一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法技术

本发明专利技术提出了一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法。本发明专利技术对待分区恢复的电网构建电网拓扑图，基于谱聚类算法构建电网恢复分区目标函数；建立机组节点的分组优化模型，以每个分组内部署一套黑启动电源为约束条件，考虑分组内机组出力及待启动机组成功率构建目标函数，利用遗传算法求解得到机组最佳分组结果；采用Must

【技术实现步骤摘要】
一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法


[0001]本专利技术属于电力系统恢复
，具体涉及一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法。

技术介绍

[0002]随着用电需求日益升高，区域电网的相互联系加深，电力系统规模不断扩大；同时世界各国调整能源结构，新能源及设备的接入，使得电力系统变得更加复杂。在这样的背景下，外在破坏、人员失误等都可能导致大规模的停电事故发生，带来巨大损失。因此研究大停电后电力系统的恢复问题，对充分利用新能源、减少停电损失有重大意义。在电力系统恢复过程中，按照设备电气参数及网络拓扑结构对网架整体进行拆分，采用并行分区恢复策略可以大大缩短恢复时间、减少恢复失败影响及提高可靠性。
[0003]当前电力系统恢复分区的问题在于电网恢复分区优化模型详细全面性与求解算法的高效性难以兼顾。在详细考虑恢复过程时，更偏向人工分析，求解效率不高。而在运用图论等高效算法时，未能将分区内的有功功率平衡、机组启动路径、启动顺序结合到算法中，影响到分区并行恢复及并列的效果和可靠性。
[0004]本专利技术提出了一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法。根据谱聚算法原理建立电网恢复分区模型，在此基础上增加考虑机组出力及待启动机组启动成功率的机组分组优化模型，对待启动机组进行分组，并在切图权重引入线路传输功率，使目标函数考虑分区有功平衡影响，从而使电网恢复分区模型兼顾考虑机组启动及分区内有功平衡。算例验证了该方法的有效性，能有效考虑待启动机组的恢复及分区有功平衡，高效求取规模相当且相互连接线少的分区方案，有助于提高分区并行恢复及并列的效果和可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法。
[0006]一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1，对待分区恢复的电网构建电网拓扑图，依据电网拓扑图获取邻接矩阵，根据邻接矩阵分别计算电网拓扑图的拉普拉斯矩阵、电网拓扑图的度矩阵，基于谱聚类算法原理构建电网恢复分区目标函数，保证子区域尽可能规模均衡且区域间联络线权重尽可能小。
[0008]步骤2，建立电网拓扑图中所有机组节点的分组优化模型，包括约束条件和目标函数两部分，以每个分组内部署一套黑启动电源作为机组分组约束条件，考虑分组内机组出力及待启动机组成功率构建机组分组优化目标函数，利用遗传算法求解该机组分组模型，得到机组的最佳分组结果；
[0009]步骤3，根据步骤2得到的机组分组子集，采用Must
‑
link和Cannot
‑
link成对约束信息来对隶属同一分组子集的机组节点进行约束，同时考虑分区有功平衡影响，在步骤1所
述切图权重中引入线路传输功率，进而修改步骤1所述相应邻接矩阵，代入步骤1所述电网分区恢复目标函数，从而建立考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区模型；
[0010]步骤4，采用K
‑
means算法求解步骤3所述考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区模型，得到电网恢复分区方案。
[0011]作为优选，步骤1所述构建电网拓扑图，具体为：
[0012]首先对待分区恢复的电网进行化简：
[0013]仅考虑高电压等级及包含变压器的线路形成等效边；把厂内电压等级相同的线路等效化简成电网网络拓扑中的节点；
[0014]多回线路等效为单回，且不包含并联电容支路；
[0015]化简抽象后可得到由n个点，u条边构成的步骤1所述电网拓扑图；
[0016]所述待分区恢复的电网包括多个黑启动电源以及多个待启动机组电源；
[0017]步骤1所述邻接矩阵，具体为：
[0018]定义电网拓扑图中所有节点构成的集合为V，所有边的构成的集合为E，则可得到G＝(V,E)表示电网拓扑图；
[0019]E与V相互关联，E中的每个元素对应的边，可以用V中一对无序节点组映射，即边可以表示为(i,j)或者(j,i)，i为边的一端点，j为边的另一端点；
[0020]选取节点间的电气距离为线路权重w
i,j
，采用线路阻抗表征，故电网连通图可以通过n
×
n阶电网拓扑图的邻接矩阵M表达：
[0021][0022]其中，i∈[1,n]，j∈[1,n]，w
i,j
表示以节点i与节点j为端点的线路的权重，n表示电网拓扑图所含节点个数；
[0023]步骤1所述根据邻接矩阵计算电网拓扑图的度矩阵D，具体为：
[0024][0025]其中，i∈[1,n]，j∈[1,n]，w
i,j
表示节点i与节点j之间线路的权重，n表示电网拓扑图所含节点个数；
[0026]步骤1所述根据邻接矩阵计算电网拓扑图的拉普拉斯矩阵，具体为：
[0027]L＝D
‑
M
[0028]步骤1所述基于谱聚类算法原理构建电网恢复分区目标函数，具体为：
[0029]所述黑启动电源的数量为k；
[0030]将电网拓扑图G(V,E)随机初始化成独立的k个子区域，每子区域的包含的节点集合依次定义为A1,A2,A3,
…
,A
k
，满足如下约束条件：
[0031][0032]其中，k表示子区域的数量，V表示电网拓扑图中所有节点构成的集合，A
x
表示编号
为x的子区域所包含的节点集合，A
y
表示编号为y的子区域所包含的节点集合，x∈[1,k]，y∈[1,k]，且x≠y；
[0033]对于任意两个子区域之间的切图权重定义为：
[0034][0035]其中，A
x
表示编号为x的子区域所包含的全部节点集合，A
y
表示编号为y的子区域所包含的全部节点集合，x∈[1,k]，y∈[1,k]，且x≠y；b表示编号为x的子区域内的节点；c表示编号为y的子区域内的节点；w
b,c
表示节点b与节点c之间线路的权重.
[0036]则对于k个子区域A1,A2,A3,
…
,A
k
间切图cut为：
[0037][0038]其中，A
x
是第x个子区域的节点集合，为第x个子区域的节点集合在电网拓扑图中所有节点构成的集合V的补集；
[0039]综合考虑的最小化切割的边和各子区域平衡，在cut函数值的基础上引入vol(A
x
)子区域平衡，其优化目标函数为：
[0040][0041][0042]其中：
[0043]D表示电网拓扑图的度矩阵，d表示编号为x的子区域内的节点。
[0044]由此构建电网分区恢复目标函数，保证子区域尽可能规模均衡且区域间联络线权重尽可能小：
[0045][0046]式中，k为子区域的数量，与黑启动电源数量相等，A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对待分区恢复的电网构建电网拓扑图，依据电网拓扑图获取邻接矩阵，根据邻接矩阵分别计算电网拓扑图的拉普拉斯矩阵、电网拓扑图的度矩阵，基于谱聚类算法原理构建电网恢复分区目标函数，保证子区域尽可能规模均衡且区域间联络线权重尽可能小；步骤2，建立电网拓扑图中所有机组节点的分组优化模型，包括约束条件和目标函数两部分，以每个分组内部署一套黑启动电源作为机组分组约束条件，考虑分组内机组出力及待启动机组成功率构建机组分组优化目标函数，利用遗传算法求解该机组分组模型，得到机组的最佳分组结果；步骤3，根据步骤2得到的机组分组子集，采用Must
‑
link和Cannot
‑
link成对约束信息来对隶属同一分组子集的机组节点进行约束，同时考虑分区有功平衡影响，在步骤1所述切图权重中引入线路传输功率，进而修改步骤1所述相应邻接矩阵，代入步骤1所述电网分区恢复目标函数，从而建立考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区模型；步骤4，采用K
‑
means算法求解步骤3所述考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区模型，得到电网恢复分区方案。2.根据权利要求1所述的考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法，其特征在于，步骤1所述构建电网拓扑图，具体为：首先对待分区恢复的电网进行化简：仅考虑高电压等级及包含变压器的线路形成等效边；把厂内电压等级相同的线路等效化简成电网网络拓扑中的节点；多回线路等效为单回，且不包含并联电容支路；化简抽象后可得到由n个点，u条边构成的步骤1所述电网拓扑图；所述待分区恢复的电网包括多个黑启动电源以及多个待启动机组电源；步骤1所述邻接矩阵，具体为：定义电网拓扑图中所有节点构成的集合为V，所有边的构成的集合为E，则可得到G＝(V,E)表示电网拓扑图；E与V相互关联，E中的每个元素对应的边，可以用V中一对无序节点组映射，即边可以表示为(i,j)或者(j,i)，i为边的一端点，j为边的另一端点；选取节点间的电气距离为线路权重w
i,j
，采用线路阻抗表征，故电网连通图可以通过n
×
n阶电网拓扑图的邻接矩阵M表达：其中，i∈[1,n]，j∈[1,n]，w
i,j
表示以节点i与节点j为端点的线路的权重，n表示电网拓扑图所含节点个数；步骤1所述根据邻接矩阵计算电网拓扑图的度矩阵D，具体为：其中，i∈[1,n]，j∈[1,n]，w
i,j
表示节点i与节点j之间线路的权重，n表示电网拓扑图
所含节点个数；步骤1所述根据邻接矩阵计算电网拓扑图的拉普拉斯矩阵，具体为：L＝D
‑
M步骤1所述基于谱聚类算法原理构建电网恢复分区目标函数，具体为：所述黑启动电源的数量为k；将电网拓扑图G(V,E)随机初始化成独立的k个子区域，每子区域的包含的节点集合依次定义为A1,A2,A3,
…
,A
k
，满足如下约束条件：其中，k表示子区域的数量，V表示电网拓扑图中所有节点构成的集合，A
x
表示编号为x的子区域所包含的节点集合，A
y
表示编号为y的子区域所包含的节点集合，x∈[1,k]，y∈[1,k]，且x≠y；对于任意两个子区域之间的切图权重定义为：其中，A
x
表示编号为x的子区域所包含的全部节点集合，A
y
表示编号为y的子区域所包含的全部节点集合，x∈[1,k]，y∈[1,k]，且x≠y；b表示编号为x的子区域内的节点；c表示编号为y的子区域内的节点；w
b,c
表示节点b与节点c之间线路的权重.则对于k个子区域A1,A2,A3,
…
,A
k
间切图cut为：其中，A
x
是第x个子区域的节点集合，为第x个子区域的节点集合在电网拓扑图中所有节点构成的集合V的补集；综合考虑的最小化切割的边和各子区域平衡，在cut函数值的基础上引入vol(A
x
)子区域平衡，其优化目标函数为：域平衡，其优化目标函数为：其中：D表示电网拓扑图的度矩阵，d表示编号为x的子区域内的节点；由此构建电网分区恢复目标函数，保证子区域尽可能规模均衡且区域间联络线权重尽可能小：
式中，k为子区域的数量，与黑启动电源数量相等，A
x
是第x个分区的包含的节点集合；A
x
为A
x
在V空间的补集；根据谱聚类算法原理可知，所述连续电网分区恢复目标函数为：式中，tr(F
T
D
‑
1/2
LD
‑
1/2
F)是矩阵迹运算；D是电网拓扑图的度矩阵；L是电网拓扑图的Laplace矩阵；F是电网拓扑图的特征矩阵，I是单位矩阵；所述F的计算方法为：定义H＝D
‑
1/2
LD
‑
1/2
，λ为H矩阵的特征值，h为H矩阵的特征向量，I是单位矩阵；求解方程(λI
‑
H)h＝0，得到H矩阵的特征值及特征值对应的特征向量；选择特征值数量m，选取H矩阵最小的m个特征值，根据其相应的特征向量组成最小特征值矩阵，将最小特征值矩阵按行标准化后得到F。3.根据权利要求1所述的考虑机组分组及有功平衡的电网恢复分区方法，其特征在于，步骤2中所述的机组分组优化模型建立具体如下：首先建立机组分组模型的约束条件：每个分组内分别配置一个黑启动电源，以该黑启动电源作为初始节点，分组内的待启动机组节点通过分组内的黑启动电源节点获取启动电能；机组分组优化的目标函数考虑：使区域内机组出力尽可能充足；同时采用线路容抗来分析线路充电过程中的过电压问题，从而保障待启动机组启动成功率；所述目标函数可表示为：式中，k是总分组数；q代表分组编号；g代表分组中包含的待启动机组，N
q
为分组中包含的待启动机组总数量；r是所有分组中N
q
之和；α为恢复可靠性权重系数；T
c
为机组启动从开始到升至设定输出的时间；Ω为已充电线...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洁，方宇迪，何育钦，张胜峰，麻高源，唐佳杰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：