專利名稱：基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全技術(shù)和電力系統(tǒng)緊急控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
受用電負(fù)荷快速增長、大容量新能源發(fā)電并網(wǎng)和電力市場(chǎng)改革等因素的影響，大型互聯(lián)電網(wǎng)的運(yùn)行點(diǎn)越來越接近于其運(yùn)行極限。這種情況下電網(wǎng)的安全穩(wěn)定裕度降低，發(fā)生嚴(yán)重的擾動(dòng)或故障時(shí)，如果不能及時(shí)采取有效措施，可能造成事故的擴(kuò)大乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的崩潰，例如2003年的美加大停電和2006年的歐洲“11. 4”大停電?；趶V域測(cè)量系統(tǒng)的主動(dòng)解列在系統(tǒng)受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)、無法繼續(xù)完整運(yùn)行時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)將系統(tǒng)解列為多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的孤島，可有效避免和限制大停電的影響[文獻(xiàn) ISUN Kai, ZH ENG Dazhong, LU Qiang. Splitting strategies for islanding operation of large-scale power systems using OBDD—based methods. IEEE Trans, on Power Syst. ,2003,18(2) :912-922.]、[文獻(xiàn)2沈沉，吳佳耘，喬穎，等.電力系統(tǒng)主動(dòng)解列控制方法的研究.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006J6(13) :1-6.[文獻(xiàn)3WANGX. Slow coherency grouping based islanding using minimal cutsets and generator coherency index tracing using the continuation method [D] · Ames : Iowa State University，2005.]、[文獻(xiàn) 4TERZIJA V.，VALVERDE G.，CAI D. Y.，et al. Wide area monitoring，protection and control of future electric power networks. Proceedings of the IEEE，2011，99 (1) 80-93.]。主動(dòng)解列可以用來應(yīng)對(duì)不同的緊急事件，例如區(qū)域間振蕩、電壓崩潰、潮流轉(zhuǎn)移等。與主動(dòng)解列相關(guān)的三個(gè)主要問題是1)是否解列及何時(shí)解列(解列判據(jù)和時(shí)序問題)； 2)在哪兒解列(確定解列策略)；幻解列后孤島內(nèi)的緊急控制措施。在一個(gè)有q條線路的系統(tǒng)中，解列的組合有種，是一個(gè)指數(shù)空間。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，在這樣一個(gè)指數(shù)空間內(nèi)確定解列策略將遭遇組合爆炸問題，求解極其困難[文獻(xiàn)1]。根據(jù)主動(dòng)解列的目標(biāo)函數(shù)不同，現(xiàn)有的主動(dòng)解列算法主要可以分為兩大類最小有功不平衡和最小有功潮流沖擊。這兩種目標(biāo)函數(shù)的區(qū)別在于，有功潮流沖擊可以用解列斷面上有功潮流的代數(shù)和表示，而有功不平衡則可以用解列斷面上有功潮流算術(shù)和的絕對(duì)值來表示(需要考慮有功潮流的方向性)。1)以最小有功不平衡為目標(biāo)函數(shù)的方法以最小有功不平衡為目標(biāo)函數(shù)，可以保證孤島內(nèi)的有功平衡、盡可能減少解列后需要減載的負(fù)荷數(shù)量?，F(xiàn)有的以有功不平衡為目標(biāo)函數(shù)的方法基本都考慮了有功不平衡和發(fā)電機(jī)同調(diào)這兩個(gè)約束條件[文獻(xiàn)1]、[文獻(xiàn)2]、[文獻(xiàn)3]。由于求解最小有功不平衡問題是一個(gè)NP-hard問題，這意味著沒有多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)的有效算法[文獻(xiàn)1]。為滿足在線計(jì)算的快速性要求，現(xiàn)有的方法要么對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大量化簡后(化簡到幾十節(jié)點(diǎn)以下)、搜索問題的全局最優(yōu)解[文獻(xiàn)1]；要么犧牲對(duì)全局最優(yōu)解的要求、通過啟發(fā)式算法來尋找系統(tǒng)的本地最優(yōu)解[文獻(xiàn)5汪成根，張保會(huì)，郝治國，等.一種電力系統(tǒng)失步解列面的實(shí)時(shí)搜索方法.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30 (7) :48-55.]。將一個(gè)成百上千節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)化簡到幾十節(jié)點(diǎn)以下，會(huì)丟失很多可行解，從而可能錯(cuò)過最優(yōu)解； 而采用啟發(fā)式算法，則解的質(zhì)量無法保證。2)以最小有功潮流沖擊為目標(biāo)函數(shù)的方法以最小有功潮流沖擊為目標(biāo)函數(shù)，可以降低解列操作對(duì)系統(tǒng)帶來的沖擊。目前的以最小有功潮流沖擊為目標(biāo)函數(shù)的方法都具有較高的計(jì)算效率，但它們將主動(dòng)解列看作不帶約束的優(yōu)化問題，具有很大的局限性[文獻(xiàn)6HA0 L.，ROSENWALD G. W.，JUNG J.， et al.Strategic power infrastructure defense. Proceedings of the IEEE,2005, 93(5) :918-933]和[文獻(xiàn) 7PEIRAVI Α.，ILDARABADI R.，Comparison of computational requirements for spectral and kernel k-means bisection of power system. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2009，3 (3) :2366-2388]。忽略發(fā)電機(jī)的同步約束、得到的解可能包含不同步的發(fā)電機(jī)，無法形成穩(wěn)定的孤島運(yùn)行。另外，直接在電網(wǎng)中應(yīng)用譜聚類而不考慮任何約束，很容易將某一個(gè)孤立的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分割出來。在求解主動(dòng)解列時(shí)，這兩種情況都是不可接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法。在第一階段中，利用歸一化譜聚類來識(shí)別同調(diào)機(jī)群，并利用這些同調(diào)機(jī)群形成成對(duì)約束；第二階段則使用約束譜聚類來尋找滿足成對(duì)約束的、具有最小有功潮流沖擊的解列斷面。本發(fā)明考慮了發(fā)電機(jī)同調(diào)和最小有功潮流沖擊兩個(gè)因素，可以在不化簡系統(tǒng)拓?fù)涞那闆r下，在線確定解列策略。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法，具體步驟為
權(quán)利要求
1. 一種基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法，其特征是，具體步驟為第一階段，首先根據(jù)電力系統(tǒng)的線性化動(dòng)態(tài)模型，構(gòu)建動(dòng)態(tài)圖；這個(gè)圖只包含發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，其邊的權(quán)重為同步系數(shù)3^/^ ，表示節(jié)點(diǎn)i和j之間的動(dòng)態(tài)耦合；利用歸一化譜聚類算法對(duì)動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行分割，尋找式
2.如權(quán)利要求1所述的基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法，其特征是，所述第一階段的具體步驟為1)以3^//^ 作為邊的權(quán)重來構(gòu)造動(dòng)態(tài)圖；2)求解廣義特征方程LDl9= λΜ3，得到前兩個(gè)特征向量餌，S1 ；3)以科，<92為列向量構(gòu)成矩陣J，選取J的第i行行向量Jie R2對(duì)應(yīng)著圖的節(jié)點(diǎn)；4)利用k-medoids算法將節(jié)點(diǎn)eR2進(jìn)行聚類，分成Vei和Ve2兩組；5)假定前Hi1個(gè)發(fā)電機(jī)屬于群Vei，接下來m2個(gè)發(fā)電機(jī)屬于群Ve2，則約束矩陣如式U =L1L-1M2m2n-bK-bm^in-b) n-b ^{n-b)x{n-b) J
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法， 其特征是，所述構(gòu)建動(dòng)態(tài)圖的過程為針對(duì)一個(gè)包含m個(gè)發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)，根據(jù)下式來計(jì)算其拉普拉斯矩陣，從而構(gòu)建動(dòng)態(tài)圖G(Ve)
4.如權(quán)利要求1所述的基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法，其特征是，所述第二階段包括以下步驟1)以(IPijI+IPji I)/2作為邊的權(quán)重來構(gòu)造靜態(tài)圖( ;2)求解廣義特征方程
5.如權(quán)利要求1或4所述的基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法， 其特征是，所述構(gòu)建靜態(tài)圖&的過程為針對(duì)一個(gè)包含η條母線的電力系統(tǒng)，利用潮流數(shù)據(jù)來構(gòu)建靜態(tài)圖G(V)，表示節(jié)點(diǎn)間的有功交換的絕對(duì)值；由于網(wǎng)損的影響，線路兩端測(cè)到的有功IpuI和IPJ是不同的，采用 (IPij I +1Pji I)/2作為邊的權(quán)重，則靜態(tài)圖( 的拉普拉斯矩陣Ls如下所示
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于歸一化譜聚類和約束譜聚類的兩階段主動(dòng)解列方法，在第一階段中，利用歸一化譜聚類來識(shí)別同調(diào)機(jī)群，并利用這些同調(diào)機(jī)群形成成對(duì)約束；第二階段則使用約束譜聚類來尋找滿足成對(duì)約束的、具有最小有功潮流沖擊的解列斷面。當(dāng)系統(tǒng)需要被解列為多個(gè)孤島時(shí)，使用遞歸二分法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明算法考慮了發(fā)電機(jī)同調(diào)和最小有功潮流沖擊兩個(gè)因素，可以在不化簡系統(tǒng)拓?fù)涞那闆r下，對(duì)主動(dòng)解列問題實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102244394SQ201110173468
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者丁磊 申請(qǐng)人:山東大學(xué)