一种电力系统实用动态安全域修正方法及装置与流程

本发明属于电力系统，具体涉及一种电力系统实用动态安全域修正方法及装置。

背景技术：

1、目前，随着通信技术、量测技术以及控制技术的发展，电力系统逐渐发展成为世界上最复杂的系统之一。由于电力系统的互联特性，一旦电网发生故障，会迅速波及其他地区。智能电网概念的提出，旨在最大可能提高系统的稳定性、可靠性以及自愈能力，而电力系统暂态稳定评估是保障电网安全可靠运行的必要条件。

2、现阶段，安全域理论可有效地评估电力系统的稳定裕度，并预测下一时刻的调度计划是否安全。在工程应用角度，安全域方法大大降低了计及节点注入功率不确定性时电力系统概率安全性评估的计算量，同时可使电力系统稳定约束难表达的问题得以解决，进而在电力系统优化潮流、安全性控制、风险评估及优化等方面得到进一步应用。传统技术往往只关注某种特定情形的安全域边界构建方法，从物理模型上采用一定的假设条件解决模型强非线性问题，或者从数据驱动角度挖掘关键特征，利用数据拟合方法构建边界，导致模型的可解释性差，安全边界评估的可靠性低。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种电力系统实用动态安全域修正方法及装置，能够有效分析物理模型的内部机理，提升模型的可解释性，增强安全边界评估的可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电力系统实用动态安全域修正方法，包括：

3、获取电力系统的拓扑结构及支路数据，推导注入功率空间上的动态安全域边界与事故后系统的暂态稳定性的映射关系；

4、构建基于相轨迹判稳的实用动态安全域超平面解析模型，利用实用动态安全域超平面解析模型推导得到的安全域边界模型，获取可信任临界运行区间；

5、对临界运行区间内的临界点样本进行数据增强，通过对失稳模态的分类生成对应的安全域边界，利用正则化将控制方程扩充为损失函数，将物理信息规则纳入损失函数以修正安全域边界系数，实现动态安全域边界修正。

6、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，电力系统的拓扑结构由事故前系统i，经事故中系统f到事故后系统j，定义动态安全域所确定的是事故前注入功率空间上确保暂态稳定性的全部点集：

7、ωd(i,j,f)＝{y|xd(y)∈a(y)}

8、y＝(p1,p2,…,pn)t

9、式中，f为既定故障，i,j分别为故障前、后的网络结构；xd(y)为事故清除瞬间系统的状态；a(y)为事故后的稳定域；pn是节点n上的有功注入功率。

10、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，将2n维复功率注入空间下的动态安全域描述成n-1维实注入功率空间下的实用动态安全域：

11、

12、式中，pi∈rn-1是节点i上的有功注入功率，n为节点个数；

13、对于含有n个机组的电力系统，存在种失稳模态，式中，c为组合数；

14、通过在指定时间段内观测受扰系统各机组的功角轨迹，按照相互分裂情况将电力系统划分为两群，借助历史数据更新失稳模态。

15、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，电力系统的运动方程为：

16、

17、式中，为功角变化率，δ为发电机功角，ω0为同步电角速度，为角速度变化率，δω为发电机转速差；m为惯性时间常数；pm为发电机机械功率；pemax为发电机的最大电磁功率；

18、对于功角为横轴，转速差为纵轴的相平面空间上，求取相轨迹的一阶导k1＝dδω/dδ和二阶导k2＝dk1/dδ，令二阶导数k2为0，得到分界线：

19、f＝-(mpemaxδω2cosδ+(pm-pemaxsinδ)2)＝0

20、式中，f为分界函数，根据边界函数f是否小于0判断系统的暂态稳定，即相轨迹是否与边界f有交点。

21、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，对于包含n台发电机的电力系统，通过互补群惯量中心相对运动变换将多机系统等值为两群系统：

22、

23、

24、

25、mt＝ma+ms

26、

27、式中，s为受扰严重的机群，a为剩余机群；δδ＝δs-δa为两个机群的角度偏差，δs和δa分别为两个机群的角度中心；pe和pm分别为两个机群的等值电磁功率和等值机械功率，为角速度变化率偏差，mt为惯性时间常数总和，ms为受扰严重的机群的惯性时间常数之和，ma为剩余机群的惯性时间常数之和，pmi为发电机i的机械功率，pmj为发电机j的机械功率，pei为发电机i的电磁功率，pej为发电机j的电磁功率，t为所有机群，e为下标，代表电磁，m为下标，代表机械，i和j为节点。

28、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，对于包含n台发电机的电力系统，针对指定运行点，定义相轨迹灵敏度矩阵为：

29、

30、式中，fn为分界函数，pn为第n台发电机电网出力，在失稳模态下，搜索到临界稳定运行点，结合灵敏度矩阵s’，当发电机出力改变时，电力系统是否稳定的判断方式为：

31、

32、式中，fi为分界函数，pj为第j台发电机的出力，δpj为第j台发电机的出力差；

33、将n维空间映射到n-1维空间中，得的实用动态安全域的边界为：

34、

35、

36、式中，sj为灵敏度系数，ps为平衡机组出力，下标s为平衡机组。

37、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，针对失稳模态搜索一个临界样本，生成初步的安全边界系数，作为神经网络的初始化数值，实现数据驱动方法的热启动；

38、数据驱动环节包括：

39、基于已生成的安全边界扩充边界附近的临界样本，实现样本增强；

40、将初步的安全边界系数作为初值，引入到损失函数中，采用“预训练-微调”的模式，对安全边界进行校正。

41、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，构建的损失函数，分别计及交叉熵损失函数、l2正则化损失函数以及物理模型驱动损失函数，构建的损失函数为：

42、loss＝λ1l1+λ2l2+λ3l3

43、式中，λ1、λ2和λ3是恒正数权重系数，l1为交叉熵损失函数，l2为正则化损失函数，l3为物理模型驱动损失函数；

44、对每一项的损失函数进行求偏导，将边界系数作为待求解的参数的初始值。

45、作为电力系统实用动态安全域修正方法优选方案，交叉熵损失函数为：

46、

47、

48、zi＝wxi+b

49、式中，l1为交叉熵损失函数，yi为样本i的标签，安全为0，不安全为1，pi表示样本i预测为不安全的概率，n为样本数量，zi表示样本i输入的线性函数评价分数；

50、l2正则化损失函数为：

51、

52、其中，l2为岭回归损失函数，w为网络中的权重矩阵；

53、物理模型驱动损失函数为：

54、

55、式中，l3为物理模型驱动损失函数，w为网络中的权重矩阵，w0＝[s′ 1]t为权重初始值，s′为安全域系数矩阵，1为单位矩阵，n`为训练样本数量。

56、本发明还提供一种电力系统实用动态安全域修正装置，采用上述的一种电力系统实用动态安全域修正方法，包括：

57、暂态稳定性映射关系推导模块，用于获取电力系统的拓扑结构及支路数据，推导注入功率空间上的动态安全域边界与事故后系统的暂态稳定性的映射关系；

58、可信任临界运行区间获取模块，用于构建基于相轨迹判稳的实用动态安全域超平面解析模型，利用实用动态安全域超平面解析模型推导得到的安全域边界模型，获取可信任临界运行区间；

59、动态安全域边界修正模块，用于对临界运行区间内的临界点样本进行数据增强，通过对失稳模态的分类生成对应的安全域边界，利用正则化将控制方程扩充为损失函数，将物理信息规则纳入损失函数以修正安全域边界系数，实现动态安全域边界修正。

60、本发明具有如下优点：获取电力系统的拓扑结构及支路数据，推导注入功率空间上的动态安全域边界与事故后系统的暂态稳定性的映射关系；构建基于相轨迹判稳的实用动态安全域超平面解析模型，利用实用动态安全域超平面解析模型推导得到的安全域边界模型，获取可信任临界运行区间；对临界运行区间内的临界点样本进行数据增强，通过对失稳模态的分类生成对应的安全域边界，利用正则化将控制方程扩充为损失函数，将物理信息规则纳入损失函数以修正安全域边界系数，实现动态安全域边界修正。本发明基于安全域的特点初步构建可靠安全边界，基于可靠性指标划分数据类型，采用数据驱动的方法修正安全边界，获取实用动态安全域模型，模型驱动方法可有效分析物理模型的内部机理，提升模型的可解释性，增强安全边界评估的可靠性。