本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)恢復(fù)的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種采用電流追蹤法簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的黑啟動(dòng)分區(qū)方法。

背景技術(shù)：

大停電后的電力系統(tǒng)恢復(fù)可分為黑啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和負(fù)荷恢復(fù)3個(gè)階段。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)階段的主要任務(wù)是盡快為失電機(jī)組送電并逐步建立起一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，為下一階段全面恢復(fù)負(fù)荷打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)階段的系統(tǒng)恢復(fù)策略總體上可分為2類：串行恢復(fù)和并行恢復(fù)。串行恢復(fù)策略在大多數(shù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前接力恢復(fù)各廠站；并行恢復(fù)策略將系統(tǒng)分成幾個(gè)子系統(tǒng)先各自獨(dú)立恢復(fù)，待各子系統(tǒng)恢復(fù)完成后再通過(guò)并網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)。因此，合理的分區(qū)策略可有效降低系統(tǒng)恢復(fù)問(wèn)題的復(fù)雜度，從而加快系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于電流追蹤法簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的黑啟動(dòng)分區(qū)方法，指導(dǎo)調(diào)度人員進(jìn)行恢復(fù)方案的制定。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種采用電流追蹤法簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的黑啟動(dòng)分區(qū)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟s1：將線路權(quán)值定義為節(jié)點(diǎn)間線路的潮流，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建電力系統(tǒng)無(wú)向加權(quán)圖g＝{v，e}；

步驟s2：建立機(jī)組分組模型求解得到機(jī)組分組信息；

步驟s3:以步驟s1得到的機(jī)組分組信息為基礎(chǔ),采用電流追蹤法計(jì)算得到支路電流中各電源分量,并以此為基礎(chǔ)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行簡(jiǎn)化得到圖g’；

步驟s4：分別計(jì)算圖g’的鄰接矩陣w和對(duì)角陣d；

步驟s5：計(jì)算規(guī)范化拉普拉斯矩陣lrw＝d^-1(d-w)；

步驟s6：求lrw的前k個(gè)最小的特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，并根據(jù)這些向量組成列矩陣h；

步驟s7：將h的每一行看作k維空間中的一個(gè)向量，用k-means++算法進(jìn)行聚類計(jì)算。得到的聚類結(jié)果中每一行所屬類別就是圖g’中各個(gè)節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)；

步驟s8：判斷各個(gè)分區(qū)的有功發(fā)電容量和負(fù)荷是否基本平衡，如果存在嚴(yán)重不平衡的情形，則將邊界上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新劃分，以維持各個(gè)子系統(tǒng)有功發(fā)電容量和負(fù)荷的平衡；

步驟s9:把在簡(jiǎn)化過(guò)程中被合并的節(jié)點(diǎn)還原，得到原始電力網(wǎng)絡(luò)圖g中n個(gè)節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)。

進(jìn)一步的，所述步驟s1中線路權(quán)值的計(jì)算方法如下：

定義線路的權(quán)值wij為

wij＝|pij|

式中:wij為節(jié)點(diǎn)i與j之間線路的權(quán)值；|pij|為節(jié)點(diǎn)i與j之間線路的有功潮流的絕對(duì)值，并利用停電前線路的有功功率的絕對(duì)值作為|pij|的近似值。

進(jìn)一步的，所述步驟s2中的機(jī)組分組模型如下：

式中：b為分組個(gè)數(shù)；q為分組編號(hào)；nq為分組q內(nèi)的待恢復(fù)機(jī)組個(gè)數(shù)；r為所有待恢復(fù)機(jī)組的個(gè)數(shù)；[0，tc]為設(shè)定的時(shí)間區(qū)間；為分組q中機(jī)組g在t時(shí)刻所恢復(fù)的輸出有功功率；pstart,g(t)為機(jī)組g在t時(shí)刻消耗的有功功率；pneed,g為啟動(dòng)機(jī)組g所需要的最小啟動(dòng)功率；tstart,g和tcrank,g分別為機(jī)組g的啟動(dòng)時(shí)刻(對(duì)于非黑啟動(dòng)機(jī)組，其啟動(dòng)時(shí)刻為獲取啟動(dòng)功率的時(shí)刻)和開(kāi)始爬坡對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；rg為機(jī)組g的爬坡速率；pmax,g為機(jī)組g的最大輸出有功功率。

進(jìn)一步的，所述步驟s3中基于電流追蹤法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化的方法如下：

在已經(jīng)求得機(jī)組分組信息的前提下，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)所有出線的線路電流都來(lái)自于被分到一組的機(jī)組，那么就將該節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)所連支路劃分到這組機(jī)組所屬的區(qū)域中。

進(jìn)一步的，所述步驟s4中的鄰接矩陣w和對(duì)角陣d的計(jì)算方法如下：

w為鄰接矩陣，其元素wij的取值如下：若vi和vj為相鄰節(jié)點(diǎn)，則wij等于vi和vj之間邊的權(quán)值；若vi和vj為不相鄰的節(jié)點(diǎn)，則wij＝0；若i＝j(luò)，則wij＝0。

本發(fā)明的研究主要針對(duì)無(wú)向圖，故wij＝wji。

進(jìn)一步的，所述步驟s7中的k-means++算法的步驟如下：

步驟1：從數(shù)據(jù)點(diǎn)集合x(chóng)中任意的選擇一個(gè)點(diǎn)x1作為第一個(gè)初始聚類中心。

步驟2：對(duì)于數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)xi，計(jì)算它與已選擇的最近的初始聚類中心之間的距離d(xi)。

步驟3：以為概率選擇一個(gè)新的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為初始聚類中心。

步驟4：重復(fù)步驟2和步驟3直到k個(gè)初始聚類中心都被選出來(lái)。

步驟5：利用這k個(gè)初始聚類中心來(lái)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的k-means算法。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：能夠合理地進(jìn)行分區(qū)，降低系統(tǒng)恢復(fù)問(wèn)題的復(fù)雜度，從而加快系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)程。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖2是本發(fā)明圖1所示實(shí)施例的最終恢復(fù)分區(qū)恢復(fù)結(jié)果。

圖3為本發(fā)明原始電力網(wǎng)絡(luò)圖g中n個(gè)節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供一種基于電流追蹤法采用電流追蹤法簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的黑啟動(dòng)分區(qū)方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟s1：將線路權(quán)值定義為節(jié)點(diǎn)間線路的潮流，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建電力系統(tǒng)無(wú)向加權(quán)圖g＝{v，e}。

步驟s1中線路權(quán)值的計(jì)算方法如下：

定義線路的權(quán)值wij為

wij＝|pij|

式中:wij為節(jié)點(diǎn)i與j之間線路的權(quán)值；|pij|為節(jié)點(diǎn)i與j之間線路的有功潮流的絕對(duì)值。由于在系統(tǒng)恢復(fù)前制定黑啟動(dòng)分區(qū)方法時(shí)無(wú)法預(yù)知系統(tǒng)恢復(fù)后的聯(lián)絡(luò)線潮流,所以本發(fā)明利用停電前線路的有功功率的絕對(duì)值作為|pij|的近似值。

步驟s2：假設(shè)30、31和34為黑啟動(dòng)機(jī)組所在節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)32、33、35、36、37、38、39為待恢復(fù)的發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)，取機(jī)組分組個(gè)數(shù)為3，建立機(jī)組分組模型求解得到機(jī)組分組信息。

式中：b為分組個(gè)數(shù)；q為分組編號(hào)；nq為分組q內(nèi)的待恢復(fù)機(jī)組個(gè)數(shù)；r為所有待恢復(fù)機(jī)組的個(gè)數(shù)；[0，tc]為設(shè)定的時(shí)間區(qū)間；為分組q中機(jī)組g在t時(shí)刻所恢復(fù)的輸出有功功率；pstart,g(t)為機(jī)組g在t時(shí)刻消耗的有功功率；pneed,g為啟動(dòng)機(jī)組g所需要的最小啟動(dòng)功率；tstart,g和tcrank,g分別為機(jī)組g的啟動(dòng)時(shí)刻(對(duì)于非黑啟動(dòng)機(jī)組，其啟動(dòng)時(shí)刻為獲取啟動(dòng)功率的時(shí)刻)和開(kāi)始爬坡對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；rg為機(jī)組g的爬坡速率；pmax,g為機(jī)組g的最大輸出有功功率。此外，在恢復(fù)過(guò)程中，還需要滿足發(fā)電機(jī)出力約束、火電機(jī)組的熱啟動(dòng)時(shí)間約束、機(jī)組的冷啟動(dòng)時(shí)間約束等。

采用遺傳算法求解得到機(jī)組分組信息。待回復(fù)機(jī)組分組結(jié)果如表1所示。

表1待恢復(fù)機(jī)組的分組結(jié)果

步驟s3:以步驟s1得到的機(jī)組分組信息為基礎(chǔ),如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)所有出線的線路電流都來(lái)自于被分到一組的機(jī)組，那么就將該節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)所連支路劃分到這組機(jī)組所屬的區(qū)域中,采用電流追蹤法計(jì)算得到支路電流中各電源分量。如表2所示。

表2支路電流與分組電源電流之間的關(guān)系

并以此為基礎(chǔ)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到可簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)所屬分組如表3所示。

表3可簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)的分組結(jié)果

最后得到網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化圖g’如圖2所示。

步驟s4：分別計(jì)算圖g’的鄰接矩陣w和對(duì)角陣d。

步驟s4中的鄰接矩陣w和對(duì)角陣d的計(jì)算方法如下：

w為鄰接矩陣，其元素wij的取值如下：若vi和vj為相鄰節(jié)點(diǎn)，則wij等于vi和vj之間邊的權(quán)值；若vi和vj為不相鄰的節(jié)點(diǎn)，則wij＝0；若i＝j(luò)，則wij＝0。

本發(fā)明的研究主要針對(duì)無(wú)向圖，故wij＝wji。

步驟s5：計(jì)算規(guī)范化拉普拉斯矩陣lrw＝d^-1(d-w)。

步驟s6：求lrw的前k個(gè)最小的特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，并根據(jù)這些向量組成列矩陣h。

步驟s7：將h的每一行看作k維空間中的一個(gè)向量，用k-means++算法進(jìn)行聚類計(jì)算。

k-means++算法的步驟如下：

步驟a：從數(shù)據(jù)點(diǎn)集合x(chóng)中任意的選擇一個(gè)點(diǎn)x1作為第一個(gè)初始聚類中心。

步驟b：對(duì)于數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)xi，計(jì)算它與已選擇的最近的初始聚類中心之間的距離d(xi)。

步驟c：以為概率選擇一個(gè)新的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為初始聚類中心。

步驟d：重復(fù)步驟2和步驟3直到k個(gè)初始聚類中心都被選出來(lái)。

步驟e：利用這k個(gè)初始聚類中心來(lái)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的k-means算法。

得到的聚類結(jié)果中每一行所屬類別就是圖g’中各個(gè)節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)，分區(qū)結(jié)果如表4所示。

表4黑啟動(dòng)分區(qū)劃分結(jié)果

步驟s8：判斷各個(gè)分區(qū)的有功發(fā)電容量和負(fù)荷是否基本平衡，如果存在嚴(yán)重不平衡的情形，則將邊界上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新劃分，以維持各個(gè)子系統(tǒng)有功發(fā)電容量和負(fù)荷的平衡。

步驟s9:把在簡(jiǎn)化過(guò)程中被合并的節(jié)點(diǎn)還原,即可得到原始電力網(wǎng)絡(luò)圖g中n個(gè)節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)，如圖3所示。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。