專利名稱：一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與控制領(lǐng)域，特別涉及一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
切負(fù)荷作為一種直接有效的預(yù)防校正手段，對(duì)維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有著重要的意義。參考文獻(xiàn)[1-5]對(duì)切負(fù)荷計(jì)算方法進(jìn)行了深入的研究。參考文獻(xiàn)[1]通過(guò)求解基于靈敏度的連續(xù)線性規(guī)劃問(wèn)題來(lái)計(jì)算負(fù)荷調(diào)整量進(jìn)行潮流可行解恢復(fù)；同樣為恢復(fù)潮流解；參考文獻(xiàn)[2]通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法求解非線性規(guī)劃來(lái)獲得最小切負(fù)荷量；參考文獻(xiàn)[3]基于不變子空間參數(shù)靈敏度將切負(fù)荷量的計(jì)算劃分為潮流解恢復(fù)、減載量最小化和最有效控制識(shí)別三個(gè)子問(wèn)題來(lái)依次求解；參考文獻(xiàn)[4]采用近似規(guī)劃法求取缺電損失最小的切負(fù)荷模型 ’參考文獻(xiàn)[5]基于負(fù)荷動(dòng)態(tài)等值來(lái)確定切負(fù)荷策略以克服故障后母線電壓恢復(fù)緩慢的問(wèn)題。以上參考文獻(xiàn)[1-5]均為傳統(tǒng)的“逐點(diǎn)”方法，在線應(yīng)用時(shí)面對(duì)大量的預(yù)想故障具有較為繁重的計(jì)算量。近年來(lái)發(fā)展的“域”的方法憑借其“離線計(jì)算和在線應(yīng)用”的特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)的安全監(jiān)視與控制中逐漸得到重視。參考文獻(xiàn)[6]提出一種基于安全域的電網(wǎng)緊急控制最小切負(fù)荷計(jì)算方法，該文獻(xiàn)刊登在中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)的第13期、第30卷。作者將系統(tǒng)緊急控制的問(wèn)題劃分為恢復(fù)電壓穩(wěn)定和排除系統(tǒng)支路越限兩個(gè)子問(wèn)題。分別利用割集電壓穩(wěn)定域和有功靜態(tài)安全域描述這兩個(gè)子問(wèn)題的約束，進(jìn)而提出一種快速確定最小切負(fù)荷方案的節(jié)點(diǎn)對(duì)集的方法。該方法通過(guò)安全域邊界的超平面描述確定對(duì)某條越限支路控制最有效的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和發(fā)電節(jié)點(diǎn)對(duì)， 針對(duì)該節(jié)點(diǎn)對(duì)能計(jì)算出排除該越限的最小切負(fù)荷量。但是割集空間的電壓穩(wěn)定域在使用上具有一定的局限性，因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)中，電壓薄弱節(jié)點(diǎn)在地理的分布上并不是總集中在少數(shù)局部區(qū)域，所以弱節(jié)點(diǎn)集如果選取不當(dāng)，會(huì)對(duì)割集電壓穩(wěn)定域的求取產(chǎn)生一定的影響。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下的缺點(diǎn)和不足通過(guò)“逐點(diǎn)法”求解系統(tǒng)切負(fù)荷量時(shí)，面對(duì)大量的預(yù)想故障，要承受較為繁重的計(jì)算量，但最后往往只得到較為有限的信息，所以“逐點(diǎn)法”并不適合在線應(yīng)用；而通過(guò)割集電壓穩(wěn)定域來(lái)求取系統(tǒng)切負(fù)荷量的方法在處理電壓穩(wěn)定約束時(shí)又具有一定的局限性。參考文獻(xiàn)[1] T J Overbye. Computation of a practical method to restore power flow solvability[J], IEEE Trans on Power Systems,1995,10(1) :280-287.[2] S Granville, JCO Mello, ACG Melo. Application of interior point methods to power flow unsolvability[J]. IEEE Trans on Power Systems,1996,11(2) 1096-1103.[3] Z Feng,V Ajjarapu,D J Maratukulam. A practical minimum load shedding strategy to mitigate voltage collapse. IEEE Trans on Power Systems,1998,13 (4) 1285-1291.[4]王剛，蔡興國(guó)，馬平，缺電損失最小化減負(fù)荷算法的研究[J]，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25 Ql) :45-50.[5]H Bai, V Ajjarapu.A novel online load shedding strategy for mitigating fault-induced delayed voltage recovery. IEEE trans on Power Systems, 2011,26(10) :294-304.[6]王菲，余貽鑫，劉艷麗，基于安全域的電網(wǎng)最小切負(fù)荷計(jì)算方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30 (13) :28-33.

發(fā)明內(nèi)容
為了解決“逐點(diǎn)法”在線應(yīng)用時(shí)龐大的計(jì)算量和割集電壓穩(wěn)定域使用時(shí)的局限性， 本發(fā)明提供了一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法，詳見(jiàn)下文描述一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法，所述方法包括以下步驟(1)利用蒙特卡洛法在搜索空間中選擇隨機(jī)初始點(diǎn)，在所述隨機(jī)初始點(diǎn)中任取一個(gè)樣本&作為第一個(gè)類別Γ工的聚類中心Cl，X1對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)方向1^作為所述第一個(gè)類別 1\的增長(zhǎng)方向矢量t1;(2)對(duì)第i個(gè)樣本Xi,計(jì)算bi與各已存在類別增長(zhǎng)方向矢量、之間的夾角 =1，2，...M)，M為已存在類別數(shù)目；(3)確定與所述、夾角最小的類別Γρ及最小夾角θρ;(4)判斷所述最小夾角θ ρ是否滿足最小相似度，如果是，執(zhí)行步驟(5)；如果否， 執(zhí)行步驟(6)；(5)將所述樣本Xi歸入Γρ類，同時(shí)按照第一公式更新聚類中Wcp和增長(zhǎng)方向矢量％后，執(zhí)行步驟O)，當(dāng)所有樣本計(jì)算完畢，結(jié)束聚類過(guò)程，執(zhí)行步驟(7)；(6)M = Μ+1，將所述樣本Xi作為一個(gè)新的類別ΓΜ，tM = bi;執(zhí)行步驟⑵，當(dāng)所有樣本計(jì)算完畢，結(jié)束聚類過(guò)程，執(zhí)行步驟(7)；(7)以M個(gè)聚類中心組成的樣本空間Φ2 = {Cl，c2，. . .，cM}調(diào)用連續(xù)潮流來(lái)計(jì)算電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，獲取所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)；(8)通過(guò)所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)處的靈敏度信息以及分岔原理求取局部切平面法向量；(9)將所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)依據(jù)所述局部切平面法向量的相似性聚類成K類，Ψ ={Ψ” Ψ2，. . .，Ψκ}；對(duì)每一類聚類后的所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)分別使用最小二乘法進(jìn)行超平面的擬合，獲取穩(wěn)定域超平面；(10)定義一個(gè)與所述穩(wěn)定域超平面平行，且沿負(fù)荷增長(zhǎng)方向b與所述穩(wěn)定域超平面距離為λ cr的安全超平面，求解所述安全超平面的系數(shù)；(11)根據(jù)所述安全超平面的系數(shù)計(jì)算最小切負(fù)荷量(Ay)；其中，所述第一公式具體為S=I Σ x^t, =77" Zb;，Np為納入Xi后Γ p類別總樣本數(shù)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法，本發(fā)明考慮到有功靜態(tài)安全域可以很好的處理嚴(yán)重故障導(dǎo)致的熱穩(wěn)定越限問(wèn)題，因此為了解決“逐點(diǎn)法”在線應(yīng)用時(shí)龐大的計(jì)算量和割集電壓穩(wěn)定域使用時(shí)的局限性，本發(fā)明以電壓穩(wěn)定作為主要約束，研究利用概念更加清晰的注入空間電壓穩(wěn)定域(IVSR)來(lái)確定穩(wěn)定控制中的最小切負(fù)荷量，從而，將最小切負(fù)荷計(jì)算有效的轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的空間幾何計(jì)算，并且可以提供系統(tǒng)全局運(yùn)行信息以優(yōu)化控制量。本發(fā)明在IVSR_PL計(jì)算的第一階段并沒(méi)有對(duì)所有的隨機(jī)初始點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，而是以隨機(jī)初始點(diǎn)的聚類中心為代表進(jìn)行電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)的計(jì)算，這樣即可保證精度，又可避免大量重復(fù)計(jì)算，大大提高了 IVSR_PL的計(jì)算效率；在第二階段獲得電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)后， 本發(fā)明首次使用聚類技術(shù)對(duì)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)分類進(jìn)行穩(wěn)定域的超平面擬合，本發(fā)明更加精確的求解出穩(wěn)定域的邊界，從而將最小切負(fù)荷量的計(jì)算成功的轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的空間幾何的計(jì)算；相比逐點(diǎn)法”和基于割集電壓穩(wěn)定域的方法，本發(fā)明不僅可以基于全局信息給出最小切負(fù)荷量，并且計(jì)算代價(jià)更小、適用范圍更廣。


圖1為本發(fā)明提供的IVSR_PL的兩階段計(jì)算示意圖；圖2為本發(fā)明提供的二維空間最小切負(fù)荷計(jì)算示意圖；圖3為本發(fā)明提供的IEEE-6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明提供的6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)IVSR_PL的計(jì)算結(jié)果的示意圖；圖5為本發(fā)明提供的IEEE-39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了解決“逐點(diǎn)法”在線應(yīng)用時(shí)龐大的計(jì)算量和割集電壓穩(wěn)定域使用時(shí)的局限性， 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法，詳見(jiàn)下文描述作為最小切負(fù)荷量的基礎(chǔ)， 本發(fā)明實(shí)施例以系統(tǒng)有功負(fù)荷為獨(dú)立變量將IVSR降維至有功負(fù)荷注入空間(IVSR_PL)中進(jìn)行研究和計(jì)算，參見(jiàn)圖1和圖2，主要包括以下兩個(gè)階段第一階段生成大量隨機(jī)初始點(diǎn)，根據(jù)隨機(jī)初始點(diǎn)增長(zhǎng)方向的相似性進(jìn)行聚類，以聚類中心為代表進(jìn)行電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)計(jì)算；第二階段在所需電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)獲得后，通過(guò)穩(wěn)定臨界點(diǎn)處的靈敏度信息求取出該穩(wěn)定臨界點(diǎn)局部切平面的法向量，然后通過(guò)局部切平面的法向量的相似性對(duì)穩(wěn)定臨界點(diǎn)進(jìn)行聚類和擬合。矢量量化(VQ)聚類在使用電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)進(jìn)行安全域超平面擬合時(shí)，若電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)局部切平面法向量差別較大時(shí)，則意味著穩(wěn)定域邊界在該處的曲率較大，如若使用同一超平面來(lái)擬合則不足以保證精度，所以本發(fā)明實(shí)施例首次采用聚類分析方法來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定域超平面的分類精確擬合。而VQ聚類分析方法可自適應(yīng)的調(diào)整聚類數(shù)目，給出滿足相似度要求的聚類結(jié)果，可適用于本發(fā)明實(shí)施例。以第一階段為例給出VQ聚類分析的計(jì)算過(guò)程101 利用蒙特卡洛法在搜索空間中選擇隨機(jī)初始點(diǎn)，在隨機(jī)初始點(diǎn)中任取一個(gè)樣本&作為第一個(gè)類別Γ工的聚類中心Cl，Xl對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)方向1^作為第一個(gè)類別q的增長(zhǎng)方向矢量、；其中，由樣本構(gòu)成了樣本空間Φ1Ι5
102:對(duì)第i個(gè)樣本Xi，計(jì)算bi與各已存在類別增長(zhǎng)方向矢量、之間的夾角θ。七· =1，2，...Μ)，Μ為已存在類別數(shù)目；103 確定與h夾角最小的類別Γ p及最小夾角θ ρ ；104 判斷最小夾角θ ρ是否滿足最小相似度，如果是，執(zhí)行步驟105 ；如果否，執(zhí)行步驟106 ；105 將樣本Xi歸入Γρ類，同時(shí)按照第一公式更新聚類中Wcp和增長(zhǎng)方向矢量％ 后，執(zhí)行步驟102，當(dāng)所有樣本計(jì)算完畢，結(jié)束聚類過(guò)程，執(zhí)行步驟107 ；其中，第一公式為S=I Zx;'1, =77" Zb;(1)Np為納入Xi后Γ p類別總樣本數(shù)。106 =M = M+1，將Xi作為一個(gè)新的類別ΓΜ，tM = bi;執(zhí)行步驟102，當(dāng)所有樣本計(jì)算完畢，結(jié)束聚類過(guò)程，執(zhí)行步驟107 ；107:以M個(gè)聚類中心組成的樣本空間Φ2= {Cl，c2，...，cM}調(diào)用連續(xù)潮流來(lái)計(jì)算電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，獲取電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)；通過(guò)VQ聚類分析可將大量隨機(jī)初始點(diǎn)依據(jù)負(fù)荷增長(zhǎng)方向的相似性劃分為M個(gè)類別，最終φ2 = {Cl，C2, ... , cM}可代替O1進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算。臨界點(diǎn)局部切平面法向量的求取108:通過(guò)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)處的靈敏度信息以及分岔原理求取局部切平面法向量；本發(fā)明實(shí)施例以二維負(fù)荷注入空間為例進(jìn)行具體推導(dǎo)設(shè)A(y1; y2)為初始點(diǎn)，沿負(fù)荷增長(zhǎng)方向b = [bi; b2]得到電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)B，負(fù)荷裕度為λ ；考慮對(duì)負(fù)荷增長(zhǎng)方向做微擾后變?yōu)閇VAb1, b2]和[bi; b2+Al32]，則此時(shí)沿微擾后增長(zhǎng)方向得到對(duì)應(yīng)的電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)C和D，記兩點(diǎn)的負(fù)荷裕度分別為λ+Δ入工和 λ +Δ λ 2；其中，各電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)的臨界注入如表1所示表1 B，C，D點(diǎn)處的臨界注入
權(quán)利要求
1. 一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)利用蒙特卡洛法在搜索空間中選擇隨機(jī)初始點(diǎn)，在所述隨機(jī)初始點(diǎn)中任取一個(gè)樣本X1作為第一個(gè)類別Γ i的聚類中心Cl，X1對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)方向bi作為所述第一個(gè)類別r i的增長(zhǎng)方向矢量t1;(2)對(duì)第i個(gè)樣本Xi，計(jì)算h與各已存在類別增長(zhǎng)方向矢量、之間的夾角θu (j = 1， 2，...M)，M為已存在類別數(shù)目；(3)確定與所述bi夾角最小的類別Γρ及最小夾角θρ;(4)判斷所述最小夾角θρ是否滿足最小相似度，如果是，執(zhí)行步驟(5)；如果否，執(zhí)行步驟(6)；(5)將所述樣本Xi歸入所述Γρ類，同時(shí)按照第一公式更新聚類中Wcp和增長(zhǎng)方向矢量％后，執(zhí)行步驟O)，當(dāng)所有樣本計(jì)算完畢，結(jié)束聚類過(guò)程，執(zhí)行步驟(7)；(6)M= Μ+1，將所述樣本Xi作為一個(gè)新的類別ΓΜ，tM = 執(zhí)行步驟⑵，當(dāng)所有樣本計(jì)算完畢，結(jié)束聚類過(guò)程，執(zhí)行步驟(7)；(7)以M個(gè)聚類中心組成的樣本空間Φ2={Cl，c2，...，cM}調(diào)用連續(xù)潮流來(lái)計(jì)算電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，獲取所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)；(8)通過(guò)所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)處的靈敏度信息以及分岔原理求取局部切平面法向量；(9)將所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)依據(jù)所述局部切平面法向量的相似性聚類成K類，Ψ= {Ψ” Ψ2，. . .，Ψκ}；對(duì)每一類聚類后的所述電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)分別使用最小二乘法進(jìn)行超平面的擬合，獲取穩(wěn)定域超平面；(10)定義一個(gè)與所述穩(wěn)定域超平面平行，且沿負(fù)荷增長(zhǎng)方向b與所述穩(wěn)定域超平面距離為λ cr的安全超平面，求解所述安全超平面的系數(shù)；(11)根據(jù)所述安全超平面的系數(shù)計(jì)算最小切負(fù)荷量(Ay)；其中，所述第一公式具體為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種最小切負(fù)荷計(jì)算方法，涉及電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與控制領(lǐng)域，在IVSR_PL計(jì)算的第一階段并沒(méi)有對(duì)所有的隨機(jī)初始點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，而是以隨機(jī)初始點(diǎn)的聚類中心為代表進(jìn)行電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)的計(jì)算，這樣既可保證精度，又可避免大量重復(fù)計(jì)算，大大提高了IVSR_PL的計(jì)算效率；在第二階段獲得電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)后，首次使用聚類技術(shù)依據(jù)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)處局部切平面法向量的相似性對(duì)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)進(jìn)行分類擬合，從而更加精確的求解出穩(wěn)定域的邊界，并將最小切負(fù)荷量的計(jì)算成功的轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的空間幾何的計(jì)算；相比逐點(diǎn)法”和基于割集電壓穩(wěn)定域的方法，不僅可以基于全局信息給出最小切負(fù)荷量，并且計(jì)算代價(jià)更小、適用范圍更廣。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102231174SQ201110178438
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者苗偉威, 董澤寅, 賈宏杰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)