CN112653129B - 暂态功角稳定裕度估算方法、装置及系统 - Google Patents

暂态功角稳定裕度估算方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种暂态功角稳定裕度估算方法、装置及系统，方法包括基于预设的约束条件，通过优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，对用于聚类分析的样本进行样本组数最小化分组；通过优化各样本组基于暂态功角稳定特征量的方式距离模型参数，确定各样本组以中心样本为基准的有效方式距离；针对新方式下特征量关联设备都处于投运状态且其中所有非注入设备构成割集的样本组，计算中心样本、新方式二者间方式距离与有效方式距离的比值，根据其中最小值对应的中心样本及其所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，估算新方式的暂态功角稳定裕度。本发明能够大幅度提升暂态功角稳定评估的计算速度。

Description

暂态功角稳定裕度估算方法、装置及系统
技术领域
本发明属于电网安全稳定分析技术领域，具体涉及一种暂态功角稳定裕度估算方法、装置及系统。
背景技术
随着电网规模增大，基于时域仿真的暂态功角稳定评估的计算量快速增加。由于大电网暂态功角稳定问题自身的复杂性，通过人工设置少量预想故障对电网某个运行方式进行基于时域仿真的暂态功角稳定评估，难以全面深入分析该电网运行方式的暂态功角稳定性；通过人工设置少量运行方式进行电网运行方式安排，电网输电能力难以充分利用和电网运行存在安全隐患的双重风险必然难以避免。
目前对于上万节点、上千台常规发电机的大电网，在不采取多核并行的条件下，一次时域仿真所需的时间与暂态功角稳定评估所需的仿真时长基本相当。由于大电网动态特性复杂，暂态功角稳定评估的仿真时长通常需要30秒以上。即使只对该电网单个运行方式进行各元件的N-1暂态功角稳定评估，按1万个元件考虑，若不采用多核并行计算，仅计算时间就超过83小时。对于电网年度运行方式安排，即使只对100个运行方式进行暂态功角稳定评估，仅计算时间差不多就需要1年。对于日前调度计划安全校核，需要进行96个计划方式进行暂态功角稳定评估，即使采用现阶段上万核的超算系统，单次安全校核的计算时间就超过1小时，还没有考虑安全校核不通过情况下还需要对调整后调度计划再次进行安全校核所需的计算时间，显然不能满足电力市场环境下日前调度计划安全校核时长要控制在15分钟以内的要求。目前，为了缩短安全校核的计算时间，采取凭人工经验只对少量元件进行N-1暂态功角稳定校核，其可靠性难以保障。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种暂态功角稳定裕度估算方法、装置及系统，克服依赖人工经验设置少量电网运行方式、少量预想故障集进行电网暂态功角稳定评估的缺陷，为全面深入掌握电网暂态功角稳定特性，保障电网安全稳定、经济高效、低碳环保运行提供技术手段。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种暂态功角稳定裕度估算方法，包括：
以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，基于预设的约束条件，优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，获得样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值；
基于所述样本组集构建有效样本组集，针对所述有效样本组集中的各个样本组，分别计算出对应的有效方式距离；
基于所述有效样本组集构建估算样本组集，计算所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值；
当所述最小比值小于设定阈值时，将与该最小比值对应的样本组的中心样本作为用于新运行方式下暂态功角稳定裕度估算的基准样本，并根据暂态功角稳定裕度估算模型、基准样本及基准样本所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，确定新运行方式下暂态功角稳定裕度估算值。
可选地，所述样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值的获取方法包括：
以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，计及样本组内各样本在预想故障下暂态功角稳定特征量满足差异要求约束，以及基于样本组的中心样本和暂态功角稳定裕度估算模型得到的样本组内其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值满足精度要求约束，通过优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，得到样本组集、样本组集中各样本组的中心样本和样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值。
可选地，所述预想故障下暂态功角稳定特征量包括：暂态功角稳定裕度实际值、暂态功角稳定主导模态中参与因子绝对值大于设定的门槛值的关键发电机集合、关键发电机集合中各关键发电机的暂态功角稳定参与因子和故障前有功，以及暂态功角稳定主导模态对应的强相关输电断面的设备组成和故障前有功、暂态功角稳定主导模态对应的振荡中心故障前电压标幺值的均值；其中，暂态功角稳定裕度实际值的取值范围为[-1,1]。
可选地，所述样本组内各样本在预想故障下暂态功角稳定特征量满足差异要求约束，具体包括：
样本组内任意两个样本在预想故障下暂态功角稳定裕度实际值之差的绝对值小于稳定裕度差异要求参数；
样本组内各样本在预想故障下的关键发电机集合相同；
样本组内任意两个样本在预想故障下稳定模态差异指标小于稳定模态差异要求参数，其中，稳定模态差异指标通过公式(1)计算：
Figure BDA0002822604010000031
式中，γi.j为样本组内样本i与样本j的预想故障下稳定模态差异指标，ηi、ηj分别为样本i、样本j的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G1为样本i的预想故障下关键发电机集合，λi.g1、λj.g1分别为样本i、样本j的预想故障下关键发电机g1的参与因子，Pi.g1、Pj.g1分别为样本i、样本j的预想故障下关键发电机g1故障前有功，a为设定参数，大于0；
样本组内各样本预想故障下强相关输电断面的设备组成相同；
样本组内任意两个样本预想故障下强相关输电断面故障前有功之间的差异满足公式(2)；
Figure BDA0002822604010000032
式中，Pi.t1、Pj.t1分别为样本组内样本i、样本j的预想故障下强相关输电断面T1故障前有功，Pcr、b为有功差异要求参数；
样本组内任意两个样本预想故障下振荡中心故障前电压标幺值的均值之间的差异满足公式(3)；
|Vi.avr1-Vj.avr1|＜Vcr (3)
式中，Vi.avr1、Vj.avr1分别为样本组内样本i、样本j的预想故障下振荡中心OC1故障前电压标幺值的均值，Vcr为电压差异要求参数。
可选地，所述样本组的中心样本是指与样本组内其它样本之间的稳定模态差异指标之和最小的样本。
可选地，所述暂态功角稳定裕度估算模型为：
Figure BDA0002822604010000033
式中，η′i为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，
Figure BDA0002822604010000034
为中心样本i0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G0为中心样本i0的预想故障下关键发电机集合，
Figure BDA0002822604010000035
为中心样本i0的预想故障下关键发电机g0的参与因子，Pi.g0、
Figure BDA0002822604010000036
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下关键发电机g0故障前有功，Pi.t0、
Figure BDA0002822604010000037
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下强相关输电断面T0故障前有功，Vi.avr0、
Figure BDA0002822604010000038
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下振荡中心OC0故障前电压标幺值的均值，c1、c2、c3为样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数。
可选地，若η′i小于-1，则令η′i＝-1；若η′i大于1，则令η′i＝1。
可选地，所述基于样本组的中心样本和暂态功角稳定裕度估算模型得到的样本组内其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值满足精度要求约束，具体包括：
|η′i-ηi|＜ηcr
或
Figure BDA0002822604010000041
式中，η′i为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，ηi为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，ηcr、r为设定的裕度估算精度参数。
可选地，所述差异要求参数包括：稳定裕度差异要求参数、稳定模态差异要求参数、有功差异要求参数和电压差异要求参数。
可选地，所述有效方式距离的计算方法包括：
从所述样本组集中筛选出样本数大于设定的组内样本数门槛值的所有样本组构成有效样本组集S0；
若所述有效样本组集S0非空，则针对有效样本组集S0中各样本组，分别以样本组内中心样本与其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度实际值之差与二者间方式距离的比值的平方和最小为优化目标，优化样本组的方式距离模型的参数，得到样本组的方式距离模型的参数优化值；
将与样本组的方式距离模型参数优化值对应的中心样本与样本组内其它样本的方式距离中的最大值作为该样本组的有效方式距离。
可选地，所述样本组的方式距离模型为：
Figure BDA0002822604010000042
式中，X为S0中某个样本组内所有样本组成的集合，k0为X对应的样本组的中心样本，Dk为样本k与中心样本k0的方式距离，G2为样本k的预想故障下关键发电机集合，Pk.g2、
Figure BDA0002822604010000043
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下关键发电机g2故障前有功，Pk.t2、
Figure BDA0002822604010000044
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下强相关输电断面T2故障前有功，Vk.avr2、
Figure BDA0002822604010000045
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下振荡中心OC2故障前电压标幺值的均值，d1、d2、d3为X对应的样本组的方式距离模型的参数。
可选地，所述优化样本组的方式距离模型的参数具体为：通过式(7)优化样本组的方式距离模型的参数；
Figure BDA0002822604010000051
式中，ηk为样本k的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，
Figure BDA0002822604010000052
为中心样本k0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值。
可选地，所述计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值，包括以下步骤：
从有效样本组集中筛选出中心样本的暂态功角稳定特征量关联设备在新运行方式下都处于投运状态且其中所有非注入设备构成割集的所有样本组构成估算样本组集S1；
若所述有效样本组集S1非空，则分别根据所述有效样本组集S1中各样本组方式距离模型的参数优化值及其中心样本的暂态功角稳定特征量，计算各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
筛选出各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比的最小值。
可选地，所述中心样本的暂态功角稳定特征量关联设备是指该中心样本对应的预想故障下关键发电机集合中所有发电机和强相关输电断面中所有设备；所述所有非注入设备是指强相关输电断面中所有设备。
可选地，所述各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离的计算公式为：
Figure BDA0002822604010000053
式中，in为新运行方式，
Figure BDA0002822604010000054
为S1中某个样本组的中心样本l0与in的方式距离，G3为中心样本l0的预想故障下关键发电机集合，
Figure BDA0002822604010000055
为in下中心样本l0的预想故障下关键发电机g3的有功，
Figure BDA0002822604010000056
为中心样本l0的预想故障下关键发电机g3故障前有功，
Figure BDA0002822604010000057
为in下中心样本l0的预想故障下强相关输电断面T3的有功，
Figure BDA0002822604010000058
为中心样本l0的预想故障下强相关输电断面T3故障前有功，
Figure BDA0002822604010000059
为in下中心样本l0的预想故障下振荡中心OC3的电压标幺值的均值，
Figure BDA00028226040100000510
为中心样本l0的预想故障下振荡中心OC3故障前电压标幺值的均值，d10、d20、d30分别为中心样本l0所属样本组的方式距离模型的参数d1、d2、d3的优化值。
可选地，所述新运行方式在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值的计算公式为：
Figure BDA0002822604010000061
式中，in为新运行方式，
Figure BDA0002822604010000062
为in的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，ηb为基准样本的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，c10、c20、c30分别为基准样本所属样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数c1、c2、c3的优化值，Gb为基准样本的预想故障下关键发电机集合，λgb为基准样本的预想故障下关键发电机gb的参与因子，
Figure BDA0002822604010000063
为in中基准样本的预想故障下关键发电机gb的有功，Pgb为基准样本的预想故障下关键发电机gb故障前有功，
Figure BDA0002822604010000064
为in中基准样本的预想故障下强相关输电断面Tb的有功，Ptb为基准样本的预想故障下强相关输电断面Tb故障前有功，
Figure BDA0002822604010000065
为in中基准样本的预想故障下振荡中心OCb电压标幺值的均值，Vavrb为基准样本的预想故障下振荡中心OCb故障前电压标幺值的均值。
第二方面，本发明提供了一种暂态功角稳定裕度估算装置，包括：
第一计算模块，用于以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，基于预设的约束条件，优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，获得样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值；
第二计算模块，用于基于所述样本组集构建有效样本组集，针对所述有效样本组集中的各个样本组，分别计算出对应的有效方式距离；
第三计算模块，用于基于所述有效样本组集构建估算样本组集，计算所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
筛选模块，用于计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值；
第四计算模块，用于当所述最小比值小于设定阈值时，将与该最小比值对应的样本组的中心样本作为用于新运行方式下暂态功角稳定裕度估算的基准样本，并根据暂态功角稳定裕度估算模型、基准样本及基准样本所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，确定新运行方式下暂态功角稳定裕度估算值。
第三方面，本发明提供了一种暂态功角稳定裕度估算系统，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明以暂态功角稳定裕度估算模型的估算精度满足要求为约束，通过优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，对基于时域仿真的暂态功角稳定评估、用于聚类分析的样本进行样本组数最小化分组，保障了各样本组内基于中心样本和暂态功角稳定特征量的裕度估算精度；通过优化基于暂态功角稳定特征量的方式距离加权系数，计算各样本组以中心样本为基准的有效方式距离，明确了各样本组的裕度估算有效范围；通过计算新运行方式与各样本组中心样本的方式距离，根据该方式距离与有效方式距离之比最小值来判断新运行方式是否在裕度估算有效范围内；基于相应样本组的中心样本进行新运行方式暂态功角稳定裕度估算，实现了不依赖时域仿真的暂态功角稳定裕度直接计算，大幅度提高了暂态功角稳定评估的计算速度，可用于预想故障筛选，只需对裕度估算值较小的预想故障进行基于时域仿真的暂态功角稳定评估，克服了凭人工经验设置少量运行方式、少量预想故障进行暂态功角稳定评估的缺陷。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的暂态功角稳定裕度计算方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图1所示，本发明实施例中提供了一种暂态功角稳定裕度估算方法，包括以下步骤：
(1)以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，基于预设的约束条件，优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，获得样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值；
(2)基于所述样本组集构建有效样本组集，针对所述有效样本组集中的各个样本组，分别计算出对应的有效方式距离；
(3)基于所述有效样本组集构建估算样本组集，计算所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
(4)计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值；
(5)当所述最小比值小于设定阈值(通常设置为0.9)时，将与该最小比值对应的样本组的中心样本作为用于新运行方式下暂态功角稳定裕度估算的基准样本，并根据暂态功角稳定裕度估算模型、基准样本及基准样本所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，确定新运行方式下暂态功角稳定裕度估算值。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值的获取方法包括：
以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，计及样本组内各样本在预想故障下暂态功角稳定特征量满足差异要求约束，以及基于样本组的中心样本和暂态功角稳定裕度估算模型得到的样本组内其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值满足精度要求约束，通过优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，得到样本组集、样本组集中各样本组的中心样本和样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值。
其中，所述预想故障下暂态功角稳定特征量包括：暂态功角稳定裕度实际值、暂态功角稳定主导模态中参与因子绝对值大于设定的门槛值(通常设置为0.2)的关键发电机集合G、关键发电机集合G中各关键发电机的暂态功角稳定参与因子和故障前有功，以及暂态功角稳定主导模态对应的强相关输电断面T的设备组成和故障前有功、暂态功角稳定主导模态对应的振荡中心OC故障前电压标幺值的均值；其中，暂态功角稳定裕度实际值的取值范围为[-1，1]。
所述样本组内各样本在预想故障下暂态功角稳定特征量满足差异要求约束，具体包括：
1)样本组内任意两个样本在预想故障下暂态功角稳定裕度实际值之差的绝对值小于稳定裕度差异要求参数；
2)样本组内各样本在预想故障下的关键发电机集合相同；
3)样本组内任意两个样本在预想故障下稳定模态差异指标小于稳定模态差异要求参数，其中，稳定模态差异指标通过公式(1)计算：
Figure BDA0002822604010000081
式中，γi.j为样本组内样本i与样本j的预想故障下下稳定模态差异指标，ηi、ηj分别为样本i、样本j的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G1为样本i的预想故障下关键发电机集合，λi.g1、λj.g1分别为样本i、样本j的预想故障下关键发电机g1的参与因子，Pi.g1、Pj.g1分别为样本i、样本j的预想故障下关键发电机g1故障前有功，a为设定参数，大于0，通常设置为2；
4)样本组内各样本预想故障下强相关输电断面的设备组成相同；
5)样本组内任意两个样本预想故障下强相关输电断面故障前有功之间的差异满足公式(2)；
Figure BDA0002822604010000091
式中，Pi.t1、Pj.t1分别为样本组内样本i、样本j的预想故障下强相关输电断面T1故障前有功，Pcr、b为有功差异要求参数；
6)样本组内任意两个样本预想故障下振荡中心故障前电压标幺值的均值之间的差异满足公式(3)；
|Vi.avr1-Vj.avr1|＜Vcr (3)
式中，Vi.avr1、Vj.avr1分别为样本组内样本i、样本j的预想故障下振荡中心OC1故障前电压标幺值的均值，Vcr为电压差异要求参数。
所述样本组的中心样本是指与样本组内其它样本之间的稳定模态差异指标之和最小的样本。所述差异要求参数包括：稳定裕度差异要求参数、稳定模态差异要求参数、有功差异要求参数和电压差异要求参数。
所述暂态功角稳定裕度估算模型为：
Figure BDA0002822604010000092
式中，η′i为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，
Figure BDA0002822604010000093
为中心样本i0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G0为中心样本i0的预想故障下关键发电机集合，
Figure BDA0002822604010000094
为中心样本i0的预想故障下关键发电机g0的参与因子，Pi.g0、
Figure BDA0002822604010000095
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下关键发电机g0故障前有功，Pi.t0、
Figure BDA0002822604010000096
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下强相关输电断面T0故障前有功，Vi.avr0、
Figure BDA0002822604010000097
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下振荡中心OC0故障前电压标幺值的均值，c1、c2、c3为样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数，若η′i小于-1，则令η′i＝-1；若η′i大于1，则令η′i＝1。
所述基于样本组的中心样本和暂态功角稳定裕度估算模型得到的样本组内其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值满足精度要求约束，具体包括：
|η′i-ηi|＜ηcr
或
Figure BDA0002822604010000098
式中，ηi为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，ηcr、r为设定的裕度估算精度参数(ηcr通常设置为0.1，r通常设置为0.15)。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(2)中的有效方式距离的计算方法包括：
从所述样本组集中筛选出样本数大于设定的组内样本数门槛值(通常设置为20)的所有样本组构成有效样本组集S0；
若所述有效样本组集S0非空，则针对有效样本组集S0中各样本组，分别以样本组内中心样本与其他样本在预想故障下暂态功角稳定裕度实际值之差与二者间方式距离的比值的平方和最小为优化目标(即先计算样本组内其它样本与中心样本的暂态功角稳定裕度实际值之差，以及方式距离；定义所述暂态功角稳定裕度实际值之差与方式距离比值的平方和最小为优化目标)，优化样本组的方式距离模型的参数，得到样本组的方式距离模型的参数优化值；
将与样本组的方式距离模型参数优化值对应的中心样本与样本组内其它样本的方式距离中的最大值作为该样本组的有效方式距离。
其中，所述样本组的方式距离模型为：
Figure BDA0002822604010000101
式中，X为S0中某个样本组内所有样本组成的集合，k0为X对应的样本组的中心样本，Dk为样本k与中心样本k0的方式距离，G2为样本k的预想故障下关键发电机集合，Pk.g2、
Figure BDA0002822604010000102
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下关键发电机g2故障前有功，Pk.t2、
Figure BDA0002822604010000103
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下强相关输电断面T2故障前有功，Vk.avr2、
Figure BDA0002822604010000104
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下振荡中心OC2故障前电压标幺值的均值，d1、d2、d3为X对应的样本组的方式距离模型的参数。
所述优化样本组的方式距离模型的参数具体为：通过式(7)优化样本组的方式距离模型的参数；
Figure BDA0002822604010000105
式中，ηk为样本k的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，
Figure BDA0002822604010000106
为中心样本k0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值，包括以下步骤：
从有效样本组集中筛选出中心样本的暂态功角稳定特征量关联设备在新运行方式下都处于投运状态且其中所有非注入设备构成割集的所有样本组构成估算样本组集S1；
若所述有效样本组集S1非空，则分别根据所述有效样本组集S1中各样本组方式距离模型的参数优化值及其中心样本的暂态功角稳定特征量，计算各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
筛选出各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比的最小值，将该最小值作为新运行方式预想故障下暂态功角稳定裕度估算的判断指标，否则，认为无法估算新运行方式预想故障下暂态功角稳定裕度
所述中心样本的暂态功角稳定特征量关联设备是指该中心样本对应的预想故障下关键发电机集合中所有发电机和强相关输电断面中所有设备；所述所有非注入设备是指强相关输电断面中所有设备。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离的计算公式为：
Figure BDA0002822604010000111
式中，in为新运行方式，
Figure BDA0002822604010000112
为S1中某个样本组的中心样本l0与in的方式距离，G3为中心样本l0的预想故障下关键发电机集合，
Figure BDA0002822604010000113
为in下中心样本l0的预想故障下关键发电机g3的有功，
Figure BDA0002822604010000114
为中心样本l0的预想故障下关键发电机g3故障前有功，
Figure BDA0002822604010000115
为in下中心样本l0的预想故障下强相关输电断面T3的有功，
Figure BDA0002822604010000116
为中心样本l0的预想故障下强相关输电断面T3故障前有功，
Figure BDA0002822604010000117
为in下中心样本l0的预想故障下振荡中心OC3的电压标幺值的均值，
Figure BDA0002822604010000118
为中心样本l0的预想故障下振荡中心OC3故障前电压标幺值的均值，d10、d20、d30分别为中心样本l0所属样本组的方式距离模型的参数d1、d2、d3的优化值。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述新运行方式在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值的计算公式为：
Figure BDA0002822604010000119
式中，in为新运行方式，
Figure BDA00028226040100001110
为in的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，ηb为基准样本的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，c10、c20、c30分别为基准样本所属样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数c1、c2、c3的优化值，Gb为基准样本的预想故障下关键发电机集合，λgb为基准样本的预想故障下关键发电机gb的参与因子，
Figure BDA0002822604010000121
为in中基准样本的预想故障下关键发电机gb的有功，Pgb为基准样本的预想故障下关键发电机gb故障前有功，
Figure BDA0002822604010000122
为in中基准样本的预想故障下强相关输电断面Tb的有功，Ptb为基准样本的预想故障下强相关输电断面Tb故障前有功，
Figure BDA0002822604010000123
为in中基准样本的预想故障下振荡中心OCb电压标幺值的均值，Vavrb为基准样本的预想故障下振荡中心OCb故障前电压标幺值的均值。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明提供了一种暂态功角稳定裕度估算装置，包括：
第一计算模块，用于以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，基于预设的约束条件，优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，获得样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值；
第二计算模块，用于基于所述样本组集构建有效样本组集，针对所述有效样本组集中的各个样本组，分别计算出对应的有效方式距离；
第三计算模块，用于基于所述有效样本组集构建估算样本组集，计算所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
筛选模块，用于计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值；
第四计算模块，用于当所述最小比值小于设定阈值时，将与该最小比值对应的样本组的中心样本作为用于新运行方式下暂态功角稳定裕度估算的基准样本，并根据暂态功角稳定裕度估算模型、基准样本及基准样本所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，确定新运行方式下暂态功角稳定裕度估算值。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明提供了一种暂态功角稳定裕度估算系统，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
其余部分均与实施例1相同。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
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 (16)

1.一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，包括：
以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，基于预设的约束条件，优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，获得样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值；
基于所述样本组集构建有效样本组集，针对所述有效样本组集中的各个样本组，分别计算出对应的有效方式距离；
基于所述有效样本组集构建估算样本组集，计算所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值；
当所述最小比值小于设定阈值时，将与该最小比值对应的样本组的中心样本作为用于新运行方式下暂态功角稳定裕度估算的基准样本，并根据暂态功角稳定裕度估算模型、基准样本及基准样本所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，确定新运行方式下暂态功角稳定裕度估算值；
所述暂态功角稳定裕度估算模型为：
Figure FDA0003705508870000011
式中，η′i为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，
Figure FDA0003705508870000012
为中心样本i0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G0为中心样本i0的预想故障下关键发电机集合，
Figure FDA0003705508870000013
为中心样本i0的预想故障下关键发电机g0的参与因子，Pi.g0、
Figure FDA0003705508870000014
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下关键发电机g0故障前有功，Pi.t0、
Figure FDA0003705508870000015
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下强相关输电断面T0故障前有功，Vi.avr0、
Figure FDA0003705508870000016
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下振荡中心OC0故障前电压标幺值的均值，c1、c2、c3为样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数；
所述差异要求参数包括：稳定裕度差异要求参数、稳定模态差异要求参数、有功差异要求参数和电压差异要求参数。
2.根据权利要求1所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，所述样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值的获取方法包括：
以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，计及样本组内各样本在预想故障下暂态功角稳定特征量满足差异要求约束，以及基于样本组的中心样本和暂态功角稳定裕度估算模型得到的样本组内其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值满足精度要求约束，通过优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，得到样本组集、样本组集中各样本组的中心样本和样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值。
3.根据权利要求2所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，所述预想故障下暂态功角稳定特征量包括：暂态功角稳定裕度实际值、暂态功角稳定主导模态中参与因子绝对值大于设定的门槛值的关键发电机集合、关键发电机集合中各关键发电机的暂态功角稳定参与因子和故障前有功，以及暂态功角稳定主导模态对应的强相关输电断面的设备组成和故障前有功、暂态功角稳定主导模态对应的振荡中心故障前电压标幺值的均值；其中，暂态功角稳定裕度实际值的取值范围为[-1，1]。
4.根据权利要求2所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，所述样本组内各样本在预想故障下暂态功角稳定特征量满足差异要求约束，具体包括：
样本组内任意两个样本在预想故障下暂态功角稳定裕度实际值之差的绝对值小于稳定裕度差异要求参数；
样本组内各样本在预想故障下的关键发电机集合相同；
样本组内任意两个样本在预想故障下稳定模态差异指标小于稳定模态差异要求参数，其中，稳定模态差异指标通过公式(1)计算：
Figure FDA0003705508870000021
式中，γi.j为样本组内样本i与样本j的预想故障下稳定模态差异指标，ηi、ηj分别为样本i、样本j的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G1为样本i的预想故障下关键发电机集合，λi.g1、λj.g1分别为样本i、样本j的预想故障下关键发电机g1的参与因子，Pi.g1、Pj.g1分别为样本i、样本j的预想故障下关键发电机g1故障前有功，a为设定参数，大于0；
样本组内各样本预想故障下强相关输电断面的设备组成相同；
样本组内任意两个样本预想故障下强相关输电断面故障前有功之间的差异满足公式(2)；
Figure FDA0003705508870000022
式中，Pi.t1、Pj.t1分别为样本组内样本i、样本j的预想故障下强相关输电断面T1故障前有功，Pcr、b为有功差异要求参数；
样本组内任意两个样本预想故障下振荡中心故障前电压标幺值的均值之间的差异满足公式(3)；
|Vi.avr1-Vj.avr1|＜Vcr (3)
式中，Vi.avr1、Vj.avr1分别为样本组内样本i、样本j的预想故障下振荡中心OC1故障前电压标幺值的均值，Vcr为电压差异要求参数。
5.根据权利要求1所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：所述样本组的中心样本是指与样本组内其它样本之间的稳定模态差异指标之和最小的样本。
6.根据权利要求1所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：若η′i小于-1，则令η′i＝-1；若η′i大于1，则令η′i＝1。
7.根据权利要求2所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：所述基于样本组的中心样本和暂态功角稳定裕度估算模型得到的样本组内其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值满足精度要求约束，具体包括：
|η′i-ηi|＜ηcr
或
Figure FDA0003705508870000031
式中，η′i为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，ηi为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，ηcr、r为设定的裕度估算精度参数。
8.根据权利要求1所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，所述有效方式距离的计算方法包括：
从所述样本组集中筛选出样本数大于设定的组内样本数门槛值的所有样本组构成有效样本组集S0；
若所述有效样本组集S0非空，则针对有效样本组集S0中各样本组，分别以样本组内中心样本与其它样本在预想故障下暂态功角稳定裕度实际值之差与二者间方式距离的比值的平方和最小为优化目标，优化样本组的方式距离模型的参数，得到样本组的方式距离模型的参数优化值；
将与样本组的方式距离模型参数优化值对应的中心样本与样本组内其它样本的方式距离中的最大值作为该样本组的有效方式距离。
9.根据权利要求8所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：所述样本组的方式距离模型为：
Figure FDA0003705508870000032
式中，X为S0中某个样本组内所有样本组成的集合，k0为X对应的样本组的中心样本，Dk为样本k与中心样本k0的方式距离，G2为样本k的预想故障下关键发电机集合，Pk.g2、
Figure FDA0003705508870000041
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下关键发电机g2故障前有功，Pk.t2、
Figure FDA0003705508870000042
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下强相关输电断面T2故障前有功，Vk.avr2、
Figure FDA0003705508870000043
分别为样本k、中心样本k0的预想故障下振荡中心OC2故障前电压标幺值的均值，d1、d2、d3为X对应的样本组的方式距离模型的参数。
10.根据权利要求9所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，所述优化样本组的方式距离模型的参数具体为：通过式(7)优化样本组的方式距离模型的参数；
Figure FDA0003705508870000044
式中，ηk为样本k的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，
Figure FDA0003705508870000045
为中心样本k0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值。
11.根据权利要求1所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：所述计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值，包括以下步骤：
从有效样本组集中筛选出中心样本的暂态功角稳定特征量关联设备在新运行方式下都处于投运状态且其中所有非注入设备构成割集的所有样本组构成估算样本组集S1；
若所述有效样本组集S1非空，则分别根据所述有效样本组集S1中各样本组方式距离模型的参数优化值及其中心样本的暂态功角稳定特征量，计算各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
筛选出各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比的最小值。
12.根据权利要求11所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：所述中心样本的暂态功角稳定特征量关联设备是指该中心样本对应的预想故障下关键发电机集合中所有发电机和强相关输电断面中所有设备；所述所有非注入设备是指强相关输电断面中所有设备。
13.根据权利要求11所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于，所述各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离的计算公式为：
Figure FDA0003705508870000051
式中，in为新运行方式，
Figure FDA0003705508870000052
为S1中某个样本组的中心样本l0与in的方式距离，G3为中心样本l0的预想故障下关键发电机集合，
Figure FDA0003705508870000053
为in下中心样本l0的预想故障下关键发电机g3的有功，
Figure FDA0003705508870000054
为中心样本l0的预想故障下关键发电机g3故障前有功，
Figure FDA0003705508870000055
为in下中心样本l0的预想故障下强相关输电断面T3的有功，
Figure FDA0003705508870000056
为中心样本l0的预想故障下强相关输电断面T3故障前有功，
Figure FDA0003705508870000057
为in下中心样本l0的预想故障下振荡中心OC3的电压标幺值的均值，
Figure FDA0003705508870000058
为中心样本l0的预想故障下振荡中心OC3故障前电压标幺值的均值，d10、d20、d30分别为中心样本l0所属样本组的方式距离模型的参数d1、d2、d3的优化值。
14.根据权利要求2所述的一种暂态功角稳定裕度估算方法，其特征在于：所述新运行方式在预想故障下暂态功角稳定裕度估算值的计算公式为：
Figure FDA0003705508870000059
式中，in为新运行方式，
Figure FDA00037055088700000510
为in的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，ηb为基准样本的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，c10、c20、c30分别为基准样本所属样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数c1、c2、c3的优化值，Gb为基准样本的预想故障下关键发电机集合，λgb为基准样本的预想故障下关键发电机gb的参与因子，
Figure FDA00037055088700000511
为in中基准样本的预想故障下关键发电机gb的有功，Pgb为基准样本的预想故障下关键发电机gb故障前有功，
Figure FDA00037055088700000512
为in中基准样本的预想故障下强相关输电断面Tb的有功，Ptb为基准样本的预想故障下强相关输电断面Tb故障前有功，
Figure FDA00037055088700000513
为in中基准样本的预想故障下振荡中心OCb电压标幺值的均值，Vavrb为基准样本的预想故障下振荡中心OCb故障前电压标幺值的均值。
15.一种暂态功角稳定裕度估算装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于以聚类分析样本的分组数最小为优化目标，基于预设的约束条件，优化暂态功角稳定特征量差异要求参数和暂态功角稳定裕度估算模型的参数，获得样本组集、样本组集中各样本组的中心样本，以及样本组集中各样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值；
第二计算模块，用于基于所述样本组集构建有效样本组集，针对所述有效样本组集中的各个样本组，分别计算出对应的有效方式距离；
第三计算模块，用于基于所述有效样本组集构建估算样本组集，计算所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离；
筛选模块，用于计算出所述估算样本组集中各样本组的中心样本与新运行方式之间的方式距离与其有效方式距离之比，并筛选出最小比值；
第四计算模块，用于当所述最小比值小于设定阈值时，将与该最小比值对应的样本组的中心样本作为用于新运行方式下暂态功角稳定裕度估算的基准样本，并根据暂态功角稳定裕度估算模型、基准样本及基准样本所属样本组暂态功角稳定裕度估算模型的参数优化值，确定新运行方式下暂态功角稳定裕度估算值；
所述暂态功角稳定裕度估算模型为：
Figure FDA0003705508870000061
式中，η′i为样本i的预想故障下暂态功角稳定裕度估算值，
Figure FDA0003705508870000062
为中心样本i0的预想故障下暂态功角稳定裕度实际值，G0为中心样本i0的预想故障下关键发电机集合，
Figure FDA0003705508870000063
为中心样本i0的预想故障下关键发电机g0的参与因子，Pi.g0、
Figure FDA0003705508870000064
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下关键发电机g0故障前有功，Pi.t0、
Figure FDA0003705508870000065
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下强相关输电断面T0故障前有功，Vi.avr0、
Figure FDA0003705508870000066
分别为样本i、中心样本i0的预想故障下振荡中心OC0故障前电压标幺值的均值，c1、c2、c3为样本组的暂态功角稳定裕度估算模型的参数；
所述差异要求参数包括：稳定裕度差异要求参数、稳定模态差异要求参数、有功差异要求参数和电压差异要求参数。
16.一种暂态功角稳定裕度估算系统，其特征在于，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～14中任一项所述方法的步骤。
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CN103066595A (zh) * 2012-12-26 2013-04-24 中国电力科学研究院 一种特高压暂态稳定控制的优化方法
WO2016136630A1 (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 三菱電機株式会社 系統安定度推定装置および系統安定度推定方法

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