CN115952740A - 一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,属于电力系统及其自动化技术领域,本发明基于实际电网运行方式的规律性和重复性,对历史数据进行分析和处理:在功率注入空间中,用一对安全的运行方式和不安全的运行方式代替求解准确的安全临界点,通过拉近运行方式对的距离并拓展运行方式对的数量,使更新后的运行方式更加贴近安全域边界、在场景空间中分布更加均匀。基于拓展后的运行方式特征向量集合在功率注入空间的拓扑特征,计算得到安全域边界的中心点、切向量和法向量,向外拓展运行方式覆盖更多场景空间,并找到关键故障发生变化的运行点;本发明能补充历史运行方式,解决历史数据分布不均匀和风险遗漏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
近年来,随着出力随机波动的新能源发电占比提升,电力系统呈现强随机性、强不确定性,安全稳定特性日趋复杂多变。因此,发展安全域边界辨识技术,构造覆盖各类安全风险的运行方式,对确保电力系统安全稳定运行具有重大意义。
传统电力系统通过常规发电机的出力调整来跟踪系统负荷的变化,发电和负荷的功率调整方式是确定的。高比例新能源电力系统供需双侧不确定性增加导致电网未来运行状态可预见性降低,增加了电力系统安全稳定边界识别的难度。以运行经验和人工分析为主的构造典型运行方式分析传统手段在高比例新能源电网复杂安全稳定性分析与处置方面越发不足。现有技术多依靠人工智能方法实现对历史运行方式的补充和增强,这类方法在可解释性和准确性方面存在缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,解决历史运行方式分布不均匀和风险遗漏的问题。
为达到上述目的,本发明是采用下述技术方案实现的:
第一方面,本发明提供了一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,包括:
获取电力系统的历史运行方式,根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组;
根据组i(i=1,…,N)内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
根据关键故障类型把组内运行方式分为Li组,根据组k(k=1,…,Li)内运行方式j的安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合;
对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展,使安全运行方式和不安全运行方式数量均衡,且拓展得到新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界。
进一步的,所述根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组,包括:
将具有相同网络拓扑的电网历史运行方式分为N组,针对组i(i=1,…,N)内的Mi个运行方式,根据所有节点注入功率确定运行方式j的特征向量Vj;
其中,网络拓扑包括变压器、交流线路、直流、开关刀闸的投停状态;
其中,特征向量Vj的组成元素包括各节点的有功注入和无功注入。
进一步的,所述关键故障是静态安全裕度最小的故障;关键设备是关键故障下静态安全裕度最小的设备;关键设备的静态安全裕度大于0的运行方式安全状态为安全,记为ja,关键设备的静态安全裕度小于0的运行方式安全状态为不安全,记为jb。
进一步的,所述对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展的方法,包括:
步骤1:在功率注入空间中基于插值法构造新的运行方式,拉近运行方式对特征向量的欧式距离,使其小于阈值E;
其中,阈值E(E<<D)根据需求设置,代表分辨安全状态的功率注入最大误差值;
其中,二分法构造新运行方式c的特征向量计算公式如下:
其中,等距离插入运行方式cm的特征向量计算公式如下:
该步骤插入的运行方式在安全域边界附近,且若不发生安全状态变化,该运行方式在注入空间中半径为E范围内唯一;
步骤3:对所有安全运行方式ja,把特征向量第n个值为最大值和最小值的特征向量分别标记为Vmax.n和Vmin.n;沿对应切向量方向在距离等于E的位置构造新的运行方式通过静态安全分析得到的关键故障、关键设备和安全状态;对所有不安全运行方式jb重复该步骤;
其中,第n个值的最大和最小切向量通过计算现有的安全运行方式ja的特征向量均值得到中心特征向量Cmean,再分别计算Vmax.n-Cmean和Vmin.n-Cmean得到;
该步骤向外拓展运行方式在功率注入空间的覆盖区域;
步骤4:对于安全运行方式ja拓展得到的若的关键故障不同于ja,终止第n参数方向的运行方式拓展;若的关键故障与ja相同,若的安全结果为不安全,延法向量Λ方向在距离E处生成新运行方式通过静态安全分析确认修正的为安全运行方式,若为不安全,使Λ=-Λ重新生成重新执行步骤3至所有参数方向的运行方式拓展均被终止;对不安全运行方式ja重复该步骤;
其中,法向量Λ通过对所有安全运行方式做主成分分析得到;
其中,修正运行方式参数计算公式为:
进一步的,所述步骤2中,用最短距离聚类法分别对安全运行方式ja两两相连构成相邻安全运行方式对,包括:
步骤21:把筛选出的运行方式对按安全状态分为两组,包含p个安全运行方式和q个不安全运行方式,分别进行以下聚类分析步骤;
步骤22:对安全运行方式构造特征向量距离矩阵Ω(0),找到最小矩阵元素dKL,运行方式K和运行方式L构成间距为α1的相邻运行方式组,把该相邻运行方式组更新为新聚类M;
步骤23:计算M和其他聚类J的欧式距离dMJ=min(dKJ,dLJ),用合并的聚类M和K、L以外的其他运行方式计算新的欧式距离矩阵Ω(1);
步骤24:重复步骤22直到所有样本合并为一个聚类,对安全运行方式组和不安全运行方式组分别可得α1,α2,...,αp-1和β1,β2,...,βq-1,其两端对应的运行方式[αγ,αγ'](γ=1,…,p-1)和[βγ,βγ'](γ=1,…,q-1)即为相邻运行方式对。
进一步的,所述步骤4中,安全域边界法向量的计算方法包括:
步骤41:M个运行方式的特征向量KN构成矩阵KM×N,N为特征向量元素个数;
步骤42:计算KM×N的协方差矩阵ΣM×N;
步骤43:计算ΣM×N的特征值和特征向量记为WN和VN×N,其中最小特征值及其对应特征向量为wmin和vmin,vmin作为安全域边界的法向量Λ。
第二方面,本发明提供一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成装置,包括:
历史运行方式分组模块,用于获取电力系统的历史运行方式,根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组;
关键故障确定模块,用于根据组i(i=1,…,N)内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
运行方式对集合构建模块,用于根据关键故障类型把组内运行方式分为Li组,根据组k(k=1,…,Li)内运行方式j的安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合;
分析扩展模块,用于对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展,使安全运行方式和不安全运行方式数量均衡,且拓展得到新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界。
第三方面,本发明提供一种电子设备,包括处理器及存储介质;
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前述任一项所述方法的步骤。
第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现前述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
本发明提供一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,通过对历史数据进行分析和处理,按历史运行方式特征向量距离从历史运行方式中筛选出描述不同失稳模式安全域边界的运行方式对,并基于插值法构造新运行方式,使补充后的运行方式更加贴近安全域边界、在场景空间中分布更加均匀、覆盖更多的场景空间,解决历史运行方式分布不均匀和风险遗漏的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的对运行方式对集合进行分析并拓展的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例介绍一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,包括:
获取电力系统的历史运行方式,根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组;
根据组i(i=1,…,N)内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
根据关键故障类型把组内运行方式分为Li组,根据组k(k=1,…,Li)内运行方式j的安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合;
对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展,使安全运行方式和不安全运行方式数量均衡,且拓展得到新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界。
本实施例提供的用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其应用过程具体涉及如下步骤:
步骤1:将具有相同网络拓扑的电网历史运行方式分为N组,针对组i(i=1,…,N)内的Mi个运行方式,根据所有节点注入功率确定运行方式j的特征向量Vj;
其中,网络拓扑包括变压器、交流线路、直流、开关刀闸的投停状态;
其中,特征向量Vj的组成元素包括各节点的有功注入和无功注入;
步骤2:根据组i内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
其中,关键故障是静态安全裕度最小的故障;关键设备是关键故障下静态安全裕度最小的设备;关键设备的静态安全裕度大于0的运行方式安全状态为安全记为ja,关键设备的静态安全裕度小于0的运行方式安全状态为不安全记为jb;
步骤3:根据组i内具有相同关键故障类型的运行方式分为Li组,针对组k(k=1,…,Li)内的运行方式j,根据安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合[ja,jb];
步骤4:对组k中的运行方式对[ja,jb]进行分析并扩展,每一组中构造足够的运行方式直至安全和不安全运行方式数量均衡,且扩展得到的新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界;
所述步骤4中特定拓扑结构下对特定关键故障对应安全域在功率注入空间内的运行方式对分析和扩展方法,所述方法包括以下步骤:
1)在功率注入空间中基于插值法构造新的运行方式,拉近运行方式对特征向量的欧式距离,使其小于阈值E;
其中,基于插值法构造新运行方式的方法为:对满足的运行方式对[ja,jb],基于二分法构造新运行方式c;通过静态安全分析得到c的安全状态,若为安全,则c取代ja;若为不安全,则c取代jb;重复上述步骤至所有运行方式对[ja,jb]的特征向量欧式距离小于阈值E;
其中,阈值E(E<<D)根据需求设置,代表分辨安全状态的功率注入最大误差值;
其中,二分法构造新运行方式c的特征向量计算公式如下:
2)根据运行方式特征向量之间的距离,用最短距离聚类法分别对安全运行方式ja两两相连构成相邻安全运行方式对对的相邻运行方式对,等距离插入新运行方式并通过静态安全分析得到cm的安全状态;对所有不安全运行方式jb重复该步骤;
其中,等距离插入运行方式cm的特征向量计算公式如下:
该步骤插入的运行方式在安全域边界附近,且若不发生安全状态变化,该运行方式在注入空间中半径为E范围内是唯一的,能提高运行方式的在功率注入空间的覆盖率
3)对所有安全运行方式ja,把特征向量第n个值为最大值和最小值的特征向量分别标记为Vmax.n和Vmin.n;沿对应切向量方向在距离等于E的位置构造新的运行方式通过静态安全分析得到的关键故障、关键设备和安全状态;对所有不安全运行方式jb重复该步骤;
其中,第n个值的最大和最小切向量通过计算现有的安全运行方式ja的特征向量均值得到中心特征向量Cmean,再分别计算Vmax.n-Cmean和Vmin.n-Cmean得到;
该步骤向外拓展运行方式在功率注入空间的覆盖区域;
4)对于安全运行方式ja拓展得到的若的关键故障不同于ja,终止第n参数方向的运行方式拓展;若的关键故障与ja相同,若的安全结果为不安全,延法向量Λ方向在距离E处生成新运行方式通过静态安全分析确认修正的为安全运行方式,若为不安全,使Λ=-Λ重新生成重新执行步骤3)至所有参数方向的运行方式拓展均被终止;对不安全运行方式ja重复该步骤;
其中,法向量Λ通过对所有安全运行方式做主成分分析得到;
其中,修正运行方式参数计算公式为:
所述步骤2)中用最短距离聚类得到相邻运行方式的方法,具体步骤如下:
21)把筛选出的运行方式对按安全状态分为两组,包含p个安全运行方式和q个不安全运行方式,分别进行以下聚类分析步骤;
22)对安全运行方式构造特征向量距离矩阵Ω(0)。找到最小矩阵元素dKL,运行方式K和运行方式L构成间距为α1(对不安全运行方式得到β1)的相邻运行方式组。把该相邻运行方式组更新为新聚类M;
23)计算M和其他聚类J的欧式距离dMJ=min(dKJ,dLJ)。用合并的聚类M和K、L以外的其他运行方式计算新的欧式距离矩阵Ω(1);
24)重复步骤22)直到所有样本合并为一个聚类。对安全运行方式组和不安全运行方式组分别可得α1,α2,...,αp-1和β1,β2,...,βq-1,其两端对应的运行方式[αγ,αγ'](γ=1,…,p-1)和[βγ,βγ'](γ=1,…,q-1)即为相邻运行方式对;
所述步骤4)中安全域边界法向量计算方法,具体步骤如下:
41)M个运行方式的特征向量KN构成矩阵KM×N,N为特征向量元素个数;
42)计算KM×N的协方差矩阵ΣM×N;
43)计算ΣM×N的特征值和特征向量记为WN和VN×N。其中最小特征值及其对应特征向量为wmin和vmin。vmin作为安全域边界的法向量Λ。
实施例2
本实施例提供一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成装置,包括:
历史运行方式分组模块,用于获取电力系统的历史运行方式,根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组;
关键故障确定模块,用于根据组i(i=1,…,N)内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
运行方式对集合构建模块,用于根据关键故障类型把组内运行方式分为Li组,根据组k(k=1,…,Li)内运行方式j的安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合;
分析扩展模块,用于对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展,使安全运行方式和不安全运行方式数量均衡,且拓展得到新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界。
实施例3
本实施例提供一种电子设备,包括处理器及存储介质;
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。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现实施例1中任一项所述方法的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其特征在于,包括:
获取电力系统的历史运行方式,根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组;
根据组i(i=1,…,N)内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
根据关键故障类型把组内运行方式分为Li组,根据组k(k=1,…,Li)内运行方式j的安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合;
对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展,使安全运行方式和不安全运行方式数量均衡,且拓展得到新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界。
2.根据权利要求1所述的用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其特征在于,所述根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组,包括:
将具有相同网络拓扑的电网历史运行方式分为N组,针对组i(i=1,…,N)内的Mi个运行方式,根据所有节点注入功率确定运行方式j的特征向量Vj;
其中,网络拓扑包括变压器、交流线路、直流、开关刀闸的投停状态;
其中,特征向量Vj的组成元素包括各节点的有功注入和无功注入。
3.根据权利要求2所述的用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其特征在于,所述关键故障是静态安全裕度最小的故障;关键设备是关键故障下静态安全裕度最小的设备;关键设备的静态安全裕度大于0的运行方式安全状态为安全,记为ja,关键设备的静态安全裕度小于0的运行方式安全状态为不安全,记为jb。
5.根据权利要求1所述的用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其特征在于,所述对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展的方法,包括:
步骤1:在功率注入空间中基于插值法构造新的运行方式,拉近运行方式对特征向量的欧式距离,使其小于阈值E;
其中,阈值E(E<<D)根据需求设置,代表分辨安全状态的功率注入最大误差值;
其中,二分法构造新运行方式c的特征向量计算公式如下:
其中,等距离插入运行方式cm的特征向量计算公式如下:
该步骤插入的运行方式在安全域边界附近,且若不发生安全状态变化,该运行方式在注入空间中半径为E范围内唯一;
步骤3:对所有安全运行方式ja,把特征向量第n个值为最大值和最小值的特征向量分别标记为Vmax.n和Vmin.n;沿对应切向量方向在距离等于E的位置构造新的运行方式通过静态安全分析得到的关键故障、关键设备和安全状态;对所有不安全运行方式jb重复该步骤;
其中,第n个值的最大和最小切向量通过计算现有的安全运行方式ja的特征向量均值得到中心特征向量Cmean,再分别计算Vmax.n-Cmean和Vmin.n-Cmean得到;
该步骤向外拓展运行方式在功率注入空间的覆盖区域;
步骤4:对于安全运行方式ja拓展得到的若的关键故障不同于ja,终止第n参数方向的运行方式拓展;若的关键故障与ja相同,若的安全结果为不安全,延法向量Λ方向在距离E处生成新运行方式通过静态安全分析确认修正的为安全运行方式,若为不安全,使Λ=-Λ重新生成重新执行步骤3至所有参数方向的运行方式拓展均被终止;对不安全运行方式ja重复该步骤;
其中,法向量Λ通过对所有安全运行方式做主成分分析得到;
其中,修正运行方式参数计算公式为:
6.根据权利要求5所述的用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其特征在于,所述步骤2中,用最短距离聚类法分别对安全运行方式ja两两相连构成相邻安全运行方式对,包括:
步骤21:把筛选出的运行方式对按安全状态分为两组,包含p个安全运行方式和q个不安全运行方式,分别进行以下聚类分析步骤;
步骤22:对安全运行方式构造特征向量距离矩阵Ω(0),找到最小矩阵元素dKL,运行方式K和运行方式L构成间距为α1的相邻运行方式组,把该相邻运行方式组更新为新聚类M;
步骤23:计算M和其他聚类J的欧式距离dMJ=min(dKJ,dLJ),用合并的聚类M和K、L以外的其他运行方式计算新的欧式距离矩阵Ω(1);
步骤24:重复步骤22直到所有样本合并为一个聚类,对安全运行方式组和不安全运行方式组分别可得α1,α2,...,αp-1和β1,β2,...,βq-1,其两端对应的运行方式[αγ,αγ'](γ=1,…,p-1)和[βγ,βγ'](γ=1,…,q-1)即为相邻运行方式对。
7.根据权利要求5所述的用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成方法,其特征在于,所述步骤4中,安全域边界法向量的计算方法包括:
步骤41:M个运行方式的特征向量KN构成矩阵KM×N,N为特征向量元素个数;
步骤42:计算KM×N的协方差矩阵ΣM×N;
步骤43:计算ΣM×N的特征值和特征向量记为WN和VN×N,其中最小特征值及其对应特征向量为wmin和vmin,vmin作为安全域边界的法向量Λ。
8.一种用于电力系统安全域边界辨识的运行方式生成装置,其特征在于,包括:
历史运行方式分组模块,用于获取电力系统的历史运行方式,根据电网拓扑变化把历史运行方式分为N组;
关键故障确定模块,用于根据组i(i=1,…,N)内运行方式j下所有预想故障的静态安全裕度确定样本的关键故障、关键设备和安全状态;
运行方式对集合构建模块,用于根据关键故障类型把组内运行方式分为Li组,根据组k(k=1,…,Li)内运行方式j的安全状态和特征向量差值大小构成运行方式对集合;
分析扩展模块,用于对组k中的运行方式对集合进行分析并拓展,使安全运行方式和不安全运行方式数量均衡,且拓展得到新运行方式达到组k对应的安全域的有效边界。
9.一种电子设备,其特征在于:包括处理器及存储介质;
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1~7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:该程序被处理器执行时实现权利要求1~7任一项所述方法的步骤。
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