CN109446540B - 一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，1、针对电力系统间隔中的开关，对热备用开关进行识别并记录；2、建立热备用开关和支路关联关系、生成节点和支路的连接模型；3、生成节点关联矩阵A；4、针对节点关联矩阵A进行计算，根据矩阵A相乘后的元素的取值，判断得到重构的路径；5、生成可操作的开关设备集，通过对这些开关的远程遥控实现网络重构。本发明不需要特殊建模，操作性强，计算效率高；能够快速给出可操作的开关，在实际中可通过对这些开关的远方遥控恢复供电，对于实时或者仿真环境下的故障后恢复供电或者静态安全N‑1分析后的失电区域进行恢复供电有重要的指导意义。

Description

一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法

技术领域

本发明属于电力系统调度自动化管理技术领域，具体涉及一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构的方法。

背景技术

随着电力系统的不断发展，电力网络越来越复杂，电力系统在发生故障时会造成电网的解列或者大量的负荷失电，如何快速的给出供电方案对于提高供电可靠性有重要的意义，如何在故障发生后能快速地恢复供电是提高供电可靠性的重要保证。电网中往往安装有大量的自动装置，如地区电网就有大量的备自投，备自投能够提高电网正常运行时的供电能力，减少重载线路的负荷，限制短路电流，提高供电可靠性和连续性。

不过，受电网运行方式的约束，在实际应用中常常会遇到一些问题。例如，当工作电源的供电对象是两座及以上的串联的变电站时，备自投装置只能对处于开环点的变电站实现备用电源自动投入，而其他串供的变电站则无法通过备自投装置恢复供电，不能实现电源的远方备用电源自动投入；而且备自投的安装也未全网覆盖。有些研究者提出了广域备自投的概念，通过调度自动化主站远方遥控的方式实现“软备自投”功能，作为备自投装置的补充，但是需要主站进行软备投装置的建模，而且随着电网结构的变化需要进行调整，维护复杂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明将此类问题转化为数学问题，基于关联矩阵计算即可快速地给出电力系统网络重构的控制策略，不需要在模型方面做任何处理。本发明所采用的技术方案如下：

一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，包括以下步骤：

步骤1、针对电力系统间隔中的开关，对热备用开关进行识别并记录；

步骤2、针对步骤1中所记录的热备用开关，建立热备用开关和支路关联关系、生成节点和支路的连接模型；

步骤3、针对步骤2中所生成的节点和支路的连接模型，生成节点关联矩阵A；

步骤4、针对步骤3中所生成的节点关联矩阵A进行计算，根据矩阵A相乘后的元素的取值，判断得到重构的路径；

步骤5、根据步骤4的计算结果，生成可操作的开关设备集，通过对这些开关的远程遥控实现网络重构。

优选地，步骤1所述的对热备用开关进行识别并记录的具体方法是：针对电力系统间隔中的开关，如果开关状态为分，则合上此开关并分析间隔中连通的支路；

如果没有通过此开关的连通支路，则判定此开关处于冷备用状态；如果有通过此开关的连通支路，则进一步分析此连通支路两侧的连接设备：变压器、线路、母线；如果此连通支路两侧分别连接到设备，则判定此开关是热备用开关、并记录此开关。

优选地，步骤2中所述的建立热备用开关和支路关联关系、生成节点和支路的连接模型的具体方法为：合上步骤1中记录的所有热备用开关，进行网络拓扑分析，如果两条母线的母联开关或者分段开关合，母线的节点不能合并，需要增加一条支路将两个节点隔离；如果连通的支路是通过热备用开关形成的、则记录此支路和热备用开关的映射关系，生成节点和支路的连接模型。

优选地，步骤3中所述的生成节点关联矩阵A的具体方法为：根据步骤2中的拓扑分析结果，设定主对角线的元素a_ii＝1；如果节点i和节点j有支路相连，分析此支路的属性，如果是通过热备用开关形成的、则a_ij＝1/10，否则为a_ij＝1；如果节点i和节点j没有支路直接相连、则a_ij＝0。

优选地，步骤4中所述的对节点关联矩阵A进行计算的具体方法为：如果支路a_ij开断，首先对节点关联矩阵A进行矩阵的乘法，判断是否造成网络的解列；

如果相乘后的矩阵元素

非零，则说明电力网络未解列；设aa_ij＝m+n/10(m、n为整数)，有以下几种情况：

(1)aa_ij＝m；

说明至少有一个节点k同时和节点i和节点j相连，电力网络没有真正解列；

(2)aa_ij＝m+n/10；

和第一种情况类似，电力网络也没有真正解列，此外还有通过热备用开关形成的支路k′同时和节点i和节点j相连；

(3)aa_ij＝n/10或者aa_ij＝n/100；

说明有n个节点是通过热备用开关形成的支路和节点i及节点j相连的。如果aa_ij＝n/10，说明和节点i或节点j相连的节点k的两条支路中有一条是通过热备用开关形成的；如果aa_ij＝n/100，说明和节点i或节点j相连的节点k′的两条支路都是通过热备用开关形成的，在集合W＝{k₁，k₂，...}中记录这些节点；

如果aa_ij＝0，则先找出和节点j相连的所有节点k′的集合K′，根据上述的步骤找出和K′中所有节点相连的节点集合K，根据集合W＝{(k₁，k′₁)，(k₂，k′₂)，...}中节点之间的支路属性即可得到需要操作的开关；

m表示和i，j节点连接的实际的运行支路个数，n表示是和i，j节点连接支路中通过热备用开关形成的支路个数。

优选地，步骤5中所述的生成可操作的开关设备集的具体方法为：根据步骤4中计算的矩阵元素a_ij的值找出和开断支路两侧节点i和节点j相连的节点集合W，根据集合中节点之间支路的属性即可得到要操作的开关，形成多组可操作的开关设备集合。

本发明的有益效果：

1)本发明通过识别当前电网中的热备用开关，建立支路和热备用开关的关联关系，通过关联矩阵的运算即可给出可操作的热备用开关，不需要特殊建模，操作性强，计算效率高；

2)本发明能够快速给出可操作的开关，在实际中可通过对这些开关的远方遥控恢复供电，对于实时或者仿真环境下的故障后恢复供电或者静态安全N-1分析后的失电区域进行恢复供电有重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明的逻辑流程框图；

图2是本发明的电网没有真正解列第一连接关系示意图；

图3是本发明的电网没有真正解列第二连接关系示意图；

图4是本发明的电网解列后、节点通过热备用开关形成的支路和其他节点相连的连接关系示意图；

图5是本发明的电网解列后、对电力系统网络重构的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式

如图1所示，是本发明的逻辑流程框图。一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，包括以下步骤：

步骤1、针对电力系统间隔中的开关，对热备用开关进行识别并记录；具体方法是：针对电力系统间隔中的开关，如果开关状态为分(开关只有合、分两种状态)，则合上此开关并分析间隔中连通的支路；否则不做任何处理。

如果没有通过此开关的连通支路，则判定此开关处于冷备用状态，冷备用的开关是指开关两侧的刀闸是分状态，这种开关一般是处于检修状态，运行过程中是不能操作的；实际运行中只操作热备用的开关，也就是说两侧刀闸都为合状态；如果有通过此开关的连通支路，则进一步分析此连通支路两侧的连接设备：变压器、线路、母线；如果此连通支路两侧分别连接到设备，则判定此开关是热备用开关、并记录此开关。如果此支路不是两侧都连接到设备，这个支路本身就不是一个运行的支路，不用考虑通过它去进行网络重构。

步骤2、针对步骤1中所记录的热备用开关，建立热备用开关和支路关联关系、生成节点和支路的连接模型；具体方法为：合上步骤1中记录的所有热备用开关，进行网络拓扑分析，如果两条母线的母联开关或者分段开关合，母线的节点不能合并，需要增加一条支路将两个节点隔离；如果连通的支路是通过热备用开关形成的、则记录此支路和热备用开关的映射关系，生成节点和支路的连接模型。在网络重构过程中，主要考虑这两种情况就可以了，实际还有一种通过旁路母线的情况，这种情况比较少，可以不用考虑。

步骤3、针对步骤2中所生成的节点和支路的连接模型，生成节点关联矩阵A；具体方法为：根据步骤2中的拓扑分析结果，设定主对角线的元素a_ii＝1；如果节点i和节点j有支路相连，分析此支路的属性，如果是通过热备用开关形成的，则a_ij＝1/10(此值作为一个可以调整的参数，不宜过小，考虑到电力系统的特点，建议等于1/10)，否则为a_ij＝1；如果节点i和节点j没有支路直接相连则a_ij＝0。

步骤4、针对步骤3中所生成的节点关联矩阵A进行计算，计算就是网络重构的过程，如果网络没有解列、则矩阵A元素的取值是有特征的，根据矩阵A相乘后的元素的取值，判断得到重构的路径；具体方法为：如果支路a_ij开断(开断是电力系统的专用术语)，首先对节点关联矩阵A进行矩阵的乘法，判断是否造成网络的解列(在此的解列是广义范围的解列，只要网络分为一个以上的网络都称为解列)。

如果相乘后的矩阵元素

非零，则说明电力网络未解列。设aa_ij＝m+n/10(m、n为整数)，有以下几种情况：

(1)aa_ij＝m；

说明至少有一个节点k同时和节点i和节点j相连，电力网络没有真正解列。(由于电力系统的稀疏性，不可能有10个热备用开关形成的支路同时和此两个节点相连)。

(2)aa_ij＝m+n/10；

和第一种情况类似，电力网络也没有真正解列，此外还有通过热备用开关形成的支路k′同时和节点i和节点j相连。

(3)aa_ij＝n/10或者aa_ij＝n/100；

说明有n个节点是通过热备用开关形成的支路和节点i及节点j相连的。如果aa_ij＝n/10，说明和节点i或节点j相连的节点k的两条支路中有一条是通过热备用开关形成的；如果aa_ij＝n/100，说明和节点i或节点j相连的节点k′的两条支路都是通过热备用开关形成的，在集合W＝{k₁，k₂，...}中记录这些节点，

如果aa_ij＝0，则先找出和节点j相连的所有节点k′的集合K′，根据上述的步骤找出和K′中所有节点相连的节点集合K，根据集合W＝{(k₁，k′₁)，(k₂，k′₂)，...}中节点之间的支路属性即可得到需要操作的开关。根据电力系统的特点，经过三条支路链进行重构已经满足要求了。

上述步骤中，情况1、2下说明电力系统网络未真正解列，没有解列就不需要重构。

步骤5、根据步骤4的计算结果，生成可操作的开关设备集；具体方法为：根据步骤4中计算的矩阵元素a_ij的值找出和开断支路两侧节点i和节点j相连的节点集合W，根据集合中节点之间支路的属性即可得到要操作的开关，形成多组可操作的开关设备集合。此集合中就包含有可以操作的热备用开关，通过对这些开关的远程遥控就可以实现网络重构。

在这里，m表示和i，j节点连接的实际的运行支路个数(不是通过重构形成的支路)；n表示是和i，j节点连接支路中通过热备用开关形成的支路个数。

如图2所示，是本发明的电网没有真正解列第一连接关系示意图；如图3所示产，是本发明的电网没有真正解列第二连接关系示意图；如图4所示，是本发明的电网解列后、节点通过热备用开关形成的支路和其他节点相连的连接关系示意图；如图5所示，是本发明的电网解列后、对电力系统网络重构的连接关系示意图。

附图中，实线表示是实际系统中运行的支路，虚线表示是通过热备用开关形成重构的支路。

Claims (5)

1.一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、针对电力系统间隔中的开关，对热备用开关进行识别并记录；

步骤2、针对步骤1中所记录的热备用开关，建立热备用开关和支路关联关系、生成节点和支路的连接模型；

步骤3、针对步骤2中所生成的节点和支路的连接模型，生成节点关联矩阵A；

步骤4、针对步骤3中所生成的节点关联矩阵A进行计算，根据矩阵A相乘后的元素的取值，判断得到重构的路径；

步骤5、根据步骤4的计算结果，生成可操作的开关设备集，通过对这些开关的远程遥控实现网络重构；

步骤4中所述的对节点关联矩阵A进行计算的具体方法为：如果支路a_ij开断，首先对节点关联矩阵A进行矩阵的乘法，判断是否造成网络的解列；

如果相乘后的矩阵元素

非零，则说明电力网络未解列；设aa_ij＝m+n/10，m、n为整数，有以下几种情况：

(1)aa_ij＝m；

说明至少有一个节点k同时和节点i和节点j相连，电力网络没有真正解列；

(2)aa_ij＝m+n/10；

电力网络也没有真正解列，此外还有通过热备用开关形成的支路同时和节点i和节点j相连；

(3)aa_ij＝n/10或者aa_ij＝n/100；

说明有n个节点是通过热备用开关形成的支路和节点i及节点j相连的，如果aa_ij＝n/10，说明和节点i或节点j相连的节点k的两条支路中有一条是通过热备用开关形成的；如果aa_ij＝n/100，说明和节点i或节点j相连的节点k′的两条支路都是通过热备用开关形成的，在集合W＝{k₁,k₂,…}中记录这些节点；

如果aa_ij＝0，则先找出和节点j相连的所有节点k′的集合K′，根据上述的步骤找出和K′中所有节点相连的节点集合K，根据集合W＝{(k₁,k′₁),(k₂,k′₂),…}中节点之间的支路属性即可得到需要操作的开关；

m表示和i，j节点连接的实际的运行支路个数，n表示是和i，j节点连接支路中通过热备用开关形成的支路个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，其特征在于，步骤1所述的对热备用开关进行识别并记录的具体方法是：针对电力系统间隔中的开关，如果开关状态为分，则合上此开关并分析间隔中连通的支路；

如果没有通过此开关的连通支路，则判定此开关处于冷备用状态；如果有通过此开关的连通支路，则进一步分析此连通支路两侧的连接设备：变压器、线路、母线；如果此连通支路两侧分别连接到设备，则判定此开关是热备用开关、并记录此开关。

3.根据权利要求1所述的一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，其特征在于，步骤2中所述的建立热备用开关和支路关联关系、生成节点和支路的连接模型的具体方法为：合上步骤1中记录的所有热备用开关，进行网络拓扑分析，如果两条母线的母联开关或者分段开关合，母线的节点不能合并，需要增加一条支路将两个节点隔离；如果连通的支路是通过热备用开关形成的、则记录此支路和热备用开关的映射关系，生成节点和支路的连接模型。

4.根据权利要求1－3任一项所述的一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，其特征在于，步骤3中所述的生成节点关联矩阵A的具体方法为：根据步骤2中的拓扑分析结果，设定主对角线的元素a_ii＝1；如果节点i和节点j有支路相连，分析此支路的属性，如果是通过热备用开关形成的、则a_ij＝1/10，否则为a_ij＝1；如果节点i和节点j没有支路直接相连、则a_ij＝0。

5.根据权利要求4所述的一种基于关联矩阵计算的电力系统网络重构方法，其特征在于，步骤5中所述的生成可操作的开关设备集的具体方法为：根据步骤4中计算的矩阵元素a_ij的值找出和开断支路两侧节点i和节点j相连的节点集合W，根据集合中节点之间支路的属性即可得到要操作的开关，形成多组可操作的开关设备集合。

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