CN104699959B - 一种基于k‑means算法的线损同类划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于K‑MEANS算法的线损同类划分方法，通过引入各电网的电网结构特征、设备物理参数、电网运行特征、用电结构特征、自然及社会发展状况等影响线损的综合因素，构建影响线损的综合指标体系，并建立各指标的数学模型，将各电网各指标值作为N维向量，利用K‑MEANS聚类算法迭代计算出各电网指标之间的差异性，从而将线损自然禀赋类似的电网划分到同一类别，便于电网企业在同一类别中对各电网线损率水平进行评价比较。本发明采用充分考虑电网基本特征的做法，进行线损同类划分，保证了划分结果的客观合理性，为线损管理提供强有力的理论支持。

Description

一种基于K-MEANS算法的线损同类划分方法
技术领域
本发明属于电网线损管理领域，涉及一种基于K-MEANS算法的线损同类划分方法。
背景技术
线损率指标是电力企业的一项重要综合性技术经济指标，它反映了一个电力网的规划设计、生产技术和运营管理水平，线损管理的范围贯穿了电网规划设计、设备选型、调度运行、技术改造、计量管理、营销管理等全方面。
目前，电网企业线损管理的主要依据是本单位历史年份的统计线损和理论线损结果，同时考虑统计口径和用电结构的变化、节能发电调度的影响、新能源的发展状况、过网电量的大小以及电网基建及技改项目的实施等对电网线损的影响，一方面未全面考虑电网结构、设备状况、电网运行等其它影响线损因素，另一方面在进行各省、市或县级公司之间线损率指标比较时缺乏比较依据。为了更客观评价线损管理水平，需要在自然禀赋类似的电网间进行比较，自然禀赋差异较大的电网间没有可比性。
因此，深入开展各地区的电网网架结构、用电结构特点、电网运行特征等各种因素对线损的影响原理和影响程度研究，构建影响线损综合指标体系，并根据这些指标进行线损同类地区划分方法研究，对线损管理者在自然禀赋相似电网中进行线损水平评价，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，可以通过计算各电网指标之间的差异性，将线损自然禀赋类似的电网划分到同一类别，以便于线损管理者在同类别中对线损进行比较和管理，从而为电网的节能降损工作提供强有力的理论依据。
为解决上述技术问题，本发明提供采用如下技术方案：
一种基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，建立影响电网线损的指标体系，包括电压等级及层次、线路平均长度、导线截面积、配变设备状况、无功补偿配置、负荷时间分布、单位变电容量负载率、电网最大自然无功负荷系数、分压售电量、无损电量、农村面积占比、非工业GDP占比以及供电密度，共13个指标；
步骤二，建立数学模型，建立步骤一中所述指标体系的各个指标的数学模型；
步骤三，计算指标值，收集所述指标体系中各个指标的基础数据，根据步骤二中建立各个指标的数学模型分别计算出各个指标的指标值；
步骤四，线损同类划分，将步骤三中计算出的各个指标的指标值作为N维向量，N表示指标个数，在N维空间中利用K-MEANS算法计算出不同电网的相同指标之间差异，将线损自然禀赋类似的电网划分到同一个类别，从而完成线损同类划分。
其中，所述步骤二中，电压等级及层次YDYDJ的数学模型计算公式为：
YDYDJ＝∑Lossi
其中，i＝500～10kV内各电压等级，Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；
线路平均长度YXLCD的数学模型计算公式为：
其中，Li为待划分电网i电压等级下的线路长度，Ni为待划分电网i电压等级线路条数。
所述步骤二中，导线截面积YDXJM的指标计算公式为：
YDXJM＝∑Lossiqk(qiaLika+qibLikb+qicLikc)
其中，i＝110～10kV内各个电压等级；k为导线类型序号，当k＝1时，表示架空线，k＝2时，表示电缆；qk为导线类型权重，按架空线和电缆的长度比例，q1、q2推荐值分别为90％、10％，如果某电网无电缆，则q1取100％；Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；Lika、Likb、Likc为待划分电网的i电压等级架空线或电缆的截面与待划分电网的i电压等级线路长度的比；将导线按截面积大小分为Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面三种截面，其中Ⅰ截面的截面积小于Ⅱ截面的截面积、Ⅱ截面的截面积小于Ⅲ截面的截面积，a、b、c分别代表Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面。
所述步骤二中，配变设备状况YPBZK的数学模型计算公式为：
YPBZK＝qaTa+qbTb+qcTc
其中：Ta、Tb、Tc为各种配变设备型号配变容量比例，a、b、c分别高耗型号、普通型号、节能型号，高耗型号为S7以下，普通型号为S9～S11，节能型号为S11以上，其中非晶合金变及单相变的容量合并归入S11以上型号参与计算。
所述步骤二中，无功补偿配置YWGBC的计算公式为：
YWGBC＝∑Lossi(1-Wi)
其中：i＝750～10kV等各电压等级；Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；Wi为各电网的i电压等级无功补偿配置系数，主变所配置电容量容量与主变容量的比值。
所述步骤二中，负荷时间分布YFHSJ的数学模型计算公式为：
其中：Ci为各电网的月负荷均匀程度，即月最大峰谷差与月平均负荷的比值。
所述步骤二中，单位变电容量负载率YZBFZ的数学模型计算公式为：
其中：i＝500～10kV等各电压等级；Gi为i电压等级变压器下送电量；ηi为i电压等级变压器的损耗率；P0i为i电压等级变压器空载损耗的典型值；P1i为i电压等级变压器负载损耗的典型值；Si为i电压等级变压器额定容量的典型值；Pi为i电压等级变压器的下送功率；Bi为i电压等级变压器的容量。
所述步骤二中，最大自然无功负荷系数YZRWG的数学模型计算公式为：
其中:Q为电网的最大无功能力，P为电网最大统调有功负荷；电网的最大无功能力为：
Q＝QG+QC+QR+QL
其中：QG为发电机的无功功率，QC为容性无功补偿总容量，QR为邻网输入或输出无功，QL为线路和电缆的充电功率。
所述步骤二中，分压售电量YFYDL的数学模型计算公式为：
其中：i＝220～10kV等各电压等级；Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；Ai为电网i电压等级供电量；A为电网的总供电量；
无损电量YWSDL的数学模型计算公式为：
YWSDL＝1-W
其中：W为电网无损电量。
所述步骤二中，农村面积占比YNCMJ的数学模型计算公式为：
YNCMJ＝S’
其中：S’为各电网农村面积占比；
非工业GDP占比YFGY的数学模型计算公式为：
YFGY＝G
其中：G为各电网非工业GDP占比；
供电密度YGDMD的数学模型计算公式为：
其中：A为各电网年度供电量，S为各电网供电面积。
本发明所达到的有益技术效果：
本发明通过引入各电网的电网结构特征、设备物理参数、电网运行特征、用电结构特征、自然及社会发展状况等影响线损的综合因素，构建影响线损的综合指标体系，并建立各指标的数学模型，将各电网各指标值作为N维向量，利用K-MEANS聚类算法迭代计算出各电网指标之间的差异性，从而将线损自然禀赋类似的电网划分到同一类别，便于电网企业在同一类别中对各电网线损率水平进行评价比较。
附图说明
图1本发明中电网线损同类划分工作流程图；
图2本发明的电网线损同类划分指标体系示意图；
图3本发明实施例中采用K-MEANS算法聚类R1-R26省电网的流程图。
具体实施方式
为了审查员能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发明的附图结合实施例进行更详细的说明。然而，所示附图，只是为了更好的说明本发明的技术方案，所以，请审查员不要就附图限制本发明的权利要求保护范围。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
如图1所示，本发明提出了一种基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，包括以下步骤：
步骤一，如图2所示，建立影响电网线损的指标体系，影响电网线损的因素较多。根据以往经验及理论分析，影响电网线损因素可分成电网结构特征、设备物理参数、电网运行特征、用电结构特征、自然及社会发展状况等五大类，其中：
电网结构特征，主要是从电网角度评估技术线损，该类指标主要包括电压等级及层次、各电压等级电网的线路平均长度。
设备物理参数，主要是从设备角度评估技术线损，该类指标主要包括导线截面积、配变设备状况、无功补偿配置等。
电网运行特征，主要是从系统运行角度评估技术线损，该类指标主要包括负荷时间分布、单位变电容量负载率、最大自然无功负荷系数等。
用电结构特征，主要是从用电结构角度评估技术线损，该类指标主要包括分压售电量、无损电量等。
自然及社会发展状况，主要是从用电网所在地区的自然和社会发展角度评价技术线损，该类指标主要包括农村面积占比、非工业GDP占比、供电密度等。
步骤二，建立数学模型，建立步骤一中所述指标体系的各个指标的数学模型，其中：
电压等级及层次YDYDJ的数学模型计算公式为：
YDYDJ＝∑Lossi
其中，i＝500～10kV内各电压等级，Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率，如果待划分的是省级电网，则Lossi为全国范围内i电压等级分压线损率；如果待划分的是县级电网，则Lossi为所在省份全省范围内i电压等级分压线损率；
线路平均长度YXLCD的数学模型计算公式为：
其中，Li为待划分电网i电压等级下的线路长度，Ni为待划分电网i电压等级线路条数。
导线截面积YDXJM的指标计算公式为：
YDXJM＝∑Lossiqk(qiaLika+qibLikb+qicLikc)
其中，i＝110～10kV内各个电压等级；k为导线类型序号，当k＝1时，表示架空线，k＝2时，表示电缆；qk为导线类型权重，按架空线和电缆的长度比例，q1、q2推荐值分别为90％、10％，如果某电网无电缆，则q1取100％；Lika、Likb、Likc为待划分电网的i电压等级架空线或电缆的截面与待划分电网的i电压等级线路长度的比；将导线按截面积大小分为Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面三种截面，其中Ⅰ截面的截面积小于Ⅱ截面的截面积、Ⅱ截面的截面积小于Ⅲ截面的截面积，a、b、c分别代表Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面。
配变设备状况YPBZK的数学模型计算公式为：
YPBZK＝qaTa+qbTb+qcTc
其中：Ta、Tb、Tc为各种配变设备型号配变容量比例，a、b、c分别高耗型号、普通型号、节能型号，高耗型号为S7以下，普通型号为S9～S11，节能型号为S11以上，其中非晶合金变及单相变的容量合并归入S11以上型号参与计算。
无功补偿配置YWGBC的计算公式为：
YWGBC＝∑Lossi(1-Wi)
其中：i＝750～10kV等各电压等级；Wi为各电网的i电压等级无功补偿配置系数，主变所配置电容量容量与主变容量的比值。
负荷时间分布YFHSJ的数学模型计算公式为：
其中：Ci为各电网的月负荷均匀程度，即月最大峰谷差与月平均负荷的比值。
单位变电容量负载率YZBFZ的数学模型计算公式为：
其中：i＝500～10kV等各电压等级；Gi为i电压等级变压器下送电量；ηi为i电压等级变压器的损耗率；P0i为i电压等级变压器空载损耗的典型值；P1i为i电压等级变压器负载损耗的典型值；Si为i电压等级变压器额定容量的典型值；Pi为i电压等级变压器的下送功率；Bi为i电压等级变压器的容量。
最大自然无功负荷系数YZRWG的数学模型计算公式为：
其中：Q为电网的最大无功能力，P为电网最大统调有功负荷；电网的最大无功能力为：
Q＝QG+QC+QR+QL
其中：QG为发电机的无功功率，QC为容性无功补偿总容量，QR为邻网输入或输出无功，QL为线路和电缆的充电功率。
分压售电量YFYDL的数学模型计算公式为：
其中：i＝220～10kV等各电压等级；Ai为电网i电压等级供电量；A为电网的总供电量；
无损电量占比W的数学模型计算公式为：
YWSDL＝1-W
其中：YWSDL为电网无损电量。
农村面积占比YNCMJ的数学模型计算公式为：
YNCMJ＝S’
其中：S’为各电网农村面积占比；
非工业GDP占比YFGY的数学模型计算公式为：
YFGY＝G
其中：G为各电网非工业GDP占比；
供电密度YGDMD的数学模型计算公式为：
其中：A为各电网年度供电量，S为各电网供电面积。
步骤三，计算指标值，收集所述指标体系中各个指标的基础数据，根据步骤二中建立各个指标的数学模型分别计算出各个指标的指标值；
步骤四，线损同类划分，将步骤三中计算出的各个指标的指标值作为N维向量，N表示指标个数，在N维空间中利用K-MEANS算法计算出不同电网的相同指标之间差异，将线损自然禀赋类似的电网划分到同一个类别，从而完成线损同类划分。
实施例
以省级电网线损同类划分方法实施为例来说明本发明中方法的应用。由于省级电网之间的差异较大，因此在省级电网线损同类划分方法应用中选取了全指标进行基础数据搜集和计算。
利用各指标的数学模型计算个指标的指标值，省级电网各指标值计算结果及排序如表1-13所示。
表1：指标1-电压等级及层次计算结果及排序
排序 省份 指标1-电压等级及层次 排序 省份 指标1-电压等级及层次
1 R5 13.88 14 R10 12.01
2 R19 13.88 15 R11 12.01
3 R22 13.77 16 R12 12.01
4 R23 13.77 17 R13 12.01
5 R24 12.60 18 R14 12.01
6 R25 12.52 19 R15 12.01
7 R26 12.52 20 R16 12.01
8 R1 12.01 21 R17 12.01
9 R2 12.01 22 R18 12.01
10 R4 12.01 23 R3 10.84
11 R7 12.01 24 R6 10.84
12 R8 12.01 25 R20 9.97
13 R9 12.01 26 R21 9.97
表2：指标2-线路平均长度计算结果及排序
排序 省份 指标2-线路平均长度 排序 省份 指标2-线路平均长度
1 R24 10.0149 14 R3 4.7917
2 R25 7.7858 15 R22 4.7614
3 R16 6.6034 16 R2 4.7123
4 R6 6.2118 17 R10 4.3545
5 R5 6.1494 18 R15 4.3545
6 R14 5.9052 19 R4 4.3517
7 R17 5.7053 20 R20 4.3152
8 R19 5.4466 21 R26 3.9675
9 R12 5.4146 22 R9 3.7262
10 R18 5.3299 23 R8 3.6197
11 R1 4.9094 24 R21 3.0822
12 R23 4.8907 25 R11 2.3047
13 R13 4.8684 26 R7 1.7472
表3：指标3-导线截面积计算结果及排序
排序 省份 指标3-导线截面积 排序 省份 指标3-导线截面积
1 R5 13.7651 14 R4 8.1121
2 R20 10.3195 15 R1 7.7728
3 R21 10.3195 16 R22 7.6313
4 R16 9.8546 17 R13 7.5750
5 R19 9.8293 18 R2 7.5410
6 R10 9.6374 19 R18 7.4007
7 R14 9.6016 20 R26 6.8530
8 R24 9.4748 21 R6 6.7075
9 R23 9.2241 22 R9 6.2654
10 R15 9.1061 23 R7 6.0371
11 R17 9.0551 24 R3 5.3290
12 R12 8.8300 25 R11 5.2163
13 R25 8.5360 26 R8 4.9897
表4：指标4-配变设备状况计算结果及排序
排序 省份 指标4-配变设备状况 排序 省份 指标4-配变设备状况
1 R12 1.6659 14 R23 1.2362
2 R20 1.4477 15 R2 1.2313
3 R19 1.4267 16 R18 1.2232
4 R1 1.3932 17 R22 1.2113
5 R7 1.3091 18 R24 1.2078
6 R17 1.3010 19 R25 1.1941
7 R16 1.2867 20 R13 1.1895
8 R15 1.2781 21 R10 1.1581
9 R6 1.2757 22 R9 1.1564
10 R4 1.2650 23 R5 1.1428
11 R26 1.2600 24 R11 1.1303
12 R14 1.2549 25 R3 1.1206
13 R21 1.2464 26 R8 1.0000
表5：指标5-无功补偿配置计算结果及排序
排序 省份 指标5-无功补偿配置系数 排序 省份 指标5-无功补偿配置系数
1 R23 12.7799 14 R25 8.5504
2 R13 12.0493 15 R15 6.7876
3 R17 11.7987 16 R14 6.1700
4 R2 11.4459 17 R10 6.0876
5 R26 11.3125 18 R8 6.0233
6 R11 11.0162 19 R16 5.7571
7 R12 10.8334 20 R1 5.4186
8 R3 10.3183 21 R4 5.2977
9 R20 9.9002 22 R19 4.7609
10 R5 9.5894 23 R21 4.0809
11 R9 9.4536 24 R18 4.0266
12 R7 9.3765 25 R22 2.6413
13 R6 9.3095 26 R24 0.9764
表6：指标6-负荷时间分布计算结果及排序
排序 省份 指标6-负荷时间分布 排序 省份 指标6-负荷时间分布
1 R16 9.1805 14 R13 5.7869
2 R7 9.0288 15 R19 5.7676
3 R18 8.8605 16 R3 5.6122
4 R9 8.5297 17 R5 5.4288
5 R15 8.3350 18 R8 5.4215
6 R11 7.4056 19 R2 4.4355
7 R17 7.3550 20 R24 4.3681
8 R10 6.9129 21 R6 3.1448
9 R14 6.6762 22 R25 3.1388
10 R12 6.1040 23 R1 3.1086
11 R4 6.0802 24 R23 2.7739
12 R20 5.8660 25 R22 2.0002
13 R26 5.7930 26 R21 1.5895
表7：指标7-单位变电容量负载率计算结果及排序
排序 省份 指标7-单位变电容量负载率 排序 省份 指标7-单位变电容量负载率
1 R26 0.2100 14 R14 0.1446
2 R1 0.1970 15 R18 0.1390
3 R8 0.1886 16 R7 0.1388
4 R16 0.1881 17 R5 0.1364
5 R22 0.1873 18 R6 0.1260
6 R10 0.1855 19 R23 0.1244
7 R9 0.1785 20 R3 0.1102
8 R24 0.1777 21 R25 0.0949
9 R2 0.1734 22 R21 0.0904
10 R11 0.1563 23 R12 0.0867
11 R15 0.1457 24 R19 0.0630
12 R17 0.1453 25 R13 0.0622
13 R4 0.1453 26 R20 0.0550
表8：指标8-最大自然无功负荷系数计算结果及排序
排序 省份 指标8-最大自然无功负荷系数 排序 省份 指标8-最大自然无功负荷系数
1 R19 2.4686 14 R9 0.6289
2 R7 1.1172 15 R6 0.6098
3 R12 1.0373 16 R14 0.5867
4 R15 1.0123 17 R17 0.5400
5 R8 0.9223 18 R22 0.5398
6 R26 0.8194 19 R18 0.5389
7 R4 0.8096 20 R20 0.5316
8 R16 0.7962 21 R24 0.5311
9 R2 0.7954 22 R21 0.5286
10 R11 0.7604 23 R10 0.5158
11 R13 0.7484 24 R23 0.4825
12 R1 0.6486 25 R25 0.4725
13 R3 0.6387 26 R5 0.2697
表9：指标9-分压售电量计算结果及排序
排序 省份 指标9-分压售电量 排序 省份 指标9-分压售电量
1 R7 0.0517 14 R17 0.0390
2 R9 0.0485 15 R2 0.0378
3 R10 0.0458 16 R26 0.0374
4 R11 0.0456 17 R3 0.0370
5 R16 0.0448 18 R6 0.0348
6 R4 0.0446 19 R19 0.0344
7 R18 0.0438 20 R1 0.0313
8 R15 0.0423 21 R5 0.0304
9 R20 0.0419 22 R13 0.0278
10 R14 0.0414 23 R24 0.0278
11 R12 0.0410 24 R23 0.0240
12 R8 0.0405 25 R22 0.0225
13 R21 0.0391 26 R25 0.0186
表10：指标10-无损电量占比计算结果及排序
排序 省份 指标10-无损电量占比 排序 省份 指标10-无损电量占比
1 R1 0.5441 14 R26 0.0223
2 R25 0.4684 15 R19 0.0170
3 R6 0.3577 16 R13 0.0068
4 R2 0.3061 17 R16 0.0062
5 R22 0.2360 18 R9 0.0006
6 R10 0.2219 19 R7 0.0000
7 R14 0.1831 20 R11 0.0000
8 R5 0.1790 21 R4 0.0000
9 R20 0.1555 22 R18 0.0000
10 R17 0.1356 23 R12 0.0000
11 R23 0.0932 24 R21 0.0000
12 R8 0.0838 25 R3 0.0000
13 R15 0.0236 26 R24 0.0000
表11：指标11-农村面积占比计算结果及排序
排序 省份 指标11-农村面积占比 排序 省份 指标11-农村面积占比
1 R13 0.9887 14 R23 0.8875
2 R16 0.9827 15 R24 0.8503
3 R22 0.9772 16 R9 0.8020
4 R17 0.9499 17 R12 0.8017
5 R15 0.9471 18 R2 0.7682
6 R6 0.9242 19 R10 0.7023
7 R21 0.9219 20 R5 0.7004
8 R20 0.9204 21 R8 0.6314
9 R4 0.9119 22 R25 0.6060
10 R14 0.9093 23 R3 0.5277
11 R18 0.9009 24 R26 0.5165
12 R1 0.8932 25 R7 0.0978
13 R19 0.8892 26 R11 0.0000
表12：指标12-非工业GDP占比计算结果及排序
排序 省份 指标12-非工业GDP占比 排序 省份 指标12-非工业GDP占比
1 R7 0.7768 14 R21 0.4730
2 R11 0.6284 15 R20 0.4717
3 R23 0.5499 16 R5 0.4709
4 R15 0.5148 17 R6 0.4698
5 R22 0.5068 18 R24 0.4659
6 R14 0.5066 19 R16 0.4650
7 R19 0.4982 20 R4 0.4640
8 R18 0.4945 21 R1 0.4610
9 R3 0.4936 22 R12 0.4535
10 R2 0.4854 23 R13 0.4462
11 R17 0.4829 24 R26 0.4446
12 R10 0.4800 25 R25 0.4268
13 R9 0.4746 26 R8 0.4117
表13：指标13-供电密度计算结果及排序
排序 省份 指标13-供电密度 排序 省份 指标13-供电密度
1 R11 0.1930 14 R16 0.0127
2 R10 0.0692 15 R21 0.0120
3 R3 0.0587 16 R26 0.0116
4 R8 0.0548 17 R15 0.0110
5 R7 0.0539 18 R17 0.0089
6 R9 0.0308 19 R18 0.0086
7 R2 0.0237 20 R14 0.0074
8 R22 0.0212 21 R23 0.0070
9 R4 0.0194 22 R20 0.0034
10 R1 0.0191 23 R19 0.0025
11 R12 0.0183 24 R25 0.0012
12 R13 0.0158 25 R24 0.0007
13 R6 0.0138 26 R5 0.0006
将13个指标的计算结果作为一个13维向量，各个省份的向量结果如下：
X1＝[12.01,4.9094,7.7728,1.3932,5.4186,3.1086,0.1970,0.6486,0.0313,0.4559,0.8932,0.4610,0.0191]
X2＝[12.01,4.7123,7.5410,1.2313,11.4459,4.4355,0.1734,0.7954,0.0378,0.6939,0.7682,0.4854,0.0237]
X3＝[10.84,4.7917,5.3290,1.1206,10.3183,5.6122,0.1102,0.6387,0.0370,1.0000,0.5277,0.4936,0.0587]
X4＝[12.01,4.3517,8.1121,1.2650,5.2977,6.0802,0.1453,0.8096,0.0446,1.0000,0.9119,0.4640,0.0194]
X5＝[13.88,6.1494,13.7651,1.1428,9.5894,5.4288,0.1364,0.2697,0.0304,0.8210,0.7004,0.4709,0.0006]
X6＝[10.84,6.2118,6.7075,1.2757,9.3095,3.1448,0.1260,0.6098,0.0348,0.6423,0.9242,0.4698,0.0138]
X7＝[12.01,1.7472,6.0371,1.3091,9.3765,9.0288,0.1388,1.1172,0.0517,1.0000,0.0978,0.7768,0.0539]
X8＝[12.01,3.6197,4.9897,1.0000,6.0233,5.4215,0.1886,0.9223,0.0405,0.9162,0.6314,0.4117,0.0548]
X9＝[12.01,3.7262,6.2654,1.1564,9.4536,8.5297,0.1785,0.6289,0.0485,0.9994,0.8020,0.4746,0.0308]
X10＝[12.01,4.3545,9.6374,1.1581,6.0876,6.9129,0.1855,0.5158,0.0458,0.7781,0.7023,0.4800,0.0692]
X11＝[12.01,2.3047,5.2163,1.1803,11.0162,7.4056,0.1563,0.7604,0.0456,1.0000,0.0000,0.6284,0.1930]
X12＝[12.01,5.4146,8.8300,1.6659,10.8334,6.1040,0.0867,1.0373,0.0410,1.0000,0.8017,0.4535,0.0183]
X13＝[12.01,4.8684,7.5750,1.1895,12.0493,5.7869,0.0622,0.7484,0.0278,0.2000,0.9887,0.4462,0.0158]
X14＝[12.01,5.9052,9.6016,1.2549,6.1700,6.6762,0.1446,0.5867,0.0414,0.8169,0.9093,0.5066,0.0074]
X15＝[12.01,4.3545,9.1061,1.2781,6.7876,8.3350,0.1457,1.1023,0.0423,0.9764,0.9471,0.5148,0.0110]
X16＝[12.01,6.6034,9.8546,1.2867,5.7571,9.1805,0.1881,0.7962,0.0448,0.9938,0.9827,0.4650,0.0127]
X17＝[12.01,5.7053,9.0551,1.3010,11.7987,7.3550,0.1453,0.5400,0.0390,0.8644,0.9499,0.4829,0.0089]
X18＝[12.01,5.3299,7.4007,1.2232,4.0266,8.8605,0.1390,0.5389,0.0438,1.0000,0.9009,0.4945,0.0086]
X19＝[13.88,5.4466,9.8293,1.4267,4.7609,5.7676,0.0630,2.4686,0.0344,0.9830,0.8892,0.4982,0.0025]
X20＝[9.97,4.3152,10.3195,1.4477,9.9002,5.8660,0.0550,0.5316,0.0419,0.8445,0.9204,0.4717,0.0034]
X21＝[9.97,3.0822,10.3195,1.2464,4.0809,1.5895,0.0904,0.5286,0.0391,1.0000,0.9219,0.4730,0.0120]
X22＝[13.77,4.7614,7.6313,1.2113,2.6413,2.0002,0.1873,0.5398,0.0225,0.7640,0.9772,0.5068,0.0212]
X23＝[13.77,4.8907,9.2271,1.2362,12.7799,2.7739,0.1244,0.4825,0.0240,0.9068,0.8875,0.5499,0.0070]
X24＝[12.6,10.0149,9.4748,1.2078,0.9764,4.3681,0.1777,0.5311,0.0278,1.0000,0.8503,0.4659,0.0007]
X25＝[12.52,7.7858,8.5360,1.1941,8.5504,3.1388,0.0949,0.4725,0.0186,0.5316,0.6060,0.4268,0.0012]
X26＝[12.52,3.9675,6.8530,1.2600,11.3125,5.7930,0.2100,0.8194,0.0374,0.9777,0.5165,0.4446,0.0116]
如图3所示，将X1～X26利用K-MEANS聚类算法进行聚类。首先需要预设聚类类别n，根据电网实际运行情况以及数据搜集整理情况可确定n＝4。然后通过多次迭代计算出各个电网指标之间的差异性，从而将线损自然禀赋类似的电网划分到同一类别，便于电网企业在同一类别中对各电网线损率水平进行评价比较。运算结果如表14所示：
表14：各个省份电网同类划分结果
类别 省份
1 R1、R2、R6、R7、R10、R13、R14、R17、R18、R19、R20、R21
2 R3、R8、R9、R11
3 R4、R12、R15、R16、R26
4 R5、R22、R23、R24、R25
本发明通过引入各电网的电网结构特征、设备物理参数、电网运行特征、用电结构特征、自然及社会发展状况等影响线损的综合因素，构建影响线损的综合指标体系，并建立各指标的数学模型，将各电网各指标值作为N维向量，利用K-MEANS聚类算法迭代计算出各电网指标之间的差异性，从而将线损自然禀赋类似的电网划分到同一类别，便于电网企业在同一类别中对各电网线损率水平进行评价比较。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，建立影响电网线损的指标体系，包括电压等级及层次、线路平均长度、导线截面积、配变设备状况、无功补偿配置、负荷时间分布、单位变电容量负载率、最大自然无功负荷系数、分压售电量、无损电量、农村面积占比、非工业GDP占比以及供电密度，共13个指标；
步骤二，建立数学模型，建立步骤一中所述指标体系的各个指标的数学模型；
其中：单位变电容量负载率YZBFZ的数学模型计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>Z</mi> <mi>B</mi> <mi>F</mi> <mi>Z</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mn>500</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>G</mi> <mn>330</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>G</mi> <mn>220</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>G</mi> <mn>110</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>B</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中:i＝500～10kV范围内各电压等级；Gi为i电压等级变压器下送电量；ηi为i电压等级变压器的损耗率；P0i为i电压等级变压器空载损耗的典型值；P1i为i电压等级变压器负载损耗的典型值；Si为i电压等级变压器额定容量的典型值；Pi为i电压等级变压器的下送功率；Bi为i电压等级变压器的容量；
无损电量占比W的数学模型计算公式为：
YWSDL＝1-W
其中：YWSDL为电网无损电量；
供电密度YGDMD的数学模型计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>D</mi> <mi>M</mi> <mi>D</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>A</mi> <mi>S</mi> </mfrac> </mrow>
其中：A为各电网年度供电量，S为各电网供电面积；
步骤三，计算指标值，收集所述指标体系中各个指标的基础数据，根据步骤二中建立各个指标的数学模型分别计算出各个指标的指标值；
步骤四，线损同类划分，将步骤三中计算出的各个指标的指标值作为N维向量，N表示指标个数，在N维空间中利用K-MEANS算法计算出不同电网的相同指标之间差异，将线损自然禀赋类似的电网划分到同一个类别，从而完成线损同类划分。
2.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，电压等级及层次YDYDJ的数学模型计算公式为：
YDYDJ＝∑Lossi
其中，i＝500～10kV内各电压等级，Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；
线路平均长度YXLCD的数学模型计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mi>L</mi> <mi>C</mi> <mi>D</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Sigma;L</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msup> <mn>10</mn> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Sigma;N</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，Li为待划分电网i电压等级下的线路长度，Ni为待划分电网i电压等级线路条数。
3.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，导线截面积YDXJM的指标计算公式为：
YDXJM＝∑Lossiqk(qiaLika+qibLikb+qicLikc)
其中，i＝110～10kV内各个电压等级；k为导线类型序号，当k＝1时，表示架空线，k＝2时，表示电缆；qk为导线类型权重，按架空线和电缆的长度比例，q1、q2推荐值分别为90％、10％，如果某电网无电缆，则q1取100％；Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；Lika、Likb、Likc为待划分电网的i电压等级架空线或电缆的截面与待划分电网的i电压等级线路长度的比；将导线按截面积大小分为Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面三种截面，其中Ⅰ截面的截面积小于Ⅱ截面的截面积、Ⅱ截面的截面积小于Ⅲ截面的截面积，a、b、c分别代表Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面。
4.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，配变设备状况YPBZK的数学模型计算公式为：
YPBZK＝qaTa+qbTb+qcTc
其中：Ta、Tb、Tc为各种配变设备型号配变容量比例，a、b、c分别为高耗型号、普通型号、节能型号，高耗型号为S7以下，普通型号为S9～S11，节能型号为S11以上，其中非晶合金变及单相变的容量合并归入S11以上型号参与计算。
5.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，无功补偿配置YWGBC的计算公式为：
YWGBC＝ΣLossi(1-Wi)
其中：i＝750～10kV范围内各电压等级；Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；Wi为各电网的i电压等级无功补偿配置系数，主变所配置电容量容量与主变容量的比值。
6.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，负荷时间分布YFHSJ的数学模型计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>H</mi> <mi>S</mi> <mi>J</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>12</mn> </munderover> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
其中：Ci为各电网的月负荷均匀程度，即月最大峰谷差与月平均负荷的比值。
7.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，最大自然无功负荷系数YZRWG的数学模型计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>Z</mi> <mi>R</mi> <mi>W</mi> <mi>G</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <mi>P</mi> </mfrac> </mrow>
其中:Q为电网的最大无功能力，P为电网最大统调有功负荷；电网的最大无功能力为：
Q＝QG+QC+QR+QL
其中：QG为发电机的无功功率，QC为容性无功补偿总容量，QR为邻网输入或输出无功，QL为线路和电缆的充电功率。
8.根据权利要求1所述的基于K-MEANS算法的线损同类划分方法，其特征在于：所述步骤二中，
分压售电量YFYDL的数学模型计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>Y</mi> <mi>D</mi> <mi>L</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>Loss</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mi>A</mi> </mfrac> </mrow>
其中：i＝220～10kV范围内各电压等级；Lossi为待划分电网全范围内i电压等级分压线损率；Ai为电网i电压等级供电量；A为电网的总供电量；
农村面积占比YNCMJ的数学模型计算公式为：
YNCMJ＝S’
其中：S’为各电网农村面积占比；
非工业GDP占比YFGY的数学模型计算公式为：
YFGY＝G
其中：G为各电网非工业GDP占比。
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