CN112103950A

CN112103950A - 一种基于改进gn***算法的电网分区方法

Info

Publication number: CN112103950A
Application number: CN202010895055.9A
Authority: CN
Inventors: 段建东; 王海峰; 程文姬; 薛冰
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: CN112103950B

Abstract

本发明公开了一种基于改进GN***算法的电网分区方法，包括：简化电力网络，得到拓扑结构；计算拓扑结构中各节点间的最短路径，得到节点间最短线路；计算节点间最短线路的有功功率介数、电压加权边介数；利用层次分析法对有功功率介数、线路电压加权边介数增设权重，通过分析计算得到双因素综合加权边介数；不断移除双因素综合加权边介数最大的边，直至达到分区结束条件，确定分区后的社团。能提高电网表述的准确性，避免把各个节点都划分成一个社团引起计算量过大的问题，防止在搜索割集过程中出现的非确定性多项式难题。

Description

一种基于改进GN***算法的电网分区方法

技术领域

本发明属电网分区方法技术领域，涉及一种基于改进GN***算法的电网分区方法。

背景技术

在电力***的发展进程中，为了保证经济性要求和用电负荷的增长，电力***往往需要构建更高电压等级的电网，输送更多的功率。当前国内外电网大都呈现出多电压等级、分区互联的运行模式，这也使得在现有电压水平下短路电流超标等问题日益凸显，危及***的安全稳定运行。电网进行分区的目的是便于对各区域电网进行控制和管理，分区后电网呈现出的特征为各分区内部间联系程度密切，而分区与分区间的联系较为薄弱，所以对各分区内部进行控制不会对外部造成太大的影响。因此，对电网进行合理分区是保证***安全运行和有效控制的关键举措。

目前，国内外对于电网分区方法方法主要有：(1)根据节点暂态电压时序信息构建节点的向量型暂态电压特征采用仿射传播聚类算法对暂态电压行为特征相似的节点进行聚合，并利用轮廓系数进行分区方案的评价以获取最佳分区方案。(2)引入局部电压稳定指标，并分别采用层次聚类和复杂网络理论构建分区内层和外层，在此基础上进行图层叠加，实现电网分区。(3) 从无功电压的角度出发，分别提出了基于区域负荷无功裕度的无功电压优化分区模型和基于映射分区的无功电压控制分区算法，完成网架结构的划分。(4)以节点的能量信息为着手点，利用节点的能量变化趋势构建能量灵敏度矩阵，并采用模糊聚类分析的方法对该矩阵进行电压控制区域的划分。(5) 考虑传统GN算法的应用缺陷，提出基于回溯思想的改进GN算法，以扩展可行分区方案的多样性。

对于(1)-(5)来说，当前划分电网网架的考量对象比较单一，如节点暂态电压、局部电压稳定、无功电压、节点的能量信息等，这样在划分精度上很难得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改进GN***算法的电网分区方法，解决了现有技术中存在的划分精度低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于改进GN***算法的电网分区方法，包括以下步骤：

步骤1、简化电力网络，得到拓扑结构；

步骤2、计算拓扑结构中各节点间的最短路径，得到节点间最短线路；

步骤3、计算节点间最短线路的有功功率介数、电压加权边介数；

步骤4、利用层次分析法对有功功率介数、线路电压加权边介数增设权重，通过分析计算得到双因素综合加权边介数；

步骤5、不断移除双因素综合加权边介数最大的边，直至达到分区结束条件，确定分区后的社团。

本发明的特点还在于：

步骤3中，有功功率介数的表达式如下：

上式中，P_l-d为由节点d输送至线路l_ij上的功率，P_l-m为经线路l_ij送至负荷节点m的有功功率，P_g表示输出节点g实际输出的有功功率，P_f表示输入节点f实际吸收的有功功率，P_l表示流经线路l上的有功潮流，P_Ln表示负荷节点n所吸收的有功潮流，

表示正序功率分配矩阵A_z的逆阵中第g行第f列的元素；

电压加权边介数的表达式如下：

上式中，U_ij表示节点i与节点j之间的线路电压，U_ij＝(U_i+U_j)/2，U_B表示该电压等级下所对应的基准电压，ω_ij表示边的权重；d_ij(l)表示节点i 与节点j之间经过线路l的最短路径数，d_ij表示节点i与节点j之间的最短路径；；Z_ij,d为节点i与节点j等值阻抗的模值，P_ij为节点i与节点j之间线路功率的模值。

步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1、对有功功率介数进行归一化处理：

上式中，max[R]表示所有节点间线路中有功功率介数R_ij(l)的最大值；

步骤4.2、对电压加权边介数归一化处理：

上式中，max[H]表示所有节点间线路中电压加权边介数H_ij(l)的最大值；

步骤4.3、利用层次分析法比较有功功率介数、线路电压加权边介数间的重要度关系，并进行排序，得到重要度关系矩阵C，利用重要度关系矩阵 C计算有功功率介数的权重μ、线路电压加权边介数的权重γ，且μ+γ＝1，得到双因素综合加权边介数：

分区结束条件为：若双因素综合加权边介数最大的前K条线路均属于分区后的社团中，则停止分区。

分区结束条件为：某个或某些社团中出现J个以下的节点，停止分区。

分区结束条件为：拓扑结构发生明显解列，但不包括断开双因素综合加权边介数最大的边后，只独立出一个节点的情况。

本发明的有益效果是：

本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法，考虑电网的***电气特性，综合考虑各个电气量改进边介数指标，能提高电网表述的准确性；对分区结束条件进行改进，避免把各个节点都划分成一个社团引起计算量过大的问题，防止在搜索割集过程中出现的非确定性多项式难题，对后期准确辨识***的输电断面具有显著意义。

附图说明

图1是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法的流程图；

图2是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中实施例的初始拓扑结构图；

图3是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中实施例的简化后的拓扑结构图；

图4是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中计算IEEE39 节点***权重值的仿真结果图；

图5是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中有功功率介数归一化值结果图；

图6是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中电压加权边介数归一化值结果图；

图7是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中双因素综合加权边介数结果图；

图8是本发明一种基于改进GN***算法的电网分区方法中IEEE 39节点***分区结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种基于改进GN***算法的电网分区方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、简化电力网络，得到拓扑结构；

具体的，将实际***中的发电厂、变电站和负荷抽象为节点，输电线路作为边，按照节点收缩的原则对初始拓扑图作进一步简化，并综合电气距离和有功功率定义权重，形成拓扑结构。

步骤2、采用Floyd算法计算拓扑结构中各节点间的最短路径，得到节点间最短线路；在计算节点i与节点j之间的最短路径时，有两种情况，一种是从i节点直接到j节点，另一种是从节点i经过若干节点k(k＝1,2,3,..., n，)，最终到达节点j。

进一步地，计算d(i,j)与d(i,k)+d(k,j)的值，此处的d(i,k)、d(k,j)分别表示节点i到k、k到j之间的最短距离；具体流程为：

1)输入拓扑图G的邻接矩阵；

2)若d(i,j)＞d(i,k)+d(k,j)，则令d(i,j)＝d(i,k)+d(k,j)，更新d(i,j)；

3)若d(i,j)<0，则存在一条含有节点i的负回路，终止更新；或k＝n终止；否则转2)。

计算有功功率介数主要考虑两个因素：功率输送占比较重的线路和在传输过程中经过次数较多的线路，具体如下：

在实际***中，输出节点g由多条送出线向输入节点f输送有功功率，这部分送出线路上面所经过的潮流因其自身参数和***结构而占比不同。在分析过程中常把潮流较重的线路当作重点监控对象，因此可以将承担潮流传输占比最大的线路视为重要线路。

计算在传输过程中经过次数较多的线路，主要考虑的是输电线路l_ij上的有功功率介数，有功功率介数的表达式如下：

表示正序功率分配矩阵A_z的逆阵中第g行第f列的元素；

电压加权边介数的表达式如下：

上式中，U_ij表示节点i与节点j之间的线路电压，U_ij＝(U_i+U_j)/2，U_B表示该电压等级下所对应的基准电压，ω_ij表示边的权重；d_ij(l)表示节点i 与节点j之间经过线路l的最短路径数，d_ij表示节点i与节点j之间的最短路径；Z_ij,d为节点i与节点j等值阻抗的模值，P_ij为节点i与节点j之间线路功率的模值。

步骤4.1、对有功功率介数进行归一化处理：

步骤4.2、对电压加权边介数归一化处理：

步骤4.3、利用层次分析法比较有功功率介数、线路电压加权边介数间的重要度关系，并进行排序，得到重要度关系矩阵C；

计算重要度关系矩阵C各行因素的乘积Y_i：

得到Y_i的n次方根M_i：

对其进行归一化处理：

则η＝[η₁,η₂,...,η_n]^T表示权重因子；

在η＝[η₁,η₂,...,η_n]^T中选取有功功率介数μ、线路电压加权边介数γ的权重，且μ+γ＝1，得到双因素综合加权边介数：

步骤5、不断移除双因素综合加权边介数最大的边，直至达到分区结束条件，确定分区后的社团。分区结束条件为：

条件一、若双因素综合加权边介数最大的前K条线路均属于分区后的社团中，则停止分区；

条件二、某个或某些社团中出现J个以下的节点，停止分区；

条件三、拓扑结构发生明显解列，但不包括断开双因素综合加权边介数最大的边后，只独立出一个节点的情况；

需要指出的是，K、J的具体数值需要依具体研究对象和实际情况而定，同时上述三个条件仅需满足其一即可。通常，***分区以***发生明显解列作为结束条件，即条件三发生的可能性最大。

实施例

在PSASP软件平台上搭建了如图2所示的IEEE39节点***模型。该系统包含10台发电机组、12台双绕组变压器，46条线路，39个节点(其中， 29个PQ节点，9个PV节点和1个松弛节点)。

步骤1、将该***简化成拓扑结构，并对各边进行编号(图中线路所标数字为各条线路的编号)，如图3所示；结合***元件参数和运行数据计算系统各边的权重值，结果如图4所示；

步骤2、采用Floyd算法计算整个***中各节点之间的最短路径；

步骤3、计算线路有功功率介数和线路电压加权边介数，结果如图5、6 所示；

步骤4、利用层次分析法对介数指标增设权重，通过分析计算并进行检验可得：μ＝0.6667，γ＝0.3333，最终得到双因素综合加权边介数指标为

结果如图7所示；

步骤5、根据分区结束条件，确定分区结果；

如图8所示，线路21的双因素综合加权边介数最大，为0.6974，将其作为最先移除的边；然后按照改进GN***的思想，动态地移除更新后网架边介数最大的边，不断循环确定***最终分区，由于该***规模比较小，直接将解列后的区域当成分区，没有进行区域合并，总共划分出5个分区，分区统计结果如表1所示：

表1 IEEE 39节点***分区结果

Tab.1 IEEE 39-node system initial partition result

比较理论计算判断的结果和PSASP模型仿真的结果相同，说明该分区方案可以准确地进行复杂网络社团划分。

Claims

1.一种基于改进GN***算法的电网分区方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、简化电力网络，得到拓扑结构；

步骤2、计算所述拓扑结构中各节点间的最短路径，得到节点间最短线路；

步骤3、计算所述节点间最短线路的有功功率介数、电压加权边介数；

步骤4、利用层次分析法对所述有功功率介数、线路电压加权边介数增设权重，通过分析计算得到双因素综合加权边介数；

步骤5、不断移除所述双因素综合加权边介数最大的边，直至达到分区结束条件，确定分区后的社团。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进GN***算法的电网分区方法，其特征在于，步骤3中，所述有功功率介数的表达式如下：

表示正序功率分配矩阵A_z的逆阵中第g行第f列的元素；

所述电压加权边介数的表达式如下：

上式中，U_ij表示节点i与节点j之间的线路电压，U_ij＝(U_i+U_j)/2，U_B表示该电压等级下所对应的基准电压，ω_ij表示边的权重；d_ij(l)表示节点i与节点j之间经过线路l的最短路径数，d_ij表示节点i与节点j之间的最短路径；；Z_ij,d为节点i与节点j等值阻抗的模值，P_ij为节点i与节点j之间线路功率的模值。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进GN***算法的电网分区方法，其特征在于，步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1、对所述有功功率介数进行归一化处理：

步骤4.2、对所述电压加权边介数归一化处理：

步骤4.3、利用层次分析法比较所述有功功率介数、线路电压加权边介数间的重要度关系，并进行排序，得到重要度关系矩阵C，利用所述重要度关系矩阵C计算所述有功功率介数的权重μ、线路电压加权边介数的权重γ，且μ+γ＝1，得到双因素综合加权边介数：

4.根据权利要求1所述的一种基于改进GN***算法的电网分区方法，其特征在于，所述分区结束条件为：若双因素综合加权边介数最大的前K条线路均属于分区后的社团中，则停止分区。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进GN***算法的电网分区方法，其特征在于，所述分区结束条件为：某个或某些社团中出现J个以下的节点，停止分区。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进GN***算法的电网分区方法，其特征在于，所述分区结束条件为：所述拓扑结构发生明显解列，但不包括断开所述双因素综合加权边介数最大的边后，只独立出一个节点的情况。