一种基于子图同构的电网故障建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于子图同构的电网故障建模方法及系统，方法包括以下步骤：对电力系统的网络拓扑进行识别；获取典型故障的特征，包括网络模式、动作模式以及时序模式；根据所述网络模式在所述电力系统中搜索所有的潜在故障子图，形成潜在故障子图集合；根据所述动作模式和所述时序模式为所述潜在故障子图集合中的每个潜在故障子图分配动作和时序。本发明专利技术的目的在于提供一种基于子图同构的电网故障建模方法及系统，根据现有电网的拓扑结构，可实现常见故障的自动建模，避免因电网拓扑结构以及运行方式的改变导致人员的大量故障人工建模、维护工作，提高电力系统稳定分析的自动化水平。的自动化水平。的自动化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于子图同构的电网故障建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统自动化
，尤其涉及一种基于子图同构的电网故障建模方法及系统。

技术介绍

[0002]电力系统安全性是指电力系统在运行中承受故障扰动(例如突然失去电力系统的元件，或短路故障等)的能力；电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力，一般分为静态稳定、暂态稳定、小扰动动态稳定、电压稳定及中长期动态稳定。
[0003]为了保障电力系统的安全稳定运行，电网运行方式由专业人员根据《电力系统安全稳定导则》的统一要求，需要对电网运行中可能出现的各种运行方式进行安全稳定分析计算，明确可能发生各种类型的故障后，电网的稳定水平并提出保障电力系统安全稳定的措施。电力系统典型故障的准确建模是安全稳定分析计算的重要前提。
[0004]随着电网规模的不断扩大、系统拓扑日趋复杂、电网日常运行方式多变、连锁故障发生风险增加，传统的人工建模故障、维护故障的方式已不能满足安全稳定分析计算需要，迫切需要提供自动化手段实现电力系统各类故障自动建模，提高电力系统稳定分析的自动化水平，保障电网安全稳定运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于子图同构的电网故障建模方法，根据现有电网的拓扑结构，可实现常见故障的自动建模，避免因电网拓扑结构以及运行方式的改变导致人员的大量故障人工建模、维护工作，提高电力系统稳定分析的自动化水平。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种基于子图同构的电网故障建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]S1：对电力系统的网络拓扑进行识别；
[0009]S2：获取典型故障的特征，包括网络模式、动作模式以及时序模式；
[0010]S3：根据所述网络模式在所述电力系统中搜索所有的潜在故障子图，形成潜在故障子图集合；
[0011]S4：根据所述动作模式和所述时序模式为所述潜在故障子图集合中的每个潜在故障子图分配动作和时序。
[0012]现有技术中，多数是通过人工手动逐个故障进行建模。也存在一些基于对仿真数据的人工经验的半自动化建模的方法，该类方法严重依赖所应用的电网仿真数据的特征以及所应用的仿真软件的数据组织形式，无法适用于有着不同数据管理习惯、建模方式以及不同仿真软件的电网仿真对象。随着电网规模的不断扩大、系统拓扑日趋复杂、电网日常运行方式多变、连锁故障发生风险增加，传统的人工以及基于数据经验的建模故障、维护故障的方式已不能满足安全稳定分析计算需要。基于此，本申请提供了一种基于子图同构的电网故障建模方法，通过对电力系统的网络拓扑进行识别获取电力系统拓扑数据，然后根据
需要构建的故障类型，获取该故障类型的网络模式特征、动作模式特征以及时序模式特征，并用该网络模式特征在电力系统拓扑数据中进行匹配，搜索该电力系统潜在的故障子图，搜索完成后根据动作模式特征以及时序模式特征为搜索出来的故障子图进行相应的动作和时序分配即可。换句话说，只要知道该类型故障的模板，便可以自动在电力系统中搜索到全部同类型的故障，因此，在实际使用过程中，不需要依赖电网仿真数据的组织形式和人工经验便可以运用于所有的电力系统。相比于现有人工手动逐个建模方式，极大的提高了故障建模的准确性与完备性，提高了建模效率。相比于基于数据经验的半自动化建模方式，本申请从电力系统拓扑层面进行数据处理，能够免除对不同电网仿真数据的特征的依赖，能够在所有电网中应用，能够免除对不同电网仿真软件的数据组织形式的依赖，能够应用于任何仿真软件当中。甚至推广到真实世界存在的物理网络仿真(例如供气网络故障建模，供水网络故障建模，交通网络故障建模)中应用。
[0013]优选地，所述S1包括以下子步骤：
[0014]S11：对所述电力系统的网络拓扑进行处理得到简单无向图G，G＝(V，E)；
[0015]其中，V＝{v1,v2,...,v
n
}代表电力系统的计算节点集合，E代表电力系统计算节点之间边的集合，且所有边的权值为1；
[0016]S12：根据所述计算节点集合中的节点类型进行归类编码，得到编码集合C，其中，C＝{c1,c2,...,c
l
}∈R
+
，c
l
为第l种节点类型。
[0017]优选地，所述S2包括以下子步骤：
[0018]S21：获取所述典型故障，并根据所述典型故障涉及的节点及边形成故障简单无向图G
f
，G
f
＝(V
f
,E
f
)∈G；
[0019]其中，V
f
＝{v
f1
,v
f2
,...,v
fs
}∈V代表典型故障涉及的计算节点集合，E
f
＝{e
f1
,e
f2
,...,e
ft
}∈E代表典型故障涉及的边的集合，且所有边的权值为1；
[0020]S22：根据所述故障简单无向图G
f
获取所述典型故障的所述网络模式；
[0021]LP(G
f
)＝diag[λ(v
f1
),λ(v
f2
),...,λ(v
fs
)]‑
A(G
f
)；
[0022]其中，LP(G
f
)表示网络模式，λ(v
fi
)代表节点v
fi
的类型编码1≤i≤s，A(G
f
)代表故障简单无向图G
f
的邻接矩阵；
[0023]S23：根据所述典型故障发展过程中所涉及的边获取所述典型故障的动作模式；
[0024]AP(E
f
)＝[A(e
f1
),A(e
f2
),...,A(e
fq
),...,A(e
ft
)]；
[0025]其中，AP(E
f
)表示动作模式，A(e
fq
)表示故障发展过程中，边e
fq
上发生的动作；
[0026]S24：根据所述典型故障发展过程中所涉及的边获取所述典型故障的时序模式；
[0027]TP(E
f
)＝[T(e
f1
),T(e
f2
),...,T(e
fq
),...,T(e
ft
)]；
[0028]其中，TP(E
f
)表示时序模式，T(e
fq
)表示故障发展过程中，边e
fq
上发生动作的时间。
[0029]优选地，所述S3包括以下子步骤：
[0030]S31：构建故障子图集合Γ
reg
以及已搜索本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于子图同构的电网故障建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对电力系统的网络拓扑进行识别；S2：获取典型故障的特征，包括网络模式、动作模式以及时序模式；S3：根据所述网络模式在所述电力系统中搜索所有的潜在故障子图，形成潜在故障子图集合；S4：根据所述动作模式和所述时序模式为所述潜在故障子图集合中的每个潜在故障子图分配动作和时序。2.根据权利要求1所述的一种基于子图同构的电网故障建模方法，其特征在于，所述S1包括以下子步骤：S11：对所述电力系统的网络拓扑进行处理得到简单无向图G，G＝(V，E)；其中，V＝{v1,v2,...,v
n
}代表电力系统的计算节点集合，E代表电力系统计算节点之间边的集合，且所有边的权值为1；S12：根据所述计算节点集合中的节点类型进行归类编码，得到编码集合C，其中，C＝{c1,c2,...,c
l
}∈R
+
，c
l
为第l种节点类型。3.根据权利要求2所述的一种基于子图同构的电网故障建模方法，其特征在于，所述S2包括以下子步骤：S21：获取所述典型故障，并根据所述典型故障涉及的节点及边形成故障简单无向图G
f
，G
f
＝(V
f
,E
f
)∈G；其中，V
f
＝{v
f1
,v
f2
,...,v
fs
}∈V代表典型故障涉及的计算节点集合，E
f
＝{e
f1
,e
f2
,...,e
ft
}∈E代表典型故障涉及的边的集合，且所有边的权值为1；S22：根据所述故障简单无向图G
f
获取所述典型故障的所述网络模式；LP(G
f
)＝diag[λ(v
f1
),λ(v
f2
),...,λ(v
fs
)]
‑
A(G
f
)；其中，LP(G
f
)表示网络模式，λ(v
fi
)代表节点v
fi
的类型编码1≤i≤s，A(G
f
)代表故障简单无向图G
f
的邻接矩阵；S23：根据所述典型故障发展过程中所涉及的边获取所述典型故障的动作模式；AP(E
f
)＝[A(e
f1
),A(e
f2
),...,A(e
fq
),...,A(e
ft
)]；其中，AP(E
f
)表示动作模式，A(e
fq
)表示故障发展过程中，边e
fq
上发生的动作；S24：根据所述典型故障发展过程中所涉及的边获取所述典型故障的时序模式；TP(E
f
)＝[T(e
f1
),T(e
f2
),...,T(e
fq
),...,T(e
ft
)]；其中，TP(E
f
)表示时序模式，T(e
fq
)表示故障发展过程中，边e
fq
上发生动作的时间。4.根据权利要求1所述的一种基于子图同构的电网故障建模方法，其特征在于，所述S3包括以下子步骤：S31：构建故障子图集合Γ
reg
以及已搜索转移矩阵集合Μ
s
，且S32：生成大小为s
×
n的0
‑
1转移矩阵M，其中，m
ij
＝1，表示G
f
中的节点i与G中的节点j构成一对节点，且在所述转移矩阵M中，每行有且只有一个1，每列最多一个1；S33：计算矩阵S，并更新已搜索矩阵集合Μ
s
：Μ
s
＝Μ
s
∪{M}；其中，S＝M
×
LP(G)
×
M
T
；
S34：若矩阵S满足且则将由转移矩阵M对应简单无向图G的节点与边形成的故障子图G
′
f
加入到故障子图集合Γ
reg
中，即：Γ
reg
＝Γ
reg
∪{G
′
f
}；其中，表示LP(G
f
)第i行第j列的元素，s
ij
表示矩阵S第i行第j列的元素；否则重复S32
‑
S33，直到遍历完所有的转移矩阵M，得到潜在故障子图的集合Γ
reg
，Γ
reg
＝{G
′
f
|G
′
f
∈G,LP(G
′
f
)＝LP(G
f
)}。5.根据权利要求1所述的一种基于子图同构的电网故障建模方法，其特征在于，所述S4包括以下子步骤：根据所述动作模式为所述潜在故障子图的每条边分配动作：其中，为潜在故障子图G
i
的第p条边，表示为边分配的动作，ε
p
＝[0,0,...,1,...,0]
T
为第p行为1的单位向量；根据所述时序模式为所述潜在故障子图的每条边分配时间：其中，为潜在故障子图G
i
的第p条边，为边分配的时间，ε
p
＝[0,0,...,1,...,0]
T
为第p行为1的单位向量。6.一种基于子图同构的电网故障建模系统，其特征在于，包括识别模块，获取模块、搜索模块以及分配模块；所述识别模块，用于对电力系统的网络拓扑进行识别；所述获取模块，用于获取典型故障的特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，周波，魏巍，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：