一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法制造方法及图纸

本申请涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法，本申请基于拓扑相似性分析，构建电力系统拓扑的矩阵表示，通过奇异值分解矩阵得到蕴含拓扑信息的若干奇异值；基于电力系统拓扑矩阵奇异值建立拓扑相似度指标，采用K

【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法


[0001]本申请涉及电力系统继电保护
，尤其涉及一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法。

技术介绍

[0002]现有电力系统继电保护的保护装置普遍采用“离线整定，在线不变”的整定模式，在进行离线整定计算时需考虑系统不同的拓扑结构，以确保定值在不同的拓扑下仍能正常工作。然而，随着系统规模的扩大，所需考虑的拓扑方式大大增加，若仍同时考虑所有可能出现的拓扑，则保护定值的性能会大大降低。
[0003]在线整定是一种解决上述问题的方式，在线整定模式只需针对当前拓扑方式进行整定，无需考虑系统可能出现的所有拓扑，在降低整定计算的复杂性的同时，也提出了高时效性的要求。然而实际情况中电力系统时时刻刻都有可能发生变化，在线整定系统从获取数据、拓扑分析到在线整定计算均需消耗一定时间，且该时间随着系统规模的扩大而延长，难以满足在线整定高时效性的要求。因此一种介于在线整定和离线整定之间的折中整定方案——多定值区整定，以提高保护装置整定保护性能是非常必要的。
[0004]鉴于此，需要一种介于在线整定和离线整定之间的折中整定方案——一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法，以提高保护装置整定保护性能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中，离线整定计算时需考虑系统所有可能出现的拓扑结构导致整定计算复杂，而在线整定模式时效性要求过高的缺点问题，本专利技术提供了一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法，能够在线整定和离线整定的优缺点之间折中整定，不需要考虑所有可能出现的拓扑，同时降低对时效性的要求。具体技术方案如下：
[0006]一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、获取电力系统拓扑样本，构建邻接矩阵表示；
[0008]步骤S2、通过奇异值分解邻接矩阵，得到蕴含拓扑信息的奇异值；
[0009]步骤S3、基于蕴含拓扑信息的奇异值建立拓扑相似度指标；
[0010]步骤S4、根据拓扑相似度指标，采用K
‑
Medoids聚类算法将所有拓扑分成多个拓扑群并得到对应的拓扑中心点；
[0011]步骤S5、以全网保护动作时间最小和失去选择性概率最低为目标，建立双目标整定优化模型；步骤S6、采用多目标粒子群优化算法对每个拓扑群内的拓扑整定定值优化求解。
[0012]优选地，步骤S1具体包括以下步骤：
[0013]S11、获取电力系统在实际运行条件下的若干拓扑方式样本，得到实际运行拓扑样本；
[0014]S11、在仿真环境下，预想可能出现的拓扑方式，得到仿真预想拓扑样本；
[0015]S13、将所述实际运行拓扑样本和所述仿真预想拓扑样本作为拓扑样本集；
[0016]S14、将步骤S13所述拓扑样本集的每一个拓扑样本抽象成一个由节点和支路构成的拓扑结构图，将拓扑结构图用邻接矩阵表示。
[0017]优选地，步骤S14将拓扑结构图用邻接矩阵表示的方法具体如下所示：
[0018]对于一个新的拓扑结构，设电力系统的拓扑结构图为G(V,E)，其中V(v1,v2,
…
,v
n
)表示节点集，E(e1，e2,
…
,e
n
)表示线路集，则拓扑结构图G(V,E)的邻接矩阵A中的元素就被定义为
[0019][0020]式中，a
ij
为邻接矩阵A第i行第j列的元素，i＝1,2,3,
…
,n；j＝1,2,3,
…
,n，n为全网节点数,(v
i
,v
j
)表示连接节点v
i
与节点v
j
的边。
[0021]优选地，步骤S2奇异值分解邻接矩阵具体如下所示：
[0022]设邻接矩阵A∈R
m,n
，基于奇异值分解理论，则邻接矩阵A可以分解为三个矩阵的乘积：
[0023]A＝USV
T
(2)
[0024][0025]式中，W＝diag(λ1，
…
λ
r
)，λ1，λ2，
…
λ
r
是邻接矩阵A的奇异值且按照降序排列，r是邻接矩阵A的秩，U为左奇异矩阵，由AA
T
的特征向量组成，V
T
为右奇异矩阵，由A
T
A的特征向量组成；
[0026]对于所得奇异值，剔除较小的奇异值，仅保留较大的m个奇异值，保留的原则为从大到小保留奇异值，直到保留的奇异值的平方和占据总奇异值平方和的95％以上。
[0027]优选地，步骤S3拓扑相似度指标的建立方法具体为：
[0028]对于两不同拓扑，通过计算奇异值序列的均方根进行相似性判定，设两奇异值序列分别为和各保留保留较大的m个奇异值，则两奇异值序列的均方根为
[0029][0030]式中，η为两奇异值序列的均方根，η越小代表两个拓扑越相似，为奇异值序列ρ中第i个奇异值，为奇异值序列ω中第i个奇异值，θ
i
为与第i个奇异值对应第i个权重系数。
[0031]优选地，步骤S4所述K
‑
Medoids聚类算法，算法流程步骤包括：
[0032]S41、指定拓扑群个数k,随机选取k个奇异值序列作为中心点；
[0033]S42、计算剩余奇异值序列与各中心点之间的拓扑相似度指标，然后将每一个拓扑样本分配给相似度指标最小的拓扑群中；
[0034]S43、将剩余所有拓扑样本分为k个拓扑群后，计算每一个拓扑群内的代价函数，公式如式(5)所示：
[0035][0036]其中，
[0037]式中，t
p
为本次分群后的代价，C
j
为第j个中心点y
j
所代表的拓扑群，为C
j
中拓扑样本点x与C
j
的样本中心点y
j
间的相似性指标；
[0038]S44、在每一个已划分好的拓扑群中，任取一个拓扑样本点作为新中心点与原中心点交换，并计算交换代价，如式(6)所示，若交换代价小于0，则新中心点交换掉原中心点，否则保持原中心点；
[0039][0040]式中，为拓扑样本点x与第j个中心点y
j
的交换代价，t
q
为新中心点计算所得代价，t
p
为原中心点计算所得代价；
[0041]S45、重新按照步骤S42
‑
S44进行拓扑样本分群，直至中心点不再变化或者达到预先设定的迭代次数，实现将所有拓扑样本分成多个拓扑群并得到对应的拓扑中心点。
[0042]优选地，步骤S5所述双目标整定优化模型的建立方法具体为：
[0043]以全网保护动作时间最小和失去选择性概本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑相似性分析的保护装置多定值区的划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、获取电力系统拓扑样本，构建邻接矩阵表示；步骤S2、通过奇异值分解邻接矩阵，得到蕴含拓扑信息的奇异值；步骤S3、基于蕴含拓扑信息的奇异值建立拓扑相似度指标；步骤S4、根据拓扑相似度指标，采用K
‑
Medoids聚类算法将所有拓扑分成多个拓扑群并得到对应的拓扑中心点；步骤S5、以全网保护动作时间最小和失去选择性概率最低为目标，建立双目标整定优化模型；步骤S6、采用多目标粒子群优化算法对每个拓扑群内的拓扑整定定值优化求解。2.根据权利要求1所述的保护装置多定值区的划分方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：S11、获取电力系统在实际运行条件下的若干拓扑方式样本，得到实际运行拓扑样本；S11、在仿真环境下，预想可能出现的拓扑方式，得到仿真预想拓扑样本；S13、将所述实际运行拓扑样本和所述仿真预想拓扑样本作为拓扑样本集；S14、将步骤S13所述拓扑样本集的每一个拓扑样本抽象成一个由节点和支路构成的拓扑结构图，将拓扑结构图用邻接矩阵表示。3.根据权利要求2所述的邻接矩阵表示的构建方法，其特征在于，步骤S14具体为：对于一个新的拓扑结构，设电力系统的拓扑结构图为G(V,E)，其中V(v1,v2,
…
,v
n
)表示节点集，E(e1，e2,
…
,e
n
)表示线路集，则拓扑结构图G(V,E)的邻接矩阵A中的元素就被定义为式中，a
ij
为邻接矩阵A第i行第j列的元素，i＝1,2,3,
…
,n；j＝1,2,3,
…
,n，n为全网节点数,(v
i
,v
j
)表示连接节点v
i
与节点v
j
的边。4.根据权利要求1所述的保护装置多定值区的划分方法，其特征在于，步骤S2具体为：设邻接矩阵A∈R
m,n
，基于奇异值分解理论，则邻接矩阵A可以分解为三个矩阵的乘积：A＝USV
T
ꢀꢀ
(2)式中：W＝diag(λ1，
…
λ
r
)，λ1，λ2，
…
λ
r
是邻接矩阵A的奇异值且按照降序排列，r是邻接矩阵A的秩；U为左奇异矩阵，由AA
T
的特征向量组成，V
T
为右奇异矩阵，由A
T
A的特征向量组成；对于所得奇异值，剔除较小的奇异值，仅保留较大的m个奇异值，保留的原则为从大到小保留奇异值，直到保留的奇异值的平方和占据总奇异值平方和的95％以上。5.根据权利要求1所述的保护装置多定值区的划分方法，其特征在于，步骤S3具体为：对于两不同拓扑，通过计算奇异值序列的均方根进行相似性判定，设两奇异值序列分别为和各保留保留较大的m个奇异值，则两奇异值
序列的均方根为式中，η为两奇异值序列的均方根，η越小代表两个拓扑越相似，为奇异值序列ρ中第i个奇异值，为奇异值序列ω中第i个奇异值，θ
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，廖德辉，田君杨，沈梓正，黄鹏飞，蒋连钿，李海勇，韩冰，杨彦，黄超，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：