基于电气距离的邮轮电网负荷分区方法

本发明涉及邮轮电网负荷分区，具体地说，是一种基于电气距离的邮轮电网负荷分区方法，通过基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区。

背景技术：

1、近些年来，豪华邮轮等船舶在我国的发展比较迅速，然而由于邮轮负载数量巨大，如空调设备的数量和功率就是常规货船的上百倍，庞大数量的负载对供电质量、可靠性和安全性有更高的指标要求。对于众多的负荷进行统一管理的难度是比较困难的。目前对于陆地电网的负荷管理措施是对电网的负荷进行分区管理，如果能保证各分区的运行稳定性，则整个大规模的总电网基本上也是稳定的。然而，在船舶电网上这种方法还很少应用，因此研究对于邮轮综合电网的负荷分区是十分必要的。

2、之前的对于邮轮电网拓扑结构识别大多是基于传统的拓扑识别方法，主要包括深度优先搜索法、广度优先搜索法和扩展矩阵法等，由于邮轮电网属于微电网，虽然其包含的负荷种类繁多，但其电网的负荷功率相较于陆地电网是非常小的，而扩展矩阵法主要应用于陆地电网范畴，因此对于船舶电网拓扑并不适用。深度优先搜索法和广度优先搜索法是传统的拓扑识别方法，各自都有一定的优点和不足，深度优先搜索法为纵向搜索，相较于广度优先搜索法，当搜索新的支路时，每次又要退回上一层节点的位置，会使算法频繁回溯访问，因此搜索过程更为繁琐，大量操作被重复访问占用，效率较低。广度优先搜索法为横向搜索，此算法按一层一层的依次访问邻接节点，当网络中所有节点都被访问，则搜索结束。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的问题，本发明提出的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，在对邮轮电网拓扑结构分析时，采用基于mas的邮轮电网拓扑结构识别，能够快速准确的识别邮轮电网节点拓扑结构，尤其是当邮轮电网发生故障和拓扑结构发生变化时，基于mas的邮轮电网拓扑结构识别能够实现快速的动态识别。最后采用基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区，不仅能够满足对邮轮电网的快速、准确、动态分区，而且对后续提出电压分区协调控制策略以满足系统紧急状况时的快速控制提供基础。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，具体包括以下步骤：

4、步骤一、对邮轮电网进行网络拓扑分析，基于节点-支路模型，利用邻接矩阵将网络拓扑数据存储，以此得到邮轮电网的拓扑结构图；

5、步骤二、对邮轮电网节点间的电气距离进行定义；

6、步骤三、通过基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区。

7、上述方法中，步骤一中，在对邮轮电网拓扑结构分析时，采用基于mas的邮轮电网拓扑结构识别，每个拓扑节点系统图中的节点都有一个节点agent与之一一对应，另外协调agent可以与这些节点agent建立通讯，协调管理黑板上的数据信息，因此，这种拓扑识别方法能够快速准确的识别邮轮电网节点拓扑结构，尤其是当邮轮电网发生故障和拓扑结构发生变化时，基于mas的邮轮电网拓扑结构识别能够实现快速的动态识别；采用基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区，不仅能够满足对邮轮电网的快速、准确、动态分区，而且对后续提出电压分区协调控制策略以满足系统紧急状况时的快速控制提供基础；具体流程如下：

8、流程一：首先，对各个节点agent进行编号，通过节点agent间的通讯机制，记录相邻节点的连接情况并建立起节点间联系关系的向量，最后采用邻接矩阵法将节点间的信息存储在黑板模型的公共空间中；

9、流程二：发生故障时，发生变化的节点agent能够自动更新状态信息，并且还会发送通讯请求，此时重新搜索相邻节点的连接关系并传递到黑板上，收到来自节点agent的变化信息之后，协调agent修改邻接矩阵；

10、流程三：通过识别修改后的邻接矩阵，画出邮轮电网拓扑结构的无向示意图。

11、本发明的进一步改进，步骤三中，通过基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区，具体的实现流程如下：

12、流程一、以节点阻抗矩阵为基础，将其矩阵元素取倒数加绝对值，形成计算节点间电气距离的电气距离矩阵；

13、流程二、由得到的电气距离矩阵构建出节点间的相似度矩阵；

14、流程三、计算每个节点的局部密度ρi和距离δi；

15、流程四、由节点的局部密度ρi和距离δi的乘积最大值确定候选类中心点，然后通过观察非类中心点过渡到类中心点时的跳跃特点，确定类中心点；

16、流程五、聚类中心数可以由决策图或者局部密度ρi和距离δi的乘积的降序图来得到。

17、本发明包括以下有益成果：

18、1、本发明采用基于mas的邮轮电网拓扑结构识别方法，这样弥补树搜索法进行拓扑识别时反复重新访问整个系统的问题，不仅使算法搜索空间大大缩小，而且还有利于实现快速的动态识别；

19、2、本发明采用基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区，不仅能够满足对邮轮电网的快速、准确、动态分区，而且对后续提出电压分区协调控制策略以满足系统紧急状况时的快速控制提供基础；

20、3、本发明采用的基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区时，综合考虑局部密度ρ和距离δ用来确定聚类个数的量γ，选择局部密度和距离两者的乘积最大的数据点作为类中心点；

21、4、本发明采用对邮轮电网拓扑结构分析中加入对节点-支路的编号，尤其是对负荷的编号，将负荷的优先级这个属性进行编号，用占ij来表示负荷编号，第一位下标字母表示负荷的顺序编号，第二位下标字母表示负荷的优先级的编号。当负荷用电过高或者发电机故障时引起的过载，将次要负荷优先级的设备从电网中卸载，来保证高优先级负荷的供电。

技术特征：

1.一种基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，所述步骤一在对邮轮电网拓扑结构分析时，采用基于mas的邮轮电网拓扑结构识别，具体流程如下：

3.根据权利要求2所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，所述步骤一对邮轮电网拓扑结构分析，采用基于节点-支路模型来得到邮轮电网的拓扑结构，拓扑结构用公式g＝(v，e)来表述，公式中v＝{υ1，υ2，...，υn}表示网络中的所有节点，e{e1，e2，...，en}表示v中任意两节点间的连接关系，加入对节点-支路的编号，尤其是对负荷的编号，将负荷的优先级这个属性进行编号，用lij来表示负荷编号，第一位下标字母表示负荷的顺序编号，第二位下标字母表示负荷的优先级的编号；采用占存储空间较小的矩阵法来存储邮轮电网的拓扑结构，利用邻接矩阵法来描述一个具有n个节点之间的间接关系，描述为：

4.根据权利要求3所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，所述步骤二中，对邮轮电网节点间的电气距离的定义，将邮轮电网的拓扑识别结果用加权图g＝(v，e)来表示，其中，边权重则用来指代节点间的电气距离，边权重越大，节点间的电气距离越近，通过将得到的阻抗矩阵整体取模，再对其各元素求倒数，最后进行归一化处理，得到包含邻接信息的权矩阵w，以此来作为基于快速搜索和发现密度峰值聚类法所需的相似度矩阵，通过对导纳矩阵求逆得到系统阻抗矩阵来表示其电气距离，电气距离矩阵用公式表示为：

5.根据权利要求4所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，所述步骤三中，具体的实现流程如下：

6.根据权利要求5所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，所述步骤三中，流程一根据公式(2)和公式(3)来得到电气距离矩阵，通过将得到的阻抗矩阵整体取模，再对其各元素求倒数，最后进行归一化处理，得到包含邻接信息的权矩阵w，然后将包含邻接信息的权矩阵w作为基于快速搜索和发现密度峰值聚类法的输入，进而计算各节点的局部密度和距离。

7.根据权利要求6所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，所述步骤三中计算各节点的局部密度和距离分两种情况计算局部密度：

8.根据权利要求7所述的基于电气距离的邮轮电网负荷分区新方法，其特征在于，由各区域节点的局部密度ρi和距离δi的乘积最大值作为聚类中心点，将局部密度ρi和距离δi的乘积用γ来表示，用公式表示为：

技术总结
本发明涉及邮轮电网负荷分区技术领域，具体地说，是一种基于电气距离的邮轮电网负荷分区方法：首先对邮轮电网进行网络拓扑分析，基于节点‑支路模型，利用邻接矩阵将网络拓扑数据存储，以此得到邮轮电网的拓扑结构图；其次对邮轮电网节点间的电气距离进行定义；最后通过基于快速搜索和发现密度峰值聚类法对邮轮综合电网负荷进行分区。本发明在对邮轮电网拓扑结构分析时，采用基于MAS的邮轮电网拓扑结构识别，能够快速准确的识别邮轮电网节点拓扑结构，尤其是当邮轮电网发生故障时，拓扑结构发生变化时，基于MAS的邮轮电网拓扑结构识别不需要对所有节点进行重新识别，有利于实现快速的动态识别。

技术研发人员：朱志宇,楚浩清
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13