CN111191927A - 一种配电网健康指数计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电网健康指数计算方法和系统，包括：根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；根据配电网的各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；根据修正后的配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数，本发明提供的技术方案，利用简单的算法快速识别出配电网各节点与线路的重要度，并计算出网络的健康指数，有效解决了复杂多变的配电网健康状态诊断问题，为配电网健康状况的量化分析提供了基础理论和实用化的技术手段，避免了评价指标的提取与量化计算，促进配电资产管理水平从定性到定量的跃升，有效指导配电网规划、运行、检修等资产管理相关环节。
Description
技术领域
本发明涉及配电网资产管理技术领域，具体涉及一种配电网健康指数计算方法和系统。
背景技术
电力系统的稳定运行对国民经济具有重要的意义，在配电网中，通常是某一节点发生故障，然后故障范围逐步扩大，最后导致系统崩溃，这些节点称为关键节点。如何快速准确地识别出配电网中的关键节点，对于配电网的健康状态评估以及减少停电事故具有重大的意义。这类对于网络的健康指数有着极大的影响的节点，称之为关键节点。所以如何快速有效的识别出网络的关键节点，对配电网络的安全可靠运行和配电网健康指数计算有着重大的意义。
依据国内外对电网中关键节点辨识的研究现状，从建模的角度的不同，主要可以划分为两大类：第一类主要是从电网的物理特性着手，通过定义相应的电气性能评价指标，来衡量电网中节点的重要程度。例如基于网络节点之间的电气距离，定义了网络节点电气耦合连接度，弥补了拓扑结构模型只关注节点拓扑连线关系的不足；第二类是从网络自身的拓扑结构出发，应用小世界网络模型或者无标度网络模型，建立网络的模型，评估网络中的关键节点。例如采用节点及支路的介数来辨识网络中节点和线路的关键性。
上述两类方法一者侧重考虑配电网中节点的局部特性，即节点之间电气性能的关联，一者侧重考虑了配电网中节点的全局特性，即网络的拓扑结构，利用上述方法衡量节点的重要性，其衡量的准确度均有待提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种配电网健康指数计算方法，该方法利用简单的算法快速有效地识别出配电网中的关键节点，关键线路，并基于关键节点和关键线路计算出网络的健康指数，有效解决了复杂多变的配电网健康状态诊断问题，为配电网健康状况的量化分析提供基础理论和实用化的技术手段，避免了评价指标的提取与量化计算，促进配电资产管理水平从定性到定量的跃升，有效指导配电网规划、运行、检修等资产管理相关环节。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种配电网健康指数计算方法，其改进之处在于，所述方法包括：
根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；
根据配电网的各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；
根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；
根据修正后配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数。
本发明提供一种配电网健康指数计算系统，其改进之处在于，所述方法包括：
第一确定模块，用于根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；
修正模块，用于根据配电网中各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；
第二确定模块，用于根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；
第三确定模块，用于根据修正后的配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；根据配电网中各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；根据修正后配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数，该方案利用简单的算法快速有效地识别出配电网中的节点的重要度和线路的重要度，并计算出网络的健康指数，有效解决了复杂多变的配电网健康状态诊断问题，为配电网健康状况的量化分析提供基础理论和实用化的技术手段，避免了评价指标的提取与量化计算，促进配电资产管理水平从定性到定量的跃升，有效指导配电网规划、运行、检修等资产管理相关环节。
附图说明
图1是一种配电网健康指数计算方法流程图；
图2是IEEE 33-bus配电系统的健康指数计算结果示意图；
图3是IEEE 33-bus配电系统节点的重要度计算结果示意图；
图4是IEEE 33-bus配电系统各线段的贡献度计算结果示意图；
图5是一种配电网健康指数计算系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
配电网健康指数计算通常由配电网关键节点以及配电网关键线路的健康情况决定，而配电网关键节点的识别一直以来基本采用两类方法，第一类主要是从电网的物理特性着手，通过定义相应的电气性能评价指标，来衡量电网中节点的重要程度，即主要侧重于节点的电气水平，第二类主要从网络自身的拓扑结构出发，应用小世界网络模型或者无标度网络模型，建立网络的模型，评估网络中的关键节点，这两种方法或是忽略了网络拓扑结构对关键节点识别的影响，或是忽略了节点之间的电气影响对关键节点的识别的影响，在准确性上有待提升，基于此，本发明一种配电网健康指数计算方法，该方法既考虑了节点的网络的拓扑结构，又考虑了节点电气特性，以此来提高配电网关键节点的准确性，进而保障配电网健康指数计算的精度，如图1所示，所述方法包括：
步骤101.根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；
步骤102.根据配电网中各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；
步骤103.根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；
步骤104.根据修正后的配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数。
具体的，所述步骤101，包括：
步骤a：初始化迭代次数l＝1，配电网中各节点的重要度均为
步骤b根据改进的PageRank算法计算第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
步骤c:判断当前迭代次数l＝Ψ是否成立；若是，则输出当前迭代次数l对应的配电网各节点重要度序列；否则，令l＝l+1，并返回步骤b；
其中，N为配电网中节点的总数，Ψ为预先设置的最大迭代次数。
在本发明的具体实施例中，迭代终止条件还可以设置为当前迭代计算结果与上一次迭代计算结果的误差小于设定值。
进一步的，所述步骤b，包括：
按下式确定第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，ηχ为第一预设权重，
为第二预设权重，且
为仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列，
为仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
其中，按下式确定仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，sij为配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，
为仅考虑配电网各节点出度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，α为改进的PageRank算法的阻尼系数；
按下式确定仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，Din(j)为配电网中第j个节点的入度，
为仅考虑配电网各节点入度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，i,j∈(1～N)。
本发明提供的技术方案，因配电网大多为辐射型网络结构，仅考虑链入节点的影响会造成线路末端节点的重要度过高，本发明对传统的PageRank算法进行了改进，改进后的PageRank算法不但考虑到配电网各节点的入度对节点重要性的影响，也考虑到了配电网各节点的出度对节点重要性的影响，其结构简单、运行高效，特别适合配电网辐射状网络结构的健康指数计算，利用改进的PageRank算法计算节点重要性时，可以提高计算的精度。
再进一步的，按下式求解配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度sij：
式中，Wi为配电网中第i个节点的权重，S'p为配电网一次修正后的邻接矩阵，Sp为配电网的邻接矩阵；
其中，按下式确定配电网一次修正后的邻接矩阵S'p：
式中，s′ij为配电网一次修正后的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点间的效用依存程度，其中，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第i个节点向第j个节点传输功率时，s′ij＝fij，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第j个节点向第i个节点传输功率时，s′ij＝-fij，当配电网中第i个节点与第j个节点无联络线或配电网中第i个节点与第j个节点为同一节点时，s′ij＝0，fij为配电网中线路ij上的功率值。
在本发明的最佳实施例中，构建配电网的初始邻接矩阵时可以将配电网看为是一种典型的按电压等级(高压和中压)分层的异质依存网络。每层电网中包含电源节点(可进一步分为发电机单元和可再生能源单元，比如光伏、风机等)、配电变压器节点、开关节点(开关节点可能位于断路器、联络线或配电变压器处)和其他节点等四类异质节点，以及节点之间的联络线，故而各层电网中节点可等效为配电网的邻接矩阵的点，各层电网中节点之间的联络线可等效为配电网的邻接矩阵的边。
配电网的初始邻接矩阵可用下式表示：
其中，sij,c为配电网的初始邻接矩阵中第i个节点与第j个节点间的效用依存程度；当节点i有功率流向节点j时，sij,c的值为1，当节点j有功率流向节点i时，sij,c的值为-1，否则为0；
可以看出，配电网的初始邻接矩阵中基于电网的有向无权图构建的，其仅仅考虑了网络拓扑结构，但忽略电网的实际物理特性(如电阻、电抗和潮流特性)和节点在电网中的重要作用，不能有效反映电网的运行特点；
基于此，本发明对配电网的初始邻接矩阵进行了2次改进，第一次改进考虑到线路传输功率对节点间的效用依存程度的影响，第二次改进考虑到节点传输容量和负荷重要性对节点间的效用依存程度的影响，其中，配电网第一次改进后的邻接矩阵S'p如下所示：
式中，s′ij为配电网一次修正后的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点间的效用依存程度，其中，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第i个节点向第j个节点传输功率时，s′ij＝fij，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第j个节点向第i个节点传输功率时，s′ij＝-fij，当配电网中第i个节点与第j个节点无联络线或配电网中第i个节点与第j个节点为同一节点时，s′ij＝0，fij为配电网中线路ij上的功率值。
配电网第二次改进后的邻接矩阵Sp如下所示：
式中，Wi为配电网中第i个节点的权重，S'p为配电网一次修正后的邻接矩阵，Sp为配电网的邻接矩阵；
经过对配电网初始邻接矩阵的两次修正，得到最终的配电网邻接矩阵在计算配电网节点的重要度的时候，其准确性得以改善。
进一步的，按下式确定配电网中第i个节点的权重Wi：
Wi＝λ1·w′1i+λ2·w'2i
式中，λ1为配电网中第i个节点的传输容量对应的权重，λ2为配电网中第i个节点的负荷重要度对应的权重，w′1i为配电网中第i个节点的传输容量w1i的归一化值，w'2i为配电网中第i个节点的负荷重要度w2i的归一化值；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的传输容量w1i：
式中，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，ZPQ为配电网中PQ节点所构成的集合，pi为配电网中第i个节点的负荷功率；
在本发明的具体实施例中，节点传输容量是指流经某节点的潮流总和，节点传输容量越大，表明该节点在系统运行中的地位越重要。
按下式确定配电网中第i个节点的负荷重要度w2i：
式中，k1为配电网中一类负荷所占的比例，k2为配电网中二类负荷所占的比例，k3为配电网中三类负荷所占的比例，r1为配电网中一类负荷的等级系数，r2为配电网中二类负荷的等级系数，r3为配电网中三类负荷的等级系数。
在本发明提供的技术方案中，负荷重要性体现了不同用户对供电可靠性的要求，重要程度越高负荷(如一类负荷)中断供电可能造成严重的人身和设备事故。同一故障模式下，负荷重要性越高所造成的停电损失和社会影响就越大。节点负荷功率越大，节点电压等级越高，对应节点的重要度也越高。
因为电网邻接矩阵是基于稳态电网或正常运行条件下构建的，它考虑了节点在负荷供电方面的重要性，但却忽略了节点失效对整个系统安全性、可靠性的影响，而节点失效后，会极大冲击电网的运行状态，造成大规模潮流转移和电压波动，电网安全可靠运行应重点关注线路过载(加权潮流熵)、节点电压越限和电量损失度，因此，本发明以线路过载(加权潮流熵)、节点电压越限和电量损失度的加权值的和来度量配电网节点的优化系数，并利用配电网节点的优化系数修正配电网节点的重要度，以此提升配电网节点的重要度的计算准确性。具体的实施方式如下式所示：
按下式确定修正后配电网中第i个节点的重要度pr(i)：
pr(i)＝p'r(i)·η(i)
式中，p'r(i)为配电网中第i个节点的重要度，η(i)为配电网中第i个节点的优化系数；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的优化系数η(i)：
式中，λs为配电网的加权潮流熵对应的权重，λF为配电网的冲击效应对应的权重，
为配电网的节点电量损失度对应的权重，S'x,i为配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i的归一化值，Fi'为配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi的归一化值，E′i为配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei的归一化值；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i：
式中，βa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路数占配电网中总线路数的比例，c为第一预设常数，μa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路的平均负载率，a∈(1～τ)，τ为预先划分的负载率区间的总数；
在本发明的最佳实施例中，熵是用来描述系统离散性的函数，潮流熵可以对系统潮流分布的不均匀性进行定量分析，但未计及各区间线路的负载率对电网运行状态的影响，导致即便在潮流熵相同的情况下，电网的安全水平仍会因负载率的不同而不同。因此，结合潮流熵和平均负载率，定义加权潮流熵，加权潮流熵既能反映线路在不同区间的分布情况，也能在一定程度上考虑平均负载率对电网安全的影响。S'x,i越小，表明系统潮流分布越均匀，系统整体安全性较高；S'x,i越大，表明系统潮流分布越无序，部分线路负载率过高，甚至存在过载线路，系统整体安全性较差。一般定义线路负载率在30％以下为轻载，在30％～70％之间为正常，在70％～100％之间为重载，大于100％为过载。对于不同的网络结构，对重载的定义不同，例如对于辐射型、非典型接线负载率超过80％为重载；单环网超过50％负载率为重载；双环网超过75％负载率为重载；两供一备、三供一备线路超过80％负载率为重载；多分段两联络、多分段三联络超过67％负载率为重载。可以根据网络结构对负载率区间进行划分。若线路因母线失效而停运，则停运线路与过载的线路归于同一区间。
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi：
式中，U'g为配电网中第i个节点停运后配电网中第g个节点的电压幅值，
为配电网中第g个节点的初始电压幅值，
为配电网中第g个节点的额定电压幅值；g∈(1～N-1)，N-1为配电网中除第i个节点外的节点的总数；
在本发明的最佳实施例中，节点停运会造成系统无功的局部失衡，导致节点电压幅值波动，影响电网的静态电压稳定。Fi'越大，表明节点i停运对系统电压幅值的冲击越强，剩余节点发生电压越限的可能性越高，系统整体安全性越低。
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei：
Ei＝Oi·Ti
式中，Oi为配电网中第i个节点停运后单位时间引起的失负荷量，Ti为配电网中第i个节点停运的时间。
在本发明的最佳实施例中，节点停运会造成负荷和电量损失，负荷损失仅考虑了节点停运造成的停电范围，而电量损失即考虑停电范围，又考虑供电恢复时间。E′i越大，表明节点i停运后造成的缺供电量损失越大，节点i的重要性越高，其停运后系统整体的安全、可靠性越低。
具体的，所述步骤103，包括：
按下式确定配电网中第k条线路的重要度pr(k)：
式中，λL为负荷矩标准值对应的权重，
为线路电量损失度对应的权重，
为配电网中第k条线路的负荷矩标准值
的归一化值，E'k为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek的归一化值；
按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩标准值
式中，wkx为配电网中第k条线路下游节点的重要性指标，Lk为配电网中第k条线路的负荷矩度量值；
其中，按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩度量值Lk：
Lk＝Lck+Ldk
式中，Lck为配电网中第k条线路正常工作时的传输容量，Ldk为配电网中第k条线路的输送距离；
按下式确定为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek：
Ek＝Ok·Tk
式中，Ok为配电网中第k条线路停运后单位时间引起的失负荷量，Tk为配电网中第k条线路停运的时间。
在本发明的具体实施例中，计算某一参数的归一化值的方法可以为：
式中，w1i为某一参数值，min(w1i)为某一参数的预设最小值，max(w1i)为某一参数的预设最大值。
具体的，所述步骤104，包括：
按下式确定配电网健康指数HI：
式中，HIi为配电网中第i个节点的健康指数，pr(i)为修正后配电网中第i个节点的重要度，λN为配电网中节点的综合权重，HIk为配电网中第k条线路的健康指数，pr(k)为配电网中第k条线路的重要度，λM为配电网中线路的综合权重，i∈(1～N)，N为配电网中节点的总数，k∈(1～M)，M为配电网中线路的总数。
在本发明的具体实施例中，以IEEE 33-bus配电系统进行算例验证，系统参数采用标准数据。该系统有33个常规节点，37条支路(其中5条联络线支路)，11个开关节点(包括1个断路器开关节点，5个联络线开关节点和6个负荷开关节点)，额定电压12.66kV，总负荷3720+j2300kvar。
把每个带有负荷的节点看成是配电变压器节点，并假设各节点的负荷重要性是一样的，则该系统的健康指数计算结果，各节点的重要度，各支路的贡献度以及各类设备的健康指数数值分别如图2～图4和表1～表3所示。其中，表1示出了IEEE 33-bus配电系统配变节点的健康指数，表二示出了IEEE 33-bus配电系统线路的健康指数，表3示出了IEEE 33-bus配电系统开关节点的健康指数。
由计算结果可知：
如图2所示，仅考虑正常运行条件下节点本身的重要性，该系统的健康指数为2.2952，考虑N-1停运后(某节点停运后)的供电安全性和可靠性后，该馈线的健康指数为2.2916，说明该系统处于一般缺陷水平。由于该系统未与系统外线路联络，因此考虑N-1停运后，系统的总体健康水平有所下降。
如图3所示，节点的传输容量越大，节点的分支越多，则节点的重要度越高，因此电源节点1,2,3的重要度是最高的。
考虑节点失效对整个系统安全性、可靠性的影响后，某些节点的重要度发生了明显的变化，比如电源节点1,2,3的重要度升高了，主要原因是该系统只与自身联络，所以在N-1情况下，一旦电源节点停运，整条线路负荷都将停电，但节点3的重要度升高幅度较小，是因为节点3停运情况下，通过负荷转供恢复部分负荷的供电。
如图4所示，传输容量大的线路其对整个系统健康的贡献度就越大，考虑节点失效对整个系统安全性、可靠性的影响后，线路1:2的贡献度提高了，即在线路1:2的贡献度不变的情况下，其他线路的贡献度都降低了，主要原因是该系统未与其他线路联络，在该线路停运的情况下，造成了该系统负荷全部停电。其中，N-1停运后的节点的PageRank值为N-1停运后的节点的重要度。
表1
表2
表3
本发明提供的技术方案，不仅考虑了节点的局部特性和全局特性对配电网健康指数计算的影响，同时也考虑了正常运行状态和故障状态下节点的重要性，在工程应用中具有重要的意义和参考价值。
本发明提供一种配电网健康指数计算系统，如图4所示，所述系统包括：
第一确定模块，用于根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；
修正模块，用于根据配电网中各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；
第二确定模块，用于根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；
第三确定模块，用于根据修正后的配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数。
具体的，所述第一确定模块，包括：
初始化单元，用于初始化迭代次数l＝1，配电网中各节点的重要度均为
计算单元，用于根据改进的PageRank算法计算第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
输出单元，用于判断当前迭代次数l＝Ψ是否成立；若是，则输出当前迭代次数l对应的配电网各节点重要度序列；否则，令l＝l+1，并返回步骤b；
其中，N为配电网中节点的总数，Ψ为预先设置的最大迭代次数。
进一步的，所述计算单元，用于：
按下式确定第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，ηχ为第一预设权重，
为第二预设权重，且
为仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列，
为仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
其中，按下式确定仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，sij为配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，
为仅考虑配电网各节点出度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，α为改进的PageRank算法的阻尼系数；
按下式确定仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，Din(j)为配电网中第j个节点的入度，
为仅考虑配电网各节点入度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，i,j∈(1～N)。
再进一步的，按下式求解配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度sij：
式中，Wi为配电网中第i个节点的权重，S'p为配电网一次修正后的邻接矩阵，Sp为配电网的邻接矩阵；
其中，按下式确定配电网一次修正后的邻接矩阵S'p：
式中，s′ij为配电网一次修正后的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点间的效用依存程度，其中，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第i个节点向第j个节点传输功率时，s′ij＝fij，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第j个节点向第i个节点传输功率时，s′ij＝-fij，当配电网中第i个节点与第j个节点无联络线或配电网中第i个节点与第j个节点为同一节点时，s′ij＝0，fij为配电网中线路ij上的功率值。
进一步的，按下式确定配电网中第i个节点的权重Wi：
Wi＝λ1·w′1i+λ2·w'2i
式中，λ1为配电网中第i个节点的传输容量对应的权重，λ2为配电网中第i个节点的负荷重要度对应的权重，w′1i为配电网中第i个节点的传输容量w1i的归一化值，w'2i为配电网中第i个节点的负荷重要度w2i的归一化值；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的传输容量w1i：
式中，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，ZPQ为配电网中PQ节点所构成的集合，pi为配电网中第i个节点的负荷功率；
按下式确定配电网中第i个节点的负荷重要度w2i：
式中，k1为配电网中一类负荷所占的比例，k2为配电网中二类负荷所占的比例，k3为配电网中三类负荷所占的比例，r1为配电网中一类负荷的等级系数，r2为配电网中二类负荷的等级系数，r3为配电网中三类负荷的等级系数。
具体的，所述修正模块，用于：
按下式确定修正后配电网中第i个节点的重要度pr(i)：
pr(i)＝p'r(i)·η(i)
式中，p'r(i)为配电网中第i个节点的重要度，η(i)为配电网中第i个节点的优化系数；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的优化系数η(i)：
式中，λs为配电网的加权潮流熵对应的权重，λF为配电网的冲击效应对应的权重，
为配电网的节点电量损失度对应的权重，S'x,i为配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i的归一化值，Fi'为配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi的归一化值，E′i为配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei的归一化值；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i：
式中，βa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路数占配电网中总线路数的比例，c为第一预设常数，μa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路的平均负载率，a∈(1～τ)，τ为预先划分的负载率区间的总数；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi：
式中，U'g为配电网中第i个节点停运后配电网中第g个节点的电压幅值，
为配电网中第g个节点的初始电压幅值，
为配电网中第g个节点的额定电压幅值；g∈(1～N-1)，N-1为配电网中除第i个节点外的节点的总数；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei：
Ei＝Oi·Ti
式中，Oi为配电网中第i个节点停运后单位时间引起的失负荷量，Ti为配电网中第i个节点停运的时间。
具体的，所述第二确定模块，用于：
按下式确定配电网中第k条线路的重要度pr(k)：
式中，λL为负荷矩标准值对应的权重，
为线路电量损失度对应的权重，
为配电网中第k条线路的负荷矩标准值
的归一化值，E'k为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek的归一化值；
按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩标准值
式中，wkx为配电网中第k条线路下游节点的重要性指标，Lk为配电网中第k条线路的负荷矩度量值；
其中，按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩度量值Lk：
Lk＝Lck+Ldk
式中，Lck为配电网中第k条线路正常工作时的传输容量，Ldk为配电网中第k条线路的输送距离；
按下式确定为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek：
Ek＝Ok·Tk
式中，Ok为配电网中第k条线路停运后单位时间引起的失负荷量，Tk为配电网中第k条线路停运的时间。
具体的，所述第三确定模块，用于：
按下式确定配电网健康指数HI：
式中，HIi为配电网中第i个节点的健康指数，pr(i)为修正后配电网中第i个节点的重要度，λN为配电网中节点的综合权重，HIk为配电网中第k条线路的健康指数，pr(k)为配电网中第k条线路的重要度，λM为配电网中线路的综合权重，i∈(1～N)，N为配电网中节点的总数，k∈(1～M)，M为配电网中线路的总数。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (16)
1.一种配电网健康指数计算方法，其特征在于，所述方法包括：
根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；
根据配电网中各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；
根据各线路修正的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；
根据修正后的配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度，包括：
步骤a：初始化迭代次数l＝1，配电网中各节点的重要度均为
步骤b根据改进的PageRank算法计算第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
步骤c:判断当前迭代次数l＝Ψ是否成立；若是，则输出当前迭代次数l对应的配电网各节点重要度序列；否则，令l＝l+1，并返回步骤b；
其中，N为配电网中节点的总数，Ψ为预先设置的最大迭代次数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b，包括：
按下式确定第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，ηχ为第一预设权重，
为第二预设权重，且
为仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列，
为仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
其中，按下式确定仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，sij为配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，
为仅考虑配电网各节点出度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，α为改进的PageRank算法的阻尼系数；
按下式确定仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，Din(j)为配电网中第j个节点的入度，
为仅考虑配电网各节点入度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，i,j∈(1～N)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按下式求解配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度sij：
式中，Wi为配电网中第i个节点的权重，S'p为配电网一次修正后的邻接矩阵，Sp为配电网的邻接矩阵；
其中，按下式确定配电网一次修正后的邻接矩阵S'p：
式中，s'ij为配电网一次修正后的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点间的效用依存程度，其中，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第i个节点向第j个节点传输功率时，s'ij＝fij，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第j个节点向第i个节点传输功率时，s'ij＝-fij，当配电网中第i个节点与第j个节点无联络线或配电网中第i个节点与第j个节点为同一节点时，s'ij＝0，fij为配电网中线路ij上的功率值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按下式确定配电网中第i个节点的权重Wi：
Wi＝λ1·w'1i+λ2·w'2i
式中，λ1为配电网中第i个节点的传输容量对应的权重，λ2为配电网中第i个节点的负荷重要度对应的权重，w'1i为配电网中第i个节点的传输容量w1i的归一化值，w'2i为配电网中第i个节点的负荷重要度w2i的归一化值；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的传输容量w1i：
式中，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，ZPQ为配电网中PQ节点所构成的集合，pi为配电网中第i个节点的负荷功率；
按下式确定配电网中第i个节点的负荷重要度w2i：
式中，k1为配电网中一类负荷所占的比例，k2为配电网中二类负荷所占的比例，k3为配电网中三类负荷所占的比例，r1为配电网中一类负荷的等级系数，r2为配电网中二类负荷的等级系数，r3为配电网中三类负荷的等级系数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据配电网的各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度，包括：
按下式确定修正后配电网中第i个节点的重要度pr(i)：
pr(i)＝p'r(i)·η(i)
式中，p'r(i)为配电网中第i个节点的重要度，η(i)为配电网中第i个节点的优化系数；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的优化系数η(i)：
式中，λs为配电网的加权潮流熵对应的权重，λF为配电网的冲击效应对应的权重，
为配电网的节点电量损失度对应的权重，S'x,i为配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i的归一化值，Fi'为配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi的归一化值，E'i为配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei的归一化值；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i：
式中，βa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路数占配电网中总线路数的比例，c为第一预设常数，μa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路的平均负载率，a∈(1～τ)，τ为预先划分的负载率区间的总数；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi：
式中，U'g为配电网中第i个节点停运后配电网中第g个节点的电压幅值，
为配电网中第g个节点的初始电压幅值，
为配电网中第g个节点的额定电压幅值；g∈(1～N-1)，N-1为配电网中除第i个节点外的节点的总数；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei：
Ei＝Oi·Ti
式中，Oi为配电网中第i个节点停运后单位时间引起的失负荷量，Ti为配电网中第i个节点停运的时间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度，包括：
按下式确定配电网中第k条线路的重要度pr(k)：
式中，λL为负荷矩标准值对应的权重，
为线路电量损失度对应的权重，
为配电网中第k条线路的负荷矩标准值
的归一化值，E'k为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek的归一化值；
按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩标准值
式中，wkx为配电网中第k条线路下游节点的负荷重要性指标，Lk为配电网中第k条线路的负荷矩度量值；
其中，按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩度量值Lk：
Lk＝Lck+Ldk
式中，Lck为配电网中第k条线路正常工作时的传输容量，Ldk为配电网中第k条线路的输送距离；
按下式确定为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek：
Ek＝Ok·Tk
式中，Ok为配电网中第k条线路停运后单位时间引起的失负荷量，Tk为配电网中第k条线路停运的时间。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据修正后配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数，包括：
按下式确定配电网健康指数HI：
式中，HIi为配电网中第i个节点的健康指数，pr(i)为修正后配电网中第i个节点的重要度，λN为配电网中节点的综合权重，HIk为配电网中第k条线路的健康指数，pr(k)为配电网中第k条线路的重要度，λM为配电网中线路的综合权重，i∈(1～N)，N为配电网中节点的总数，k∈(1～M)，M为配电网中线路的总数。
9.一种配电网健康指数计算系统，其特征在于，所述系统包括：
第一确定模块，用于根据改进的PageRank算法确定配电网中各节点的重要度；
修正模块，用于根据配电网的各节点的优化系数修正配电网中各节点的重要度；
第二确定模块，用于根据各线路的负荷矩标准值确定配电网中各线路的重要度；
第三确定模块，用于根据修正后配电网中各节点的重要度和配电网中各线路的重要度确定配电网健康指数。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块，包括：
初始化单元，用于初始化迭代次数l＝1，配电网中各节点的重要度均为
计算单元，用于根据改进的PageRank算法计算第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
输出单元，用于判断当前迭代次数l＝Ψ是否成立；若是，则输出当前迭代次数l对应的配电网各节点重要度序列；否则，令l＝l+1，并返回步骤b；
其中，N为配电网中节点的总数，Ψ为预先设置的最大迭代次数。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述计算单元，用于：
按下式确定第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，ηχ为第一预设权重，
为第二预设权重，且
为仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列，
为仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列；
其中，按下式确定仅考虑配电网各节点出度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，sij为配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，
为仅考虑配电网各节点出度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，α为改进的PageRank算法的阻尼系数；
按下式确定仅考虑配电网各节点入度时第l次迭代对应的配电网各节点重要度序列
式中，Din(j)为配电网中第j个节点的入度，
为仅考虑配电网各节点入度时第l-1次迭代对应的配电网各节点重要度序列，i,j∈(1～N)。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，按下式求解配电网的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点之间的效用依存程度sij：
式中，Wi为配电网中第i个节点的权重，S'p为配电网一次修正后的邻接矩阵，Sp为配电网的邻接矩阵；
其中，按下式确定配电网一次修正后的邻接矩阵S'p：
式中，s'ij为配电网一次修正后的邻接矩阵中第i个节点与第j个节点间的效用依存程度，其中，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第i个节点向第j个节点传输功率时，s'ij＝fij，当配电网中第i个节点与第j个节点之间有联络线时且配电网中第j个节点向第i个节点传输功率时，s'ij＝-fij，当配电网中第i个节点与第j个节点无联络线或配电网中第i个节点与第j个节点为同一节点时，s'ij＝0，fij为配电网中线路ij上的功率值。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，按下式确定配电网中第i个节点的权重Wi：
Wi＝λ1·w'1i+λ2·w'2i
式中，λ1为配电网中第i个节点的传输容量对应的权重，λ2为配电网中第i个节点的负荷重要度对应的权重，w'1i为配电网中第i个节点的传输容量w1i的归一化值，w'2i为配电网中第i个节点的负荷重要度w2i的归一化值；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的传输容量w1i：
式中，DO(i)为配电网中第i个节点的出度，ZPQ为配电网中PQ节点所构成的集合，pi为配电网中第i个节点的负荷功率；
按下式确定配电网中第i个节点的负荷重要度w2i：
式中，k1为配电网中一类负荷所占的比例，k2为配电网中二类负荷所占的比例，k3为配电网中三类负荷所占的比例，r1为配电网中一类负荷的等级系数，r2为配电网中二类负荷的等级系数，r3为配电网中三类负荷的等级系数。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述修正模块，用于：
按下式确定修正后配电网中第i个节点的重要度pr(i)：
pr(i)＝p'r(i)·η(i)
式中，p'r(i)为配电网中第i个节点的重要度，η(i)为配电网中第i个节点的优化系数；
其中，按下式确定配电网中第i个节点的优化系数η(i)：
式中，λs为配电网的加权潮流熵对应的权重，λF为配电网的冲击效应对应的权重，
为配电网的节点电量损失度对应的权重，S'x,i为配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i的归一化值，Fi'为配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi的归一化值，E'i为配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei的归一化值；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的加权潮流熵Sx,i：
式中，βa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路数占配电网中总线路数的比例，c为第一预设常数，μa为负载率处于第a个预先划分的负载率区间内的线路的平均负载率，a∈(1～τ)，τ为预先划分的负载率区间的总数；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的冲击效应Fi：
式中，U'g为配电网中第i个节点停运后配电网中第g个节点的电压幅值，
为配电网中第g个节点的初始电压幅值，
为配电网中第g个节点的额定电压幅值；g∈(1～N-1)，N-1为配电网中除第i个节点外的节点的总数；
按下式确定配电网中第i个节点停运后配电网的电量损失度Ei：
Ei＝Oi·Ti
式中，Oi为配电网中第i个节点停运后单位时间引起的失负荷量，Ti为配电网中第i个节点停运的时间。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二确定模块，用于：
按下式确定配电网中第k条线路的重要度pr(k)：
式中，λL为负荷矩标准值对应的权重，
为线路电量损失度对应的权重，
为配电网中第k条线路的负荷矩标准值
的归一化值，E'k为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek的归一化值；
按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩标准值
式中，wkx为配电网中第k条线路下游节点的负荷重要性指标，Lk为配电网中第k条线路的负荷矩度量值；
其中，按下式确定配电网中第k条线路的负荷矩度量值Lk：
Lk＝Lck+Ldk
式中，Lck为配电网中第k条线路正常工作时的传输容量，Ldk为配电网中第k条线路的输送距离；
按下式确定为配电网中第k条线路停运后的电量损失度Ek：
Ek＝Ok·Tk
式中，Ok为配电网中第k条线路停运后单位时间引起的失负荷量，Tk为配电网中第k条线路停运的时间。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第三确定模块，用于：
按下式确定配电网健康指数HI：
式中，HIi为配电网中第i个节点的健康指数，pr(i)为修正后配电网中第i个节点的重要度，λN为配电网中节点的综合权重，HIk为配电网中第k条线路的健康指数，pr(k)为配电网中第k条线路的重要度，λM为配电网中线路的综合权重，i∈(1～N)，N为配电网中节点的总数，k∈(1～M)，M为配电网中线路的总数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911391054.4A CN111191927A (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种配电网健康指数计算方法和系统 |
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|---|---|---|---|
| CN201911391054.4A CN111191927A (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种配电网健康指数计算方法和系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252348A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-13 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种隧道掘进机主驱动轴承动态性能测试评估方法 |
-
2019
- 2019-12-30 CN CN201911391054.4A patent/CN111191927A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN113252348A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-13 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种隧道掘进机主驱动轴承动态性能测试评估方法 |
| CN113252348B (zh) * | 2021-05-13 | 2023-12-12 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种隧道掘进机主驱动轴承动态性能测试评估方法 |
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