建立特殊负荷的特征指标；
[0008] S2将每一种待分析的特殊负荷作为一个样本，分别输入各个样本的特征指标数 据，构造原始矩阵A;
[0009] S3计算原始矩阵A中每两个样本点之间的相似程度，并且以相似程度为元素构造 模糊相似矩阵R;
[0010] S4求解对应于模糊相似矩阵的赋权图的最大树；
[0011] S5在已得到最大树的基础上，根据经验值选取聚类阀值入，砍去权重小于入的边 而留下权重大于或等于A的边，把各联通分支内的元素聚为一类；
[0012] S6对上述聚为一类的特殊负荷采用相同的解决方案解决其电能质量问题。由于上 述聚为一类的特殊负荷其特征指标值类似，产生的主要电能质量问题及严重程度也类似， 因此可以采用类似的解决方案解决其电能质量问题。
[0013] 步骤Sl所述特殊负荷是指具有谐波、冲击、波动、三相不平衡中一种或者多种性 质的负荷称为特殊负荷。
[0014] 步骤Sl所述特殊负荷产生的主要电能质量问题包括：谐波、波动、闪变、三相不平 衡，因此，相应的表征特征负荷的特征指标包括总谐波谐波畸变率、电压波动率、电压闪变 值、三相不平衡度。
[0015] 具体的，所述总谐波畸变率是指特殊负荷接入中压配电网后注入电网谐波相对于 基波的潜在发热量，其计算公式如下：
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于图论聚类的中压配网特殊负荷电能质量特性分类方法，其特征在于包括以 下步骤： Si依据特殊负荷产生的主要电能质量问题建立特殊负荷的特征指标； S2将每一种待分析的特殊负荷作为一个样本，分别输入各个样本的特征指标数据，构 造原始矩阵A ; S3计算原始矩阵A中每两个样本点之间的相似程度，并且以相似程度为元素构造模糊 相似矩阵R ; S4求解对应于模糊相似矩阵的赋权图的最大树； S5在已得到最大树的基础上，根据经验值选取聚类阀值A，砍去权重小于A的边而留 下权重大于或等于A的边，把各联通分支内的元素聚为一类； S6对上述聚为一类的特殊负荷采用相同的解决方案解决其电能质量问题。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤Sl中，所述特殊负荷是指具有 谐波、冲击、波动、三相不平衡中一种或者多种性质的负荷称为特殊负荷。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述特殊负荷产生的主要电能质量问题 包括：谐波、波动、闪变、三相不平衡，相应的表征特征负荷的特征指标包括总谐波谐波畸变 率、电压波动率、电压闪变值、三相不平衡度。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述总谐波畸变率是指特殊负荷接入中 压配电网后注入电网谐波相对于基波的潜在发热量，其计算公式如下：
式中，Mh为电流或电压M的h次谐波分量的方均根值，h_为注入中压配网的谐波电压 或者电流的最1?次数。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述电压波动率是指特殊负荷接入后引 起中压配网电压波动大小，其计算公式如下：
式中，Umax为中压配网电压波动取值最大值，Umin为中压配网电压波动取值最小值，U n为 中压配网额定电压值。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述电压闪变是指特殊负荷接入后引起 中压配网电压波动在一段时间内的累计效果，其计算公式如下：
式中，长时间闪变统计时间国标中规定为2小时，Psu表示的是2小时内第j个短时间 闪变值，对于短时间闪变每隔10分钟统计一次。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述三相不平衡度是指特殊负荷接入后 由于三相负荷不对称导致三相电量方均根不相等，其计算公式如下：
式中，U1是特殊负荷接入点电压的正序分量，U2是特殊负荷接入点电压的负序分量。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述原始矩阵A是根据 样本的特征指标数据建立，其方法为：对于有n种待分析的特殊负荷作为样本，每个样本可 以用m个特征指标来描述，可以得到nXm阶原始矩阵A。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述原始矩阵中每两个 样本之间的相似程度用兰氏距离度量，其计算公式如下：
式中，Uk是第k个指标所占的权重，1 彡 m，ii k G (〇, 1)，i = 1，2. ? ? n，j = 1，2. ? ? n ; 所述模糊相似矩阵R中第i行第j列元素为du，其中du表示的是第i个样本与第j个样 本之间的兰氏距离，其中R为nXn阶矩阵。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述求解对应于模糊相 似矩阵的赋权图的最大树的过程如下：假设G = (V，E)是一个网络，其中V是顶点集合，E 是边集合；对于由n种特殊负荷组成的样本，网络顶点数为n，第i个顶点和第j个顶点构 成一条边，其权重为模糊矩阵中的Ru ;首先从集合V中任取一个顶点（例如取顶点Vtl)放入 集合U中，这时U = IvcJ，TE = NULL，其中U表示存放了 V。节点，TE中存放的是树的边，TE =NULL表示是空集；然后在所有一个顶点在集合U，另一个顶点在集合V-U里的边中，找出 权重最大边（u，V) (u G U，V G V-U)，将边加入TE,并将顶点V加入U ;重复上述操作直到U =V为止，这时TE中有n-1条边，T = (U，TE)就是G的一棵最大树。
【文档编号】G06F17/30GK104361136SQ201410753835
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】曹华珍, 张俊潇, 吴烈鑫, 罗向东, 陈荃, 代卫星, 张蓓, 吴强 申请人:广东电网有限责任公司电网规划研究中心, 广东电网发展研究院有限责任公司