CN112491096B - 一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统 - Google Patents

一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112491096B
CN112491096B CN202011124657.0A CN202011124657A CN112491096B CN 112491096 B CN112491096 B CN 112491096B CN 202011124657 A CN202011124657 A CN 202011124657A CN 112491096 B CN112491096 B CN 112491096B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
nodes
power grid
topological structure
determining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011124657.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112491096A (zh
Inventor
陈兴雷
黄彦浩
文晶
李文臣
张开宇
徐希望
赵敏
孙璐
李芳�
王甜婧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI, State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202011124657.0A priority Critical patent/CN112491096B/zh
Publication of CN112491096A publication Critical patent/CN112491096A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112491096B publication Critical patent/CN112491096B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统，包括：对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征；根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构；基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构；基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例。本发明能够迅速高效地生成海量电网仿真分析算例，避免了现存人工构造算例的局限性。

Description

一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统仿真技术领域，并且更具体地，涉及一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统。
背景技术
电网仿真计算广泛应用于电网运行、规划、设计等领域，是电网的一项基础性支撑技术。电网仿真计算本质上是大规模代数-微分方程组的求解过程，其研究工作主要包括对电力系统元件的建模和对模型求解方法的探索。随着我国电网的发展，越来越多的新型电气设备加入电力系统，对电网元件建模提出新要求。同时，由于代数-微分方程组的不断扩大，也使得相关求解方法的研究日益迫切。电力网络元件建模及潮流求解方法，最终都需要通过实际计算来验证其准确性和适用性。与此同时，针对我国电网发展需要所提出的各类电网运行控制措施、规划设计方法等关键技术，往往也需要基于仿真算例进行分析研究和效果验证，之后才有可能逐步实际应用。
长期以来，与电网仿真相关的验证计算主要采用的算例系统包括两类，一类是能够公开获得的、被广泛采用的经典算例系统。这些算例比较成熟，能够比较方便地与旧有结果进行比较，比如WEPRI-36节点系统、IEEE算例系统等。这类算例系统的问题主要包含两方面：1)系统特性与验证的技术内容不一定适合。由于这些经济算例都相对老旧，因此针对某一新的技术内容，可能本质上无法进行有效验证；2)系统规模太小，复杂度不够，无法使用大电网应用环境。经典算例的规模很少有超过1000节点的，而我国电网主网架已达5万节点，省网通常也有数千节点。以基于仅有数十或者数百节点的算例电网分析研究得到的结果，来说明研究成果对数千乃至数万节点电网的适用性，是很难有说服力的。一方面，小算例上得到的研究成果在时间大电网应用时误差可能会被放大到无法接受；另一方面，也可能受限于小算例的简单特性，导致研究结果对时间内大电网系统不适用。
另一类算例系统是直接采用实际电网数据，这些算例系统对研究具有实际意义，但也存在两个方面的问题：1)实际系统数据有高度的保密性，一般的研究团队，特别是高效很难获得。即使获得，也很难在不同研究团队间进行数据共享，不能基于同意以数据开展方法比较工作；2)实际系统的变化范围可能比较复杂，潮流收敛也可能比较困难，因此基于实际系统产生人工智能技术研究所需的样本集会有一定的困难。
此外，随着人工智能技术在电网仿真分析领域相关研究的逐步开展，对电网算例样本数据的需求也越来越迫切，一方面，大多数人工智能模型的训练都需要海量样本驱动，典型的如深度学习方法；另一方面，为了避免模型的过拟合和其拟合，对于样本的分布也有一定的要求。同时针对不同的电网仿真分析问题，所需准备的样本集合也具有不同的特点。
上述问题对电力系统仿真分析技术研究的影响日益严重，特别对于高校和电力系统外科研单位的影响较大，使得许多研究难以开展或相应成果无法实际应用，妨碍了整个学科的发展，也限制了大电网运行技术水平的提升。
发明内容
本发明提出一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统，以解决如何快速地生成电网仿真分析算例的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于生成电网仿真分析算例的方法，所述方法包括：
对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征；
确定需求的电网仿真分析算例的总节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构；
基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构；
基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例。
优选地，其中所述实际电网的拓扑结构特征，包括：网络的节点总数、网络的平均度、网络的聚类系数和网络的平均路径。
优选地，其中所述对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征，包括：
计算所述实际电网的每个节点的度数的平均值作为网络的平均度；其中，对于任一个节点，与该节点连接的其他节点的总数为该节点的度数；
利用如下公式确定网络的聚类系数，包括：
Ci＝2Ei/(ki(ki-1))，
其中，Ci为节点i的聚类系数；ki为与节点i相邻的节点数，节点i和其相邻的节点之间的边数最大值为ki(ki-1)/2；Ei为节点i和其相邻的节点之间的实际边数；
利用如下公式确定网络的平均路径，包括：
其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数。
优选地，其中所述利用如下方式按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，包括：
计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新。
优选地，其中所述基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例，包括：
根据总节点数随机生成电网节点地理分布图，根据所述最终拓扑结构中所有节点的连接关系对所述电网节点地理分布图中的节点进行顺次连接，并计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路的支路阻抗值；
根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定发电机节点的有功出力，根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数的乘积确定发电机节点的无功出力；
将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力；
按照预设的负荷节点概率阈值基于均匀分布的原则确定负荷节点，并在基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机确定每个负荷节点的有功出力和无功出力；
根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定所述电网仿真分析算例。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于生成电网仿真分析算例的系统，所述系统包括：
拓扑结构特征确定单元，用于对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征；
初始的拓扑结构获取单元，用于确定需求的电网仿真分析算例的总节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构；
最终拓扑结构确定单元，用于基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构；
电网仿真分析算例生成单元，用于基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例。
优选地，其中所述实际电网的拓扑结构特征，包括：网络的节点总数、网络的平均度、网络的聚类系数和网络的平均路径。
优选地，其中所述拓扑结构特征确定单元，对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征，包括：
计算所述实际电网的每个节点的度数的平均值作为网络的平均度；其中，对于任一个节点，与该节点连接的其他节点的总数为该节点的度数；
利用如下公式确定网络的聚类系数，包括：
Ci＝2Ei/(ki(ki-1))，
其中，Ci为节点i的聚类系数；ki为与节点i相邻的节点数，节点i和其相邻的节点之间的边数最大值为ki(ki-1)/2；Ei为节点i和其相邻的节点之间的实际边数；
利用如下公式确定网络的平均路径，包括：
其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数。
优选地，其中所述最终拓扑结构确定单元，利用如下方式按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，包括：
计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新。
优选地，其中所述电网仿真分析算例生成单元，基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例，包括：
根据总节点数随机生成电网节点地理分布图，根据所述最终拓扑结构中所有节点的连接关系对所述电网节点地理分布图中的节点进行顺次连接，并计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路阻抗值；
根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定发电机节点的有功出力，根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数的乘积确定发电机节点的无功出力；
将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力；
按照预设的负荷节点概率阈值基于均匀分布的原则确定负荷节点，并在基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机确定每个负荷节点的有功出力和无功出力；
根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定所述电网仿真分析算例。
本发明提供了一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统，基于提取的真实电网的拓扑特征生成电网仿真分析算例的拓扑结构，使其更接近真实电网的拓扑结构；对生成的拓扑结构的电气参数进行赋值，使生成的电网仿真分析算例潮流收敛，能够服务于电力系统领域的研究；本发明能够通过计算机迅速高效地生成海量能够用于电力系统研究的电网仿真分析算例，避免了现存人工构造算例的局限性，解决了其算例数量少和算例规模小的问题；通过本发明得到的电网仿真分析算例能够极大的促进电力系统潮流计算和稳定性控制等研究，将为电力系统仿真分析机理研究和人工智能研究提供强大的助力，能够推动电网运行控制措施、规划设计等关键技术的快速实际应用。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的用于生成电网仿真分析算例的方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的随机网络生成的示例图；
图3为根据本发明实施方式的电网节点地理连接线的示例图；
图4为根据本发明实施方式的生成的36节点的电网仿真分析算例的拓扑结构图；
图5为根据本发明实施方式的生成的59节点的电网仿真分析算例的拓扑结构图；
图6为根据本发明实施方式的用于生成电网仿真分析算例的系统600的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的用于生成电网仿真分析算例的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的用于生成电网仿真分析算例的方法，基于提取的真实电网的拓扑特征生成电网仿真分析算例的拓扑结构，使其更接近真实电网的拓扑结构；对生成的拓扑结构的电气参数进行赋值，使生成的电网仿真分析算例潮流收敛，能够服务于电力系统领域的研究；本发明能够通过计算机迅速高效地生成海量能够用于电力系统研究的电网仿真分析算例，避免了现存人工构造算例的局限性并解决了其算例数量少和算例规模小的问题；通过本发明得到的电网仿真分析算例能够极大的促进电力系统潮流计算和稳定性控制等研究，将为电力系统仿真分析机理研究和人工智能研究提供强大的助力，能够推动电网运行控制措施、规划设计等关键技术的快速实际应用。本发明实施方式提供的用于生成电网仿真分析算例的方法100，从步骤101处开始，在步骤101对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征。
优选地，其中所述实际电网的拓扑结构特征，包括：网络的节点总数、网络的平均度、网络的聚类系数和网络的平均路径。
优选地，其中所述对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征，包括：
计算所述实际电网的每个节点的度数的平均值作为网络的平均度；其中，对于任一个节点，与该节点连接的其他节点的总数为该节点的度数；
利用如下公式确定网络的聚类系数，包括：
Ci＝2Ei/(ki(ki-1))，
其中，Ci为节点i的聚类系数；ki为与节点i相邻的节点数，节点i和其相邻的节点之间的边数最大值为ki(ki-1)/2；Ei为节点i和其相邻的节点之间的实际边数；
利用如下公式确定网络的平均路径，包括：
其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数。
本发明实施方式的电网仿真分析算例生成包括电网仿真分析算例的拓扑结构的生成与电气参数的赋值两部分。所述拓扑结构的生成与电气参数的赋值是电网仿真分析算例构成的基础。
电网仿真分析算例的拓扑结构的生成与实际电网的拓扑结构特征相关。因此，需要对有对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征。其中，实际电网的拓扑结构特征包括：网络节点数，网络的平均度，网络的聚类系数，网络的平均路径。其中，对于网络中的任一个节点，该节点的度为与该节点连接的其他节点的数目，一个节点的度越大意味着这个节点在某种意义上来说越重要。
在本发明中，网络的平均度为所有节点的度数的平均值。
网络的聚类系数表征节点的聚集效应。一般地，对于网络中的任意一个节点i，对于与其相邻的ki个节点，最多可能有ki(ki-1)/2条边。它们实际构成的边数Ei和总的可能的边数ki(ki-1)/2之比即为节点i的聚类系数Ci，即Ci＝2Ei/(ki(ki-1))。
网络的平均路径长度L为任意两个节点之间的距离的平均值，利用公式计算得到，其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数。
在步骤102，确定需求的电网仿真分析算例的总节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构。
在本发明的实施方式中，根据实际需求来确定电网仿真分析算例的总结点数和初始节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，生成一个随机连接的小的拓扑作为初始的拓扑结构。
在步骤103，基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构。
优选地，其中所述利用如下方式按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，包括：
计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新。
在本发明的实施方式中，基于初始的拓扑结构，通过增加新的节点来扩展网络拓扑结构，以确定最终的拓扑结构。由于改变初始节点数N0和每次增加的节点数k，可以改变生成的网络拓扑的结构，从而改变生成的网络拓扑结构的聚类系数，平均度和度分布等复杂网络特性。为了使得生成算例的拓扑评估指标与现有电网指标近似相等，需要基于实际电网的拓扑结构特征和总节点数确定约束条件，并确定满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构。
本发明通过计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新。其中，在增加节点时，新增加的节点更优先连在具有更大的度的已有节点上，新增节点连接到已有节点的概率按当前的拓扑结构中已有节点的度均匀分布。即新增的节点按一定概率随机连接到已有的某一个节点上，这个概率的计算方式是按已有节点的度进行均匀分配，即认为度越大的已有节点在网络中的地位越重要，所以新增节点会以更大的概率连接到这样的节点上。例如，若现有的节点数为五，他们的度分别为2,1,1,1,1，则对于新增节点，可能连接到这五个节点的概率为[1/3,1/6,1/6,1/6,1/6]，则按此概率随机地确定连接节点，并让新增节点连接到已有的节点上。
在步骤104，基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例。
优选地，其中所述基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例，包括：
根据总节点数随机生成电网节点地理分布图，根据所述最终拓扑结构中所有节点的连接关系对所述电网节点地理分布图中的节点进行顺次连接，并计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路的支路阻抗值；
根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定发电机节点的有功出力，根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数的乘积确定发电机节点的无功出力；
将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力；
按照预设的负荷节点概率阈值基于均匀分布的原则确定负荷节点，并在基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机确定每个负荷节点的有功出力和无功出力；
根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定所述电网仿真分析算例。
电气参数的赋值是为了确定一个完整的电网仿真分析算例所需要的各种电气参数，其中电气参数包括但不限于：发电机的有功出力和无功出力，变压器的等效阻抗，输电线路的阻抗以及负荷的有功出力和无功出力。
在本发明的实施方式中，输电线路阻抗的赋值方法为：首先随机生成一个电网节点地理分布图，即将所有节点随机安放在边长为a千米的正方形内；然后，根据获取的最终拓扑结构中节点的连接关系将所有节点顺次连接，用由此产生的两节点间的距离模拟电网节点间实际距离；最后，计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路的支路阻抗值。输电线路的阻抗正比于距离，预设的输电线路单位长度的阻抗根据常用输电线的典型阻抗参数确定。以图3为例，对于想要生成的30节点电网算例，设置边长a＝100，即假定该电网的所有节点均分布在100km×100km的实际地理区域内，用图中两个节点的距离表示电网节点的地理距离l。恰当选定输电线路单位长度的阻抗后，用该距离乘以单位长度的阻抗，即可得到生成的电网仿真分析算例中该支路的阻抗值。
在本发明中，发电机节点的选定基于均匀分布，根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点。发电机的有功出力的选取方法为按实际电网中发电机典型参数选取。发电机的无功出力的选取方法为根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数k0的乘积确定发电机节点的无功出力。其中，k0根据电网运行和维护经验可以选取为0.8。
另外，在确定了发电机节点后，将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力。
在本发明中，负荷节点的选定基于均匀分布，负荷节点按20％概率在所有节点上随机生成。负荷有功出力和无功出力按照基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机选取。
最终，根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定电网仿真分析算例。
本发明能够基于实际电网数据和相关电网特性分析结果，结合电力系统规划、运行的知识经验以及电网仿真模型和典型参数，构建数百至上千节点规模的电网仿真分析算例。
在本发明实施例中，根据给定的节点数生成的电网仿真分析算例的随机拓扑图如图2所示，用于生成算例的地理连接图如图3所示。根据图3对的线路参数进行赋值，最后对其它电气参数进行赋值，最终得到电网仿真分析算例。
本发明在30节点的电网仿真分析算例的网络拓扑结构的生成过程中，选择初始节点数为5，每次新增的节点数为1。新增节点联结到已有节点的概率按已有节点的度均匀分布。同时，所述算例中生成的30节点算例的发电机节点个数与已有IEEE-30标准算例的发电机节点个数选择为一致。发电机节点为6个，如图2中圆形节点所示。为接近实际工程，发电机节点优先安置在度为1的节点上。变压器的有功出力和无功出力按实际电网中典型发电机组参数进行赋值。进一步的，为使算例潮流分布更接近于真实电网潮流分布，在对输电线路阻抗的赋值过程中，输电线路的长度由本专利所述算法随机生成，输电线路单位长度的阻抗选择为实际电网中典型输电线路的参数。对于负荷分布，由于电网中负荷节点大致占比为60％，因此在本例中，负荷节点按60％的概率随机生成在各个节点上，最终生成的带有负荷的节点为19个，如图2中深度节点所示。并且所有负荷的有功出力和无功出力的大小从以0到2倍的基准功率确定的区间范围内按均匀分布选取。发电机有功出力选取方法为按实际电网中发电机典型参数选取。发电机无功出力选取方法为其有功出力值的0.8倍。
在本发明实施例中，基于生成的30节点的算例进行验证，通过生成电网仿真分析算例的拓扑结构和电气参数赋值，生成了30节点的仿真分析算例。通过与IEEE-30标准算例的参数进行对比，验证了本方法生成电网仿真分析算例的有效性。生成的电网仿真分析算例的各类复杂网络统计规律，与IEEE-30经典算例基本保持一致，说明了生成方案的有效性和可靠性。
另外，生成的36节点的电网仿真分析算例的拓扑结构和生成的59节点的电网仿真分析算例的拓扑结构分别如图4和图5所示。其生成方法和生成30节点的电网仿真分析算例的拓扑结构的方法的原理相同。
本发明通过已有电网特性参数来指导随机拓扑电网仿真分析算例的生成，使生成的仿真分析算例更加接近实际电网，算例的潮流分布情况与实际电网潮流分布一致。在生成算例的拓扑结构时参考了复杂网络理论的相关概念，生成了具有复杂网络特性的电网拓扑。对于电气参数的赋值，选取实际电网中典型发电机组进行赋值，使得算例能够更好地反映实际电网特性，生成的算例具有很高的可靠性和有效性。
图6为根据本发明实施方式的用于生成电网仿真分析算例的系统600的结构示意图。如图6所示，本发明实施方式提供的用于生成电网仿真分析算例的系统600，包括：拓扑结构特征确定单元601、初始的拓扑结构获取单元602、最终拓扑结构确定单元603和电网仿真分析算例生成单元604。
优选地，所述拓扑结构特征确定单元601，用于对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征。
优选地，其中所述实际电网的拓扑结构特征，包括：网络的节点总数、网络的平均度、网络的聚类系数和网络的平均路径。
优选地，其中所述拓扑结构特征确定单元601，对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征，包括：
计算所述实际电网的每个节点的度数的平均值作为网络的平均度；其中，对于任一个节点，与该节点连接的其他节点的总数为该节点的度数；
利用如下公式确定网络的聚类系数，包括：
Ci＝2Ei/(ki(ki-1))，
其中，Ci为节点i的聚类系数；ki为与节点i相邻的节点数，节点i和其相邻的节点之间的边数最大值为ki(ki-1)/2；Ei为节点i和其相邻的节点之间的实际边数；
利用如下公式确定网络的平均路径，包括：
其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数。
优选地，所述初始的拓扑结构获取单元602，用于确定需求的电网仿真分析算例的总节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构。
优选地，所述最终拓扑结构确定单元603，用于基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构。
优选地，其中所述最终拓扑结构确定单元，利用如下方式按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，包括：
计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新。
优选地，所述电网仿真分析算例生成单元604，用于基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例。
优选地，其中所述电网仿真分析算例生成单元604，基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例，包括：
根据总节点数随机生成电网节点地理分布图，根据所述最终拓扑结构中所有节点的连接关系对所述电网节点地理分布图中的节点进行顺次连接，并计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路阻抗值；
根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定发电机节点的有功出力，根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数的乘积确定发电机节点的无功出力；
将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力；
按照预设的负荷节点概率阈值基于均匀分布的原则确定负荷节点，并在基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机确定每个负荷节点的有功出力和无功出力；
根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定所述电网仿真分析算例。
本发明的实施例的用于生成电网仿真分析算例的系统6与本发明的另一个实施例的用于生成电网仿真分析算例的方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
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 (2)

1.一种用于生成电网仿真分析算例的方法，其特征在于，所述方法包括：
对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征；
确定需求的电网仿真分析算例的总节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构；
基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构；
基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例；
所述实际电网的拓扑结构特征，包括：网络的节点总数、网络的平均度、网络的聚类系数和网络的平均路径；
所述对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征，包括：
计算所述实际电网的每个节点的度数的平均值作为网络的平均度；其中，对于任一个节点，与该节点连接的其他节点的总数为该节点的度数；
利用如下公式确定网络的聚类系数，包括：
Ci＝2Ei/(ki(ki-1))，
其中，Ci为节点i的聚类系数；ki为与节点i相邻的节点数，节点i和其相邻的节点之间的边数最大值为ki(ki-1)/2；Ei为节点i和其相邻的节点之间的实际边数；
利用如下公式确定网络的平均路径，包括：
其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数；
利用如下方式按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，包括：
计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新；
所述基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例，包括：
根据总节点数随机生成电网节点地理分布图，根据所述最终拓扑结构中所有节点的连接关系对所述电网节点地理分布图中的节点进行顺次连接，并计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路阻抗值；
根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定发电机节点的有功出力，根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数的乘积确定发电机节点的无功出力；
将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力；
按照预设的负荷节点概率阈值基于均匀分布的原则确定负荷节点，并在基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机确定每个负荷节点的有功出力和无功出力；
根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定所述电网仿真分析算例。
2.一种用于生成电网仿真分析算例的系统，其特征在于，所述系统包括：
拓扑结构特征确定单元，用于对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征；
初始的拓扑结构获取单元，用于确定需求的电网仿真分析算例的总节点数，并根据初始节点数随机进行拓扑结构的生成，以获取初始的拓扑结构；
最终拓扑结构确定单元，用于基于所述实际电网的拓扑结构特征和所述总节点数确定约束条件，并按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，直至更新后的拓扑结构的节点总数为所述总节点数时，确定当前的拓扑结构为满足所述约束条件的电网仿真分析算例对应的最终拓扑结构；
电网仿真分析算例生成单元，用于基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例；
所述实际电网的拓扑结构特征，包括：网络的节点总数、网络的平均度、网络的聚类系数和网络的平均路径；
所述拓扑结构特征确定单元，对实际电网的拓扑结构进行分析，确定所述实际电网的拓扑结构特征，包括：
计算所述实际电网的每个节点的度数的平均值作为网络的平均度；其中，对于任一个节点，与该节点连接的其他节点的总数为该节点的度数；
利用如下公式确定网络的聚类系数，包括：
Ci＝2Ei/(ki(ki-1))，
其中，Ci为节点i的聚类系数；ki为与节点i相邻的节点数，节点i和其相邻的节点之间的边数最大值为ki(ki-1)/2；Ei为节点i和其相邻的节点之间的实际边数；
利用如下公式确定网络的平均路径，包括：
其中，L为网络的平均路径；N为网络的节点总数；dij为节点i和节点j之间的距离，为连接节点i和节点j的最短路径上的边数；
所述最终拓扑结构确定单元，利用如下方式按照预设数量依次在当前的拓扑结构上增加节点，以对当前的拓扑结构进行更新，包括：
计算当前的拓扑结构中每个节点的度数，根据每个节点的度数基于均匀分布确定每个节点的连接概率，并根据每个节点的连接概率和预设数量随机地确定连接节点，并在确定的连接节点上增加新的节点，以对当前的拓扑结构进行更新；
所述电网仿真分析算例生成单元，基于所述最终拓扑结构进行节点和支路的电气参数的赋值，以生成所述电网仿真分析算例，包括：
根据总节点数随机生成电网节点地理分布图，根据所述最终拓扑结构中所有节点的连接关系对所述电网节点地理分布图中的节点进行顺次连接，并计算每组相连接的两个节点在所述电网节点地理分布图的距离和预设的输电线路单位长度的阻抗的乘积，以确定所述最终拓扑结构中任意的两个节点之间的支路阻抗值；
根据预设的发电机个数基于均匀分布的原则确定发电机节点，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定发电机节点的有功出力，根据发电机节点的有功出力和预设的有功无功比例系数的乘积确定发电机节点的无功出力；
将每个发电机节点和其相邻节点之间的支路作为变压器，并根据所述实际电网中发电机的典型参数确定变压器的有功出力和无功出力；
按照预设的负荷节点概率阈值基于均匀分布的原则确定负荷节点，并在基于基准功率确定的功率区间内按照均匀分布的原则随机确定每个负荷节点的有功出力和无功出力；
根据经过电气参数赋值的最终拓扑结构，确定所述电网仿真分析算例。
CN202011124657.0A 2020-10-20 2020-10-20 一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统 Active CN112491096B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011124657.0A CN112491096B (zh) 2020-10-20 2020-10-20 一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011124657.0A CN112491096B (zh) 2020-10-20 2020-10-20 一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112491096A CN112491096A (zh) 2021-03-12
CN112491096B true CN112491096B (zh) 2023-08-25

Family

ID=74926823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011124657.0A Active CN112491096B (zh) 2020-10-20 2020-10-20 一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112491096B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114676569B (zh) * 2022-03-24 2023-03-24 中国电力科学研究院有限公司 电网仿真分析算例及其生成方法、生成系统、设备、介质
CN114996974A (zh) * 2022-07-18 2022-09-02 南方电网科学研究院有限责任公司 一种基于知识图谱的电网拓扑分析方法
CN116031887B (zh) * 2023-02-17 2023-08-01 中国电力科学研究院有限公司 一种电网仿真分析算例数据生成方法、系统、设备及介质
CN116542000B (zh) * 2023-05-05 2024-01-26 华能威海发电有限责任公司 基于源网数据分析的电网精细化管理系统
CN116663338B (zh) * 2023-08-02 2023-10-20 中国电子信息产业集团有限公司第六研究所 一种基于相似算例的仿真分析方法、装置、设备及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904815A (zh) * 2012-09-21 2013-01-30 中国电子科技集团公司第二十八研究所 基于无尺度网络的路由级拓扑建模方法
CN107664954A (zh) * 2017-10-16 2018-02-06 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种电力系统电磁暂态可视化仿真模型自动生成方法
CN111339632A (zh) * 2019-12-18 2020-06-26 中国电力科学研究院有限公司 一种隔离机电-电磁混合仿真网络拓扑变化的方法和系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904815A (zh) * 2012-09-21 2013-01-30 中国电子科技集团公司第二十八研究所 基于无尺度网络的路由级拓扑建模方法
CN107664954A (zh) * 2017-10-16 2018-02-06 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种电力系统电磁暂态可视化仿真模型自动生成方法
CN111339632A (zh) * 2019-12-18 2020-06-26 中国电力科学研究院有限公司 一种隔离机电-电磁混合仿真网络拓扑变化的方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112491096A (zh) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112491096B (zh) 一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统
CN107169628B (zh) 一种基于大数据互信息属性约简的配电网可靠性评估方法
CN110417011B (zh) 一种基于互信息与迭代随机森林的在线动态安全评估方法
CN105138717A (zh) 一种动态变异粒子群优化神经网络的变压器状态评估方法
Zhang et al. Mapping Koch curves into scale-free small-world networks
CN112308281A (zh) 一种温度信息预测方法及装置
CN109507527B (zh) 一种基于突触可塑性的snp系统含分布式电源配电网故障定位方法
Xu et al. Probabilistic load flow evaluation with hybrid Latin Hypercube Sampling and multiple linear regression
CN104734870A (zh) 一种基于元胞自动机的软件故障传播方法
CN109886560A (zh) 配电网改造措施与电压合格率指标关联性挖掘方法及装置
Huang et al. Adaptive static equivalences for active distribution networks with massive renewable energy integration: a distributed deep reinforcement learning approach
Cortés-Carmona et al. Fuzzy arithmetic for the DC load flow
CN112103950B (zh) 一种基于改进gn分裂算法的电网分区方法
Ávila‐Thieme et al. NetworkExtinction: An R package to simulate extinction propagation and rewiring potential in ecological networks
CN106485392A (zh) 互联发电系统可靠性评估方法
Zhang et al. Distributed parallel computing technique for EM modeling
CN113627655B (zh) 一种配电网灾前故障场景模拟预测方法及装置
CN112967154B (zh) 一种电力系统Well-being的评估方法及装置
CN112733348B (zh) 基于多项式和最大熵模型的混联电网概率计算方法及装置
Wu et al. Parallel optimal statistical design method with response surface modelling using genetic algorithms
Bonci et al. Performance improvement in CPSs over self-similar system structures
CN109390946B (zh) 一种基于多参数规划理论的最优概率潮流快速计算方法
Derghal et al. Genetic algorithm for solving large practical fuzzy economic load dispatch with prohibited operating zones
CN113206712A (zh) 一种软件无线电符合性测试方法及系统
Baicheng et al. LogGOPSC: A parallel computation model extending network contention into LogGOPS

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant