一种电力系统主动解列断面搜索方法与孤岛调整策略技术方案

本发明专利技术提出一种电力系统主动解列断面搜索方法与孤岛调整策略。首先，电力系统主动解列断面搜索方法对在机器学习领域发展起来的谱聚类算法进行改进，提出含约束谱聚类算法，以计及发电机组的同调约束，从而将解列断面搜索问题转化为广义特征值求解问题。为克服在含约束谱聚类算法中采用传统k‑medoids算法存在的对初始中心点敏感，搜索效率低的缺点，提出改进k‑medoids算法并将其与约束谱聚类算法相结合，以求取最优解列断面。然后，对于每个不满足安全约束的孤岛，优化调整其发电机组出力，必要时也可削减一些负荷，以维持每个孤岛的安全运行。最后，以IEEE 118节点为例，说明本发明专利技术的可行性和有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统主动解列断面搜索方法与孤岛调整策略
本专利技术涉及电力系统恢复领域，特别是涉及电力系统主动解列断面搜索与孤岛调整策略。
技术介绍
解列作为一种紧急控制手段，是电力系统安全稳定运行的最后一道防线，其作用在于隔离异步机群，阻隔故障传播，避免大面积停电。传统的失步解列方法采用离线分析来确定解列断面并安装解列装置，已在实际电力系统中得到广泛运用。然而随着系统规模的不断扩大和跨区域互联电网的形成，失步解列已较难适应当前复杂多变的系统情况。若能从电力系统的全局出发，利用近年来逐步得到广泛应用的广域测量系统(wide-areameasurementsystem，WAMS)和高速通信系统实时监测系统状态，在系统崩溃前根据故障信息进行协调决策，主动将大系统解列为若干独立小系统，即可有效防止连锁故障。这种基于实时信息在线决策的解列方式被称为主动解列。在主动解列中，如何确定最优解列断面是核心问题，针对此问题国内外专家学者已提出了一些方法，总体上可分为3类，即基于慢同调理论、人工智能和图论的方法。
技术实现思路
为了确定最优解列断面，本专利技术基于图划分准则——规范割准则(Ncut)提出一种电力系统主动解列断面搜索方法，该方法将NP难的图划分问题转化为特征值求解问题，并通过求解广义特征值问题且对部分特征向量进行聚类划分，最终得到满足同调约束的系统解列断面。电力系统解列后，为保证各孤岛能够安全稳定运行，需要对孤岛节点进行优化调整，故本专利技术还提出一种基于上述方法的孤岛调整策略。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种电力系统主动解列断面搜索方法，是一种基于约束谱聚类的主动解列断面搜索方法，是将机组同调约束引入到谱聚类算法中，利用约束条件监督聚类过程并限制可行解空间，从而获得满足约束条件的解列断面；设无向边权图G＝(V，E)表征n节点的电力系统，其中V为图G的点集，E为图G的边集，给定图G中每条边eij的权值为wij，定义加权邻接矩阵W、度矩阵D与图规模Vg(G)，其中加权邻接矩阵W、度矩阵D的矩阵元素为：图规模Vg(G)为：令Pij为线路i-j上从节点i流向节点j的潮流，则系统的加权邻接矩阵W的矩阵元素为：在所构造的含约束谱聚类算法中，机组同调约束可用两类约束描述，即MustLink(简称ML)和CannotLink(简称CL)；两个节点间的ML约束表征在图划分时需保证这两个节点处于同一分区内，而相应的CL约束则表征在图划分时需保证这两个节点处于不同分区；为在谱聚类算法中体现ML和CL这两类约束，定义n×n的约束矩阵Q，其矩阵元素如式(5)所示：式中：i和j表示电力系统中任意两个节点；定义聚类指标向量u∈{-1，1}n，假设图划分后形成两独立子图，分别为图J和图M，若节点i属于图J则ui＝1，若节点i属于图M则ui＝-1；由此可得：式中：uTQu表征约束条件被满足的程度，当Qij＝1且ui和uj同号时，其值较大；当Qij＝1且ui和uj异号或Qij＝-1且ui和uj同号时，其值较小；由此可知，uTQu越大，聚类结果满足给定约束条件的可能性就越大；为满足不同的约束强度，对u和Q在实数范围内进行松弛处理，即u和Q可取任意实数值；经如此松弛处理后，若机组i和j为同调机组，属于ML约束，给定Qij>0，其值越大表示这两个机组间的同调约束越强烈；若机组i和j为非同调机组，属于CL约束，可给定Qij<0，其值越小表示这两个机组间的分离约束越强烈；由此，即可将机组同调和分离约束引入到谱聚类过程中；定义规范化Laplacian矩阵LN与规范化约束矩阵QN分别如式(7)和式(8)所示；LN＝D-1/2LD1/2(7)QN＝D-1/2QD1/2(8)定义向量v＝D1/2u和约束下限常数β，则含约束的图划分问题能用式(9)所描述的优化问题来表示：式中：目标函数vTLNv为图划分的Ncut值；vTQNv>β定义给定约束条件满足程度下限；vTv＝Vg(G)确保v为规范化向量；v≠D1/21排除了平凡解，即避免了无意义的图分割方案；求解式(10)的广义特征值问题，即得到式(9)所描述的优化问题的解，其中约束下限常数β的取值范围由式(11)给定；λmin(QN)×Vg(G)＜β＜λk(QN)×Vg(G)(11)式中:λmin(QN)和λk(QN)分别为矩阵QN的最小特征值和第k个最小特征值；k为系统解列后的分区个数；电力系统主动解列断面搜索方法包括以下步骤：1)根据机组同调信息确定解列分区个数k；2)根据电力系统拓扑结构和潮流状态，分别计算电力系统的加权邻接矩阵W、未规范化的Laplacian矩阵L、规范化的Laplacian矩阵LN；3)根据机组同调信息构造约束矩阵Q，并计算规范化约束矩阵QN；4)确定约束下限常数β；5)求解式描述的广义特征值问题；6)剔除非正特征值对应的特征向量，并将余下的特征向量进行规范化处理：7)令前k个最小特征值所对应的特征向量(v1，v2，...，vk)构成矩阵V∈Rn×k；8)将V的每一行看作k维空间中的一个向量，采用聚类算法进行聚类划分，得到的聚类结果中每一行所属类别就是电力系统中每个节点所属的分区，由此即可确定系统解列断面。优选的，步骤8)采用改进k-medoids聚类算法进行聚类划分，其具体过程为：任意选取若干对象作为初始中心点，并将所有非中心点对象按离中心点距离和最小的原则进行首次划分后，对初始中心点在簇内进行调整，选取各簇内与同簇其他点距离和最小的点作为微调后的中心点；在确定初始中心点后，每次替换中心点时，采用渐扩式搜索，即新中心点搜索范围仅限于设定的候选集，候选集随着迭代次数的增加而逐渐扩大，即当前正进行第i次中心点替换迭代，候选集设为离原中心点最近的i个簇内的所有非中心点对象，新中心点即在候选集范围内进行搜索；在第i+1次中心点替换时，候选集则为i+1个最近簇内的非中心点对象，以此类推；这样，随着迭代次数逐渐增加，新中心点的候选集也逐渐扩大，直至扩大到全局或完成聚类。基于所述的电力系统主动解列断面搜索方法的孤岛调整策略，是一种就近原则与潮流追踪相结合的孤岛节点调整策略，采用基于约束谱聚类的主动解列断面搜索方法对电力系统进行解列后，为保证各孤岛能够安全稳定运行，需要对孤岛节点进行优化调整；具体为：在获得最优解列断面后，首先计算故障节点的1至n度节点调整域和调整域内节点对解列断面的利用系数；接着，从故障节点开始，按调整域度数大小由小及大地调整发电机节点，在相同调整域下则优先调整对输电断面利用系数较大的发电节点，在对发电机调整完毕后若仍存在不平衡功率，则按相同方法削减节点负荷，直至孤岛达到安全运行要求为止。优选的，首先定义解列断面线路的关联节点为故障节点，称与故障节点通过一条线路相连且除去非相同孤岛节点的点集为1度节点调整域；称与1度节点调整域内的节点通过一条线路相连且除去非相同孤岛节点的点集为2度节点调整域，以此类推；节点调整域的度数越大，域内节点离故障节点相对越远；若点集Vj是点集Vi通过一条线路直接相连的，则Vj搜索过程记为fs(Vi)＝Vj，则故障节点的n度节点调整域能用下式计算：Ven＝fs(Ven-1)-Vt(12)式中：Ve为故障节点，Ven为故障节点的n度节点调整域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统主动解列断面搜索方法，其特征在于，是一种基于约束谱聚类的主动解列断面搜索方法，是将机组同调约束引入到谱聚类算法中，利用约束条件监督聚类过程并限制可行解空间，从而获得满足约束条件的解列断面；设无向边权图G＝(V，E)表征n节点的电力系统，其中V为图G的点集，E为图G的边集，给定图G中每条边eij的权值为wij，定义加权邻接矩阵W、度矩阵D与图规模Vg(G)，其中加权邻接矩阵W、度矩阵D的矩阵元素为：

【技术特征摘要】
1.一种电力系统主动解列断面搜索方法，其特征在于，是一种基于约束谱聚类的主动解列断面搜索方法，是将机组同调约束引入到谱聚类算法中，利用约束条件监督聚类过程并限制可行解空间，从而获得满足约束条件的解列断面；设无向边权图G＝(V，E)表征n节点的电力系统，其中V为图G的点集，E为图G的边集，给定图G中每条边eij的权值为wij，定义加权邻接矩阵W、度矩阵D与图规模Vg(G)，其中加权邻接矩阵W、度矩阵D的矩阵元素为：图规模Vg(G)为：令Pij为线路i-j上从节点i流向节点j的潮流，则系统的加权邻接矩阵W的矩阵元素为：在所构造的含约束谱聚类算法中，机组同调约束可用两类约束描述，即MustLink(简称ML)和CannotLink(简称CL)；两个节点间的ML约束表征在图划分时需保证这两个节点处于同一分区内，而相应的CL约束则表征在图划分时需保证这两个节点处于不同分区；为在谱聚类算法中体现ML和CL这两类约束，定义n×n的约束矩阵Q，其矩阵元素如式(5)所示：式中：i和j表示电力系统中任意两个节点；定义聚类指标向量u∈{-1，1}n，假设图划分后形成两独立子图，分别为图J和图M，若节点i属于图J则ui＝1，若节点i属于图M则ui＝-1；由此可得：式中：uTQu表征约束条件被满足的程度，当Qij＝1且ui和uj同号时，其值较大；当Qij＝1且ui和uj异号或Qij＝-1且ui和uj同号时，其值较小；由此可知，uTQu越大，聚类结果满足给定约束条件的可能性就越大；为满足不同的约束强度，对u和Q在实数范围内进行松弛处理，即u和Q可取任意实数值；经如此松弛处理后，若机组i和j为同调机组，属于ML约束，给定Qij>0，其值越大表示这两个机组间的同调约束越强烈；若机组i和j为非同调机组，属于CL约束，可给定Qij<0，其值越小表示这两个机组间的分离约束越强烈；由此，即可将机组同调和分离约束引入到谱聚类过程中；定义规范化Laplacian矩阵LN与规范化约束矩阵QN分别如式(7)和式(8)所示；LN＝D-1/2LD1/2(7)QN＝D-1/2QD1/2(8)定义向量v＝D1/2u和约束下限常数β，则含约束的图划分问题能用式(9)所描述的优化问题来表示：式中：目标函数vTLNv为图划分的Ncut值；vTQNv>β定义给定约束条件满足程度下限；vTv＝Vg(G)确保v为规范化向量；v≠D1/21排除了平凡解，即避免了无意义的图分割方案；求解式(10)的广义特征值问题，即得到式(9)所描述的优化问题的解，其中约束下限常数β的取值范围由式(11)给定；λmin(QN)×Vg(G)＜β＜λk(QN)×Vg(G)(11)式中:λmin(QN)和λk(QN)分别为矩阵QN的最小特征值和第k个最小特征值；k为系统解列后的分区个数；电力系统主动解列断面搜索方法包括以下步骤：1)根据机组同调信息确定解列分区个数k；2)根据电力系统拓扑结构和潮流状态，分别计算电力系统的加权邻接矩阵W、未规范化的Laplacian矩阵L、规范化的Laplacian矩阵LN；3)根据机组同调信息构造约束矩阵Q，并计算规范化约束矩阵QN；4)确定约束下限常数β；5)求解式描述的广义特征值问题；6)剔除非正特征值对应的特征向量，并将余下的特征向量进行规范化处理：7)令前k个最小特征值所对应的特征向量(v1，v2，...，vk)构成矩阵V∈Rn×k...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭嫣，程敏，杨文涛，文福拴，李力，杨银国，华威，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，浙江大学，
类型：发明
国别省市：广东,44