本發(fā)明是關于一種電力系統(tǒng)運行方式場景的計算方法及計算系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)調(diào)度運行與規(guī)劃領域。

背景技術：

隨著中國電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力體制改革的不斷深入，中國電力工業(yè)發(fā)生了重大的變化，在當代電力系統(tǒng)的發(fā)展和科學進步的影響下，中國電網(wǎng)結構和運行控制手段不斷改善，電網(wǎng)穩(wěn)定運行水平有了較大的提高，在最大程度上確保中國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，其中，電力調(diào)度機構和電網(wǎng)規(guī)劃部門所起的作用尤為重要，而電力調(diào)度機構和電網(wǎng)規(guī)劃部門的重要職責之一就是電力系統(tǒng)運行方式的編制，電力系統(tǒng)運行方式不僅指導現(xiàn)有電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運行，也為未來電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃等發(fā)展提供技術參考。

然而，隨著中國跨區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模擴大、電網(wǎng)結構日趨復雜以及新能源快速發(fā)展，這在提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行水平的同時也造成電力系統(tǒng)運行方式更為復雜多變，這將導致電網(wǎng)關鍵控制性運行安全約束可能并不發(fā)生在極端負荷日，僅針對典型運行方式的計算與分析將無法滿足未來電力系統(tǒng)運行計算與分析的客觀要求，傳統(tǒng)的人工調(diào)整潮流方式將難以滿足精細化潮流計算與分析的實際情況，這就對電力系統(tǒng)運行方式管理提出更高的要求。目前電力系統(tǒng)運行方式的編制工作主要是由調(diào)度計劃運行人員手動編制，不僅僅效率低下，更不可能實現(xiàn)精細化的電力系統(tǒng)運行方式的編制問題，且電力系統(tǒng)運行方式場景計算的自動化、科學化和智能化水平不高，電力系統(tǒng)運行方式的分類較為粗放，難以適應未來電力系統(tǒng)運行方式精細化管理的客觀需求。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高場景計算自動化、科學化和智能化水平的電力系統(tǒng)運行方式場景的計算方法及計算系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種電力系統(tǒng)運行方式場景的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：1)對電力系統(tǒng)運行方式特征向量進行篩選，獲取電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)；2)根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度；3)根據(jù)得到的任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度計算得到每一電力系統(tǒng)運行方式的典型場景。

進一步地，所述步驟1)對電力系統(tǒng)運行方式特征向量進行篩選采用特征變量間相關系數(shù)法，其中，篩選出的電力系統(tǒng)運行方式特征向量包括發(fā)電機有功功率、發(fā)電機無功功率、交流線路有功功率、交流線路無功功率、負荷有功功率和負荷無功功率。

進一步地，所述步驟2)中計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度，包括以下步驟：a)對獲取的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行歸一化處理；b)根據(jù)歸一化處理后的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度。

進一步地，所述步驟a)中對獲取的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行歸一化處理采用最大值方法，具體過程為：

對第i臺發(fā)電機取其所有時刻中視在功率的最大值為基準值，則發(fā)電機有功功率和發(fā)電機無功功率的標準值分別為：

其中，為發(fā)電機有功功率的標準值；pg(i,t)為第i臺發(fā)電機在第t時刻的有功功率；為發(fā)電機無功功率的標準值；qg(i,t)為第i臺發(fā)電機在第t時刻的無功功率；ng為發(fā)電機總數(shù)；n為總時刻數(shù)；

第t時刻的全部發(fā)電機有功功率和發(fā)電機無功功率標準值表示為：

同理，交流線路有功功率和交流線路無功功率的標準值分別為：

其中，為交流線路有功功率標準值；pac(i,t)為第i條交流線路在第t時刻的有功功率；為交流線路無功功率標準值；qac(i,t)為第i條交流線路在第t時刻的無功功率；nac為交流線路總數(shù)；

第t時刻的全部交流線路有功功率和無功功率標準值表示為：

負荷有功功率和負荷無功功率的標準值分別為：

其中，為負荷有功功率標準值；pl(i,t)為第i個負荷在第t時刻的有功功率；為負荷無功功率標準值；ql(i,t)為第i個負荷在第t時刻的無功功率；nl為負荷總數(shù)；

第t時刻的全部負荷有功功率和負荷無功功率的標準值表示為：

由此得到進行歸一化處理后某一時刻t的電力系統(tǒng)運行方式特征變量為：

進一步地，所述步驟b)中計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度，具體過程為：

①構建電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣；

發(fā)電機運行狀態(tài)矩陣、交流線路運行狀態(tài)矩陣和負荷運行狀態(tài)矩陣分別為：

其中，tg為發(fā)電機運行狀態(tài)矩陣；tac為交流電路運行狀態(tài)矩陣；tl為負荷運行狀態(tài)矩陣；

構建的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣為：

t＝[tg,tac,tl]

②計算電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中每一列的排列組合熵pei(i＝1,2,…,ng+nac+nl)；

③計算電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中每一指標的權重，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中第i個指標的權重為：

④根據(jù)得到的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中每一列的排列組合熵和相應的指標權重計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度：

進一步地，所述步驟3)中計算得到每一電力系統(tǒng)運行方式的典型場景采用k-mean方法，具體過程為：根據(jù)計算的任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度對獲取的所有電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行聚類，形成n個聚類簇，每一聚類簇即一電力系統(tǒng)運行方式的場景；計算每一聚類簇的聚類中心，并將計算的聚類中心作為該電力系統(tǒng)運行方式場景的典型場景。

一種電力系統(tǒng)運行方式場景的計算系統(tǒng)，其特征在于，該計算系統(tǒng)包括：用于對電力系統(tǒng)運行方式特征向量進行篩選，獲取電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取模塊；用于根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度的場景差異度計算模塊；用于根據(jù)得到的任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度計算得到每一電力系統(tǒng)運行方式的典型場景的典型場景計算模塊。

進一步地，所述場景差異度計算模塊包括：用于對獲取的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行歸一化處理的數(shù)據(jù)處理單元；用于根據(jù)歸一化處理后的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度的計算單元。

進一步地，所述典型場景計算模塊包括：用于根據(jù)任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度對所有電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)均進行聚類形成n個聚類簇即n個電力系統(tǒng)運行方式場景的聚類單元；用于計算每一聚類簇的聚類中心并作為該電力系統(tǒng)運行方式場景的典型場景的求解單元。

本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明能夠篩選出表征電力系統(tǒng)運行方式的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)，將不必要的數(shù)據(jù)進行剔除，并通過計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度進而能夠科學地計算得到電力系統(tǒng)運行方式的典型場景，根據(jù)得到的典型場景能夠有效提高電力系統(tǒng)調(diào)度運行、電力系統(tǒng)規(guī)劃計算與分析等工作的準確性與有效性，防止電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行風險實踐的發(fā)生。2、本發(fā)明還采用數(shù)據(jù)歸一化方法對電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行歸一化處理計算場景差異度，為后續(xù)計算電力系統(tǒng)運行方式的典型場景提供便利，且能夠提高最終得到的電力系統(tǒng)運行方式的典型場景的準確性。3、本發(fā)明在計算方法的基礎上建立一計算系統(tǒng)，該計算系統(tǒng)能夠實現(xiàn)電力調(diào)度運行、電力系統(tǒng)規(guī)劃計算與分析工作中電力系統(tǒng)運行方式場景計算的自動化和智能化，能夠極大提高電力調(diào)度運行與電力系統(tǒng)規(guī)劃人員的工作效率和效能，保證電力系統(tǒng)運行方式編制的可靠性與有效性，可以廣泛應用于電力系統(tǒng)調(diào)度運行與規(guī)劃領域中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電力系統(tǒng)運行方式場景計算方法流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應該理解成對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)運行方式場景的計算方法及計算系統(tǒng)，具體包括以下內(nèi)容：

1、采用特征變量間相關系數(shù)法對電力系統(tǒng)運行方式特征向量進行篩選，獲取電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)。

其中，篩選出的電力系統(tǒng)運行方式特征向量包括發(fā)電機有功功率、發(fā)電機無功功率、交流線路有功功率、交流線路無功功率、負荷有功功率和負荷無功功率。

電力系統(tǒng)的實際運行參數(shù)中包含了諸多數(shù)據(jù)，如發(fā)電機出力數(shù)據(jù)、線路潮流數(shù)據(jù)、變壓器分接頭位置數(shù)據(jù)和補償器投入量數(shù)據(jù)等，如果將所有數(shù)據(jù)不加選擇全部作為表征電力系統(tǒng)運行方式的特征向量，勢必會造成數(shù)據(jù)大量冗余，因此需要對電力系統(tǒng)運行方式特征向量進行選取，選取方法包括相關系數(shù)法、灰關聯(lián)法和主成分分析法等，本發(fā)明采用特征變量間相關系數(shù)法選取電力系統(tǒng)實際運行中不同環(huán)節(jié)的有功功率和無功功率作為特征向量。

2、采用最大值方法對獲取的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行歸一化處理。

電力系統(tǒng)運行方式特征變量在數(shù)值上差距很大，因而有必要對其進行歸一化處理，常用的數(shù)據(jù)歸一化方法有很多，本發(fā)明采用最大值方法進行歸一化處理，下面以發(fā)電機有功功率和發(fā)電機無功功率數(shù)據(jù)為具體實施例進行說明，具體過程如下：

對第i臺發(fā)電機，取其所有時刻中視在功率的最大值為基準值，則發(fā)電機有功功率和發(fā)電機無功功率的標準值分別為：

其中，pg(i,t)為第i臺發(fā)電機在第t時刻的有功功率；qg(i,t)為第i臺發(fā)電機在第t時刻的無功功率；ng為發(fā)電機總數(shù)；n為總時刻數(shù)。

第t時刻的全部發(fā)電機有功功率和發(fā)電機無功功率標準值可以表示為：

同理，交流線路有功功率和交流線路無功功率的標準值分別為：

其中，pac(i,t)為第i條交流線路在第t時刻的有功功率；qac(i,t)為第i條交流線路在第t時刻的無功功率；nac為交流線路總數(shù)。

第t時刻的全部交流線路有功功率和無功功率標準值可以表示為：

負荷有功功率和負荷無功功率的標準值分別為：

其中，pl(i,t)為第i個負荷在第t時刻的有功功率；ql(i,t)為第i個負荷在第t時刻的無功功率；nl為負荷總數(shù)。

第t時刻的全部負荷有功功率和負荷無功功率的標準值可以表示為：

由此可以得到進行歸一化處理后某一時刻t的電力系統(tǒng)運行方式特征變量t(t)為：

3、根據(jù)歸一化處理后的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)采用熵權法構建電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣，并計算構建的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度。

當步驟1中選取的電力系統(tǒng)運行方式特征向量較多時，該電力系統(tǒng)運行方式特征向量的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)維度和重要程度均各不相同，給不同場景間差異度的刻畫帶來問題，因此，本發(fā)明將基于信息熵的熵權法引入到場景間距離的衡量中。

在獲取電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)中，每一發(fā)電機(或交流線路、負荷)的有功功率均可以看作是衡量不同場景間差異度的一個指標。然而，因為不同發(fā)電機、交流線路和負荷的有功功率在差異度衡量中的重要程度不同，所以不同發(fā)電機、交流線路和負荷的有功功率也應具有不同的權重系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)在步驟3中，上述某一指標隨著時間的變化越規(guī)律則越能呈現(xiàn)出一種模式性與典型性，因此，本發(fā)明提出一種基于排列組合熵的熵權法，對于有n個時刻，ng+nac+nl個指標的電力系統(tǒng)，具體過程如下：

1)構建電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣t，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣t是由發(fā)電機、交流線路和負荷的運行狀態(tài)矩陣構成，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣t的大小為t＝n×(ng+nac+nl)，發(fā)電機運行狀態(tài)矩陣tg、交流線路運行狀態(tài)矩陣tac和負荷運行狀態(tài)矩陣tl分別為：

構建的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣t為：

t＝[tg,tac,tl](14)

2)計算電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中每一列的排列組合熵pei：

pei＝(i＝1,2,…,ng+nac+nl)(15)

3)計算電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中每一指標的權重，電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中第i個指標的權重wi為：

4)根據(jù)得到的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣中每一列的排列組合熵和相應的指標權重計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度

5、根據(jù)計算的任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度采用k-mean方法對獲取的所有電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)均進行聚類，形成n個聚類簇，每一聚類簇即一電力系統(tǒng)運行方式的場景。

6、計算每一聚類簇的聚類中心，并將計算的聚類中心作為該電力系統(tǒng)運行方式場景的典型場景。

7、觀察與分析得到的每一電力系統(tǒng)運行方式典型場景，可以根據(jù)實際需要重新調(diào)整聚類簇個數(shù)n，并重復步驟5～6直至得到所需的各聚類簇的分界，并輸出電力系統(tǒng)運行方式的典型場景。

本發(fā)明還提供一種電力系統(tǒng)運行方式場景的計算系統(tǒng)，該計算系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于對電力系統(tǒng)運行方式特征向量進行篩選，獲取電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)；

場景差異度計算模塊，用于根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度；

典型場景計算模塊，用于根據(jù)得到的任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度計算得到每一電力系統(tǒng)運行方式的典型場景。

在一個優(yōu)選的實施例中，場景差異度計算模塊可以包括：

數(shù)據(jù)處理單元，用于對獲取的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)進行歸一化處理；

計算單元，用于根據(jù)歸一化處理后的電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)計算任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度。

在一個優(yōu)選的實施例中，典型場景計算模塊可以包括：

聚類單元，用于根據(jù)任意兩電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)間的場景差異度對所有電力系統(tǒng)運行方式特征向量數(shù)據(jù)均進行聚類形成n個聚類簇即n個電力系統(tǒng)運行方式的場景；

求解單元，用于計算每一聚類簇的聚類中心并作為該電力系統(tǒng)運行方式場景的典型場景。

上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結構、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。