CN103346565B - 基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力***电压稳定控制技术领域中的一种基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法。包括：确定负荷节点的第一级特征属性和每个第一级特征属性对应的第二级特征属性；获取负荷节点的特征属性的值；提取负荷节点的主特征属性；计算负荷节点的主特征属性的权值；根据每个负荷节点的主特征属性的权值，生成负荷节点向量有向图；根据负荷节点向量有向图计算负荷节点向量量化值；根据负荷节点向量量化值判断电网薄弱节点。本发明考虑负荷节点的综合属性，通过向量有向图建立负荷节点与负荷节点之间的相互关系，进而确定电网的薄弱节点，能够为电压稳定控制提供有效的支持。

Description

基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法

技术领域

本发明属于电力***电压稳定控制技术领域，尤其涉及一种基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法。

背景技术

随着电力***互联规模的不断扩大，电力需求急剧增长，跨区和远距离输电***的特征日益显著。近年来，国内外发生多起电压崩溃事故，造成重大的经济损失，通过分析这些电力***事故发现：电网发生电压失稳往往是从某一个或者某几个电压稳定性相对薄弱的节点开始，进而波及到其他节点，最终导致整个***电压的崩溃。在电力***中，不同的负荷节点对电压稳定性具有不同的影响程度。通过选择合适的节点进行无功补偿，可在很大程度上提高电力***的电压稳定性。这里所讲的“合适的节点”，实际上就是电网中相对薄弱的负荷节点。通过确定电网中薄弱的负荷节点，实现对这些节点的无功补偿，进而确保电力***电压的稳定性。因此，准确辨识电网中薄弱的负荷节点，为电网电压稳定提供指导成为目前亟待解决的问题。

在现有技术中，有一些辨识电网中薄弱节点的方法。比如，申请号为201110091237.1，名称为“电力***电压稳定薄弱节点在线识别方法”的中国发明专利（公布号：CN102157938A），提供了一种薄弱节点在线识别方法，利用网络阻抗数据和单时间断面的节点量测信息，实现电压稳定薄弱节点的识别。再比如，名称为“辨识电网薄弱节点的多准则综合电压稳定指标”的文章（《电网技术》，第26-31页，高鹏、石立宝、姚良忠、倪以信、Masoud Bazargan，第33卷第19期，2009年11月），提出了一种电网薄弱节点的辨识方法，该方法根据P-V和Q-V曲线计算出节点的电压变化指标和无功功率裕度，再采用理想点评价方法将两种指标进行综合用于辨识薄弱节点。当然，现有技术中还提供了其他辨识薄弱节点的方法。但是，这些方法存在一个共同的问题，即仅仅根据节点的个别属性考虑节点在***中的性能，并没有根据节点的综合属性考虑节点在***中的性能，更没有从节点与节点之间的相互关系这一角度考虑节点的相对性能。

本发明提出一种基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法，考虑节点的综合属性，通过向量有向图建立节点与节点之间的相互关系，进而确定节点在***中的相对性能，并由此获得电网的薄弱节点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法，用于解决现有电网薄弱节点识别技术存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：确定负荷节点的第一级特征属性和每个第一级特征属性对应的第二级特征属性；

步骤2：获取负荷节点的特征属性的值，即如果负荷节点的第一级特征属性有对应的第二级特征属性，则获取第二级特征属性的值；如果负荷节点的第一级特征属性没有对应的第二级特征属性，则获取第一级特征属性的值；

步骤3：提取负荷节点的主特征属性；

步骤4：计算负荷节点的主特征属性的权值；

步骤5：根据每个负荷节点的主特征属性的权值，生成负荷节点向量有向图；

步骤6：根据负荷节点向量有向图计算负荷节点向量量化值；

步骤7：根据负荷节点向量量化值判断电网薄弱节点。

所述提取负荷节点的主特征属性是将设定的第二级特征属性与特征属性的值大于设定值的特征属性的并集作为负荷节点的主特征属性。

所述计算负荷节点的主特征属性的权值是，将每个负荷节点的主特征属性中相同的设定第二级特征属性的值累加，再除以所有累加结果中的最小值，作为主特征属性中设定的第二级特征属性的权值；将主特征属性中设定的第二级特征属性以外的特征属性的权值赋值为1。

所述步骤5具体是，对任意两个负荷节点g_i和g_j，如果负荷节点g_i和负荷节点g_j具有相同的主特征属性，且负荷节点g_i的相同主特征属性的值小于负荷节点g_j的相同主特征属性的值，则存在一条从负荷节点g_i指向负荷节点g_j且权值为该相同的主特征属性的权值的有向边；其中，i≠j。

所述计算负荷节点向量量化值包括：

子步骤101：给出每个负荷节点g_i的向量量化值计算公式，所述计算公式为

$v_i=(1-\mathrm{\ρ})+\mathrm{\ρ}\×(\frac{n_{1,i}}{c_1}{v}_1+\frac{n_{2,i}}{c_2}{v}_2+...+\frac{n_{i-1,i}}{c_{i-1}}{v}_{i-1}+\frac{n_{i+1,i}}{c_{i+1}}{v}_{i+1}+...+\frac{n_{k,i}}{c_k}{v}_k);$

其中，v_i是负荷节点g_i的向量量化值，i=1,2,...,k；

ρ是设定的平滑因子，且ρ∈(0,1)；

c_j是负荷节点g_j指向其它所有负荷节点的有向边的权值和，j=1,2,...,k且j≠i；

n_j,i是负荷节点g_j指向负荷节点g_i的有向边的权值和，j=1,2,...,k且j≠i；

k是负荷节点的个数；

子步骤102：将所有负荷节点的向量量化值计算公式联立，得到负荷节点的向量量化值线性方程组，求解所述线性方程组得到每个负荷节点的向量量化值。

所述根据负荷节点向量量化值判断电网薄弱节点是将所有负荷节点按照其向量量化值由小到大的顺序排序，排序在前的负荷节点即为电网薄弱节点。

所述负荷节点的第一级特征属性包括负荷节点的量测压流、负荷节点的功率和负荷节点的无功补偿量；

所述负荷节点的量测压流对应的第二级特征属性包括负荷节点的量测电压和负荷节点的量测电流；

所述负荷节点的功率对应的第二级特征属性包括负荷节点的有功功率、负荷节点的无功功率和负荷节点的功率因数角。

本发明考虑负荷节点的综合属性，通过向量有向图建立负荷节点与负荷节点之间的相互关系，进而确定电网的薄弱节点，能够为电压稳定控制提供有效的支持。

附图说明

图1是基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法流程图；

图2是实施例提供的负荷节点向量有向图生成示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例

图1是基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法流程图，如图1所示，本发明提供的基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法包括：

步骤1：确定负荷节点的第一级特征属性和每个第一级特征属性对应的第二级特征属性。

在本实施例中，负荷节点的第一级特征属性为负荷节点的量测压流r₁、负荷节点的功率r₂和负荷节点的无功补偿量r₃。负荷节点的量测压流对应的第二级特征属性包括负荷节点的量测电压r₁₁和负荷节点的量测电流r₁₂。负荷节点的功率对应的第二级特征属性包括负荷节点的有功功率r₂₁、负荷节点的无功功率r₂₂和负荷节点的功率因数角r₂₃。负荷节点的无功补偿量r₃没有第二级特征属性。

步骤2：获取负荷节点的特征属性的值，即如果负荷节点的第一级特征属性有对应的第二级特征属性，则获取第二级特征属性的值；如果负荷节点的第一级特征属性没有对应的第二级特征属性，则获取第一级特征属性的值。

在本实施例中，实际就是分别获取每个负荷节点的量测电压r₁₁、量测电流r₁₂、有功功率r₂₁、无功功率r₂₂、功率因数角r₂₃和无功补偿量r₃的值。这些值可以从电力***既有的EMS***或者SCADA***中获取。本实施例随机选择了3个负荷节点g₁、g₂和g₃，每个负荷节点的特征属性值采用{r₁₁,r₁₂,r₂₁,r₂₂,r₂₃,r₃}形式表示，则三个负荷节点获取的特征属性的值分别为：g₁={0.9,0.9,0.7,0.6,0.3,0.7}，g₂={0.6,0.3,0.4,0.8,0.55,0.4}，g₃={0.85,0.2,0.65,0.7,0.4,0.8}。

步骤3：提取负荷节点的主特征属性。

主特征属性实际上是某些特征属性的集合，在本发明中，定义主特征属性是设定的第二级特征属性与特征属性的值大于设定值的特征属性的并集。

在本实施例中，令量测电压r₁₁、有功功率r₂₁和无功功率r₂₂为设定的第二级特征属性，即设定的第二级特征属性为{r₁₁,r₂₁,r₂₂}。取设定值为0.5，对于负荷节点g₁，特征属性的值大于0.5的特征属性为{r₁₁,r₁₂,r₂₁,r₂₂,r₃}，则负荷节点g₁的主特征属性为{r₁₁,r₂₁,r₂₂}∪{r₁₁,r₁₂,r₂₁,r₂₂,r₃}={r₁₁,r₁₂,r₂₁,r₂₂,r₃}。同样地，对于负荷节点g₂，特征属性的值大于0.5的特征属性为{r₁₁,r₂₂,r₂₃}，则负荷节点g₂的主特征属性为{r₁₁,r₂₁,r₂₂}∪{r₁₁,r₂₂,r₂₃}={r₁₁,r₂₁,r₂₂,r₂₃}。同理可得负荷节点g₃的主特征属性为{r₁₁,r₂₁,r₂₂,r₂₃,r₃}。

步骤4：计算负荷节点的主特征属性的权值。

计算负荷节点的主特征属性的权值就是将每个负荷节点的主特征属性中相同的设定第二级特征属性的值累加，再除以所有累加结果中的最小值，作为主特征属性中设定的第二级特征属性的权值；将主特征属性中设定的第二级特征属性以外的特征属性的权值赋值为1。

针对本实施例，设定的第二级特征属性为{r₁₁,r₂₁,r₂₂}。将每个负荷节点的主特征属性中相同的设定第二级特征属性的值累加，实际上就是将负荷节点g₁、g₂和g₃的第二级特征属性为r₁₁的值累加，得到的累加结果为2.35。将负荷节点g₁、g₂和g₃的第二级特征属性为r₂₁的值累加，得到的累加结果为1.75。将负荷节点g₁、g₂和g₃的第二级特征属性为r₂₂的值累加，得到的累加结果为2.1。上述累加结果2.35、1.75和2.1中，值最小的为1.75。因此，将2.35/1.75=1.34、1.75/1.75=1和2.1/1.75=1.2分别作为第二级特征属性r₁₁、r₂₁和r₂₂的权值。对于其他的主特征属性，将权值设为1，即主特征属性r₂₃和r₃的权值为1。

步骤5：根据每个负荷节点的主特征属性的权值，生成负荷节点向量有向图。

生成向量有向图的具体是，对任意两个负荷节点g_i和g_j，如果g_i和g_j具有相同的主特征属性，且负荷节点g_i的相同主特征属性的值小于负荷节点g_j的相同主特征属性的值，则存在一条从g_i指向g_j且权值为该相同的主特征属性的权值的有向边；其中，i≠j。

如图2所示，在本实施例中，负荷节点g₁和负荷节点g₂具有相同的主特征属性r₁₁、r₂₁和r₂₂，负荷节点g₂的主特征属性r₁₁的值为0.6，小于负荷节点g₁的主特征属性r₁₁的值0.9，则从g₂指向g₁有一条有向边，该有向边的权值为主特征属性r₁₁的权值，即1.34。同理，负荷节点g₂的主特征属性r₂₁的值为0.4，小于负荷节点g₁的主特征属性r₂₁的值0.7，则从g₂指向g₁有一条有向边，该有向边的权值为主特征属性r₂₁的权值，即1。在图2中，从g₂指向g₁的两条有向边采用数值加和的方式表示出来，即图2中，从g₂指向g₁的有向边的数值“1.34+1”表示从g₂指向g₁包括两条有向边，一条有向边的权值为1.34，一条有向边的权值为1。图2中的其他加和表示的含义与此相同。负荷节点g₁的主特征属性r₂₂的值为0.6，小于负荷节点g₂的主特征属性r₂₂的值0.8，则从g₁指向g₂有一条有向边，该有向边的权值为主特征属性r₂₂的权值，即1.2。

依照此方法，将负荷节点g₁与负荷节点g₃以及将负荷节点g₂与负荷节点g₃之间的有向边画出，并将每条有向边对应的权值标示出来，最终生成负荷节点向量有向图。

步骤6：根据负荷节点向量有向图计算负荷节点向量量化值。

计算负荷节点向量量化值包括：

子步骤101：给出每个负荷节点g_i的向量量化值计算公式如下：

$v_i=(1-\mathrm{\ρ})+\mathrm{\ρ}\×(\frac{n_{1,i}}{c_1}{v}_1+\frac{n_{2,i}}{c_2}{v}_2+...+\frac{n_{i-1,i}}{c_{i-1}}{v}_{i-1}+\frac{n_{i+1,i}}{c_{i+1}}{v}_{i+1}+...+\frac{n_{k,i}}{c_k}{v}_k)---\left(1\right)$

公式（1）中，v_i是负荷节点g_i的向量量化值，i=1,2,...,k。ρ是设定的平滑因子，且ρ∈(0,1)。c_j是负荷节点g_j指向其它所有负荷节点的有向边的权值和，j=1,2,...,k且j≠i。n_j,i是负荷节点g_j指向负荷节点g_i的有向边的权值和，j=1,2,...,k且j≠i。k是负荷节点的个数。、

在实施例中，设定平滑因为ρ=0.5。同时，根据图2可得，c₁=1.2+1.2+1=3.4，c₂=1.34+1+1.34+1=4.68，c₃=1.34+1+1.2=3.54。n_1,2=1.2，n_1,3=1.2+1=2.2，n_2,1=1.34+1=2.34，n_2,3=1.34+1=2.34，n_3,1=1.34+1=2.34，n_3,2=1.2。

由上述公式（1）可以得出如下3个方程：

$v_i=(1-0.5)+0.5\×(\frac{n_{2,1}}{c_2}{v}_2+\frac{n_{3,1}}{c_3}{v}_3)=0.5+0.5\×(\frac{2.34}{4.68}{v}_2+\frac{2.34}{3.54}{v}_3)---\left(2\right)$

$v_2=(1-0.5)+0.5\×(\frac{n_{1,2}}{c_1}{v}_1+\frac{n_{3,2}}{c_3}{v}_3)=0.5+0.5\×(\frac{1.2}{3.4}{v}_1+\frac{1.2}{3.54}{v}_3)---\left(3\right)$

$v_3=(1-0.5)+0.5\×(\frac{n_{\mathrm{1,3}}}{c_1}{v}_1+\frac{n_{\mathrm{2,3}}}{c_2}{v}_2)=0.5+0.5\×(\frac{2.2}{3.4}{v}_1+\frac{2.34}{4.68}{v}_2)---\left(4\right)$

子步骤102：将所有负荷节点的向量量化值计算公式联立，得到负荷节点的向量量化值线性方程组，求解所述线性方程组得到每个负荷节点的向量量化值。

本实施例中，将公式（2）-（4）联立，得到如下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_1=0.5+0.5\×(\frac{2.34}{4.68}{v}_2+\frac{2.34}{3.54}{v}_3)\\ v_2=0.5+0.5\×(\frac{1.2}{3.4}{v}_1+\frac{1.2}{3.54}{v}_3)\\ v_3=0.5+0.5\×(\frac{2.2}{3.4}{v}_1+\frac{2.34}{4.68}{v}_2)\end{array}\right.---\left(5\right)$

方程组（5）是三元一次线性方程组，存在唯一解。通过求解方程组（5），可以得到负荷节点g_i的向量量化值v_i（i=1,2,3）。求解的结果为：负荷节点g₁、的向量量化值v₁=1.037，负荷节点g₂的向量量化值v₂=0.899，负荷节点g₃的向量量化值v₃=1.064

步骤7：根据负荷节点向量量化值判断电网薄弱节点。

将负荷节点g₁、g₂和g₃按照其向量量化值v₁、v₂和v₃由小到大的顺序排序，其排序结果为{v₂,v₁,v₃}，由此可知负荷节点v₂是3个负荷节点中最薄弱的节点，负荷节点v₁是3个负荷节点中次薄弱的节点，负荷节点v₃是3个负荷节点中最稳定的节点。因此，在进行电压稳定控制时，先从电网中最薄弱的节点入手，对最薄弱的节点进行无功补偿，其次再从电网中次薄弱的节点入手，对次薄弱的节点进行无功补偿。依次进行，直至电网稳定为止。在实际工作中，需要考察的负荷节点往往不止3个，本实施例给出的3个节点只是为了说明本发明的实现过程。多于3个负荷节点的情况参考上述过程，亦可实现薄弱节点的辨识。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种基于向量有向图的电网薄弱节点辨识方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：确定负荷节点的第一级特征属性和每个第一级特征属性对应的第二级特征属性；

步骤2：获取负荷节点的特征属性的值，即如果负荷节点的第一级特征属性有对应的第二级特征属性，则获取第二级特征属性的值；如果负荷节点的第一级特征属性没有对应的第二级特征属性，则获取第一级特征属性的值；

步骤3：提取负荷节点的主特征属性；所述提取负荷节点的主特征属性是将设定的第二级特征属性与特征属性的值大于设定值的特征属性的并集作为负荷节点的主特征属性；

步骤4：计算负荷节点的主特征属性的权值；所述计算负荷节点的主特征属性的权值是，将每个负荷节点的主特征属性中相同的设定第二级特征属性的值累加，再除以所有累加结果中的最小值，作为主特征属性中设定的第二级特征属性的权值；将主特征属性中设定的第二级特征属性以外的特征属性的权值赋值为1；

步骤5：根据每个负荷节点的主特征属性的权值，生成负荷节点向量有向图，对任意两个负荷节点g_i和g_j，如果负荷节点g_i和负荷节点g_j具有相同的主特征属性，且负荷节点g_i的相同主特征属性的值小于负荷节点g_j的相同主特征属性的值，则存在一条从负荷节点g_i指向负荷节点g_j且权值为该相同的主特征属性的权值的有向边；其中，i≠j；

步骤6：根据负荷节点向量有向图计算负荷节点向量量化值；所述计算负荷节点向量量化值包括：

子步骤101：给出每个负荷节点g_i的向量量化值计算公式，所述计算公式为 $v_i=(1-\mathrm{\ρ})+\mathrm{\ρ}\×(\frac{n_{1,i}}{c_1}{v}_1+\frac{n_{2,i}}{c_2}{v}_2+...+\frac{n_{i-1,i}}{c_{i-1}}{v}_{i-1}+\frac{n_{i+1,i}}{c_{i+1}}{v}_{i+1}+...+\frac{n_{k,i}}{c_k}{v}_k);$

其中，v_i是负荷节点g_i的向量量化值，i＝1,2,...,k；

ρ是设定的平滑因子，且ρ∈(0,1)；

c_j是负荷节点g_j指向其它所有负荷节点的有向边的权值和，j＝1,2,...,k且j≠i；

n_j,i是负荷节点g_j指向负荷节点g_i的有向边的权值和，j＝1,2,...,k且j≠i；

k是负荷节点的个数；

子步骤102：将所有负荷节点的向量量化值计算公式联立，得到负荷节点的向量量化值线性方程组，求解所述线性方程组得到每个负荷节点的向量量化值；

步骤7：根据负荷节点向量量化值判断电网薄弱节点；

所述根据负荷节点向量量化值判断电网薄弱节点是将所有负荷节点按照其向量量化值由小到大的顺序排序，排序在前的负荷节点即为电网薄弱节点；

所述负荷节点的第一级特征属性包括负荷节点的量测压流、负荷节点的功率和负荷节点的无功补偿量；

所述负荷节点的量测压流对应的第二级特征属性包括负荷节点的量测电压和负荷节点的量测电流；

所述负荷节点的功率对应的第二级特征属性包括负荷节点的有功功率、负荷节点的无功功率和负荷节点的功率因数角。