張虹，景欣，阮夢宇，周利軍，王靜，林春龍，林春哲

（1.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京市海淀區(qū)100089；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅省蘭州市730046；3.國網(wǎng)甘肅省電力公司培訓(xùn)中心，甘肅省蘭州市730070）

0 引言

跨省聯(lián)網(wǎng)、跨地區(qū)聯(lián)網(wǎng)乃至跨國聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的有效方法[1-3]。截止目前，我國特高壓交直流線路已建成投運(yùn)25回，新能源裝機(jī)容量占比已超過21.7%，西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)格局進(jìn)一步深化，潮流大范圍調(diào)整難度進(jìn)一步加劇，尤其是故障線路切除后引起的潮流轉(zhuǎn)移使輸電斷面越限風(fēng)險(xiǎn)加大，極易導(dǎo)致連鎖跳閘，甚至大面積停電[4-5]。采取快速有效的緊急控制措施消除斷面越限是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障[6]。

斷面越限處置問題屬于電網(wǎng)緊急狀態(tài)輔助決策范疇，其數(shù)學(xué)模型是以控制代價(jià)最小為目標(biāo)的優(yōu)化問題，求解方法分為優(yōu)化規(guī)劃類算法和靈敏度算法兩類。其中，靈敏度算法從定性的物理概念出發(fā)，利用系統(tǒng)中某些量的變化關(guān)系來分析電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性，無需迭代，沒有收斂性問題，具有較高的計(jì)算精度和速度，是解決電網(wǎng)緊急狀態(tài)輔助決策問題常用的方法[2,7]。從平衡機(jī)是否參與斷面功率調(diào)整的角度，基于靈敏度的斷面越限緊急控制決策方法可以分為不考慮平衡機(jī)參與調(diào)整[8-11]和考慮平衡機(jī)參與調(diào)整[12-15]兩類。在不考慮平衡機(jī)參與調(diào)整方面，文獻(xiàn)[8]基于電氣剖分法建立了交直流電網(wǎng)系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線與送端機(jī)組的關(guān)聯(lián)關(guān)系并據(jù)此計(jì)算直流閉鎖后送端電網(wǎng)緊急控制策略；文獻(xiàn)[9]對比分析了靈敏度算法及粒子群算法在斷面越限控制策略計(jì)算中的應(yīng)用；文獻(xiàn)[11]基于相軌跡凹凸性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度對機(jī)組有功出力的靈敏度，提出了計(jì)及暫態(tài)穩(wěn)定約束的斷面功率調(diào)整方法。在考慮平衡機(jī)參與調(diào)整方面；文獻(xiàn)[12]提出了潮流跟蹤算法計(jì)算控制策略，但是該類算法適用條件往往不符合電網(wǎng)實(shí)際特點(diǎn)，例如：假設(shè)電網(wǎng)中不存在電力電子設(shè)備、假設(shè)電網(wǎng)中不存在環(huán)流等;文獻(xiàn)[13]針對反向等量配對調(diào)整法計(jì)算量大的問題，提出了基于廣義潮流轉(zhuǎn)移區(qū)域的局部靈敏度計(jì)算法，大幅度減少了靈敏度的計(jì)算量，但是廣義潮流轉(zhuǎn)移區(qū)域的形成過程仍然是針對全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的，仍需要占用一定的計(jì)算時(shí)間；文獻(xiàn)[15]將深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法用于電網(wǎng)緊急控制決策中，通過數(shù)據(jù)分析計(jì)算切機(jī)策略。

上述方法均在一定程度上解決了斷面越限處置決策問題。然而，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、電力電子化特征日益凸顯，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。一方面，計(jì)算模型無法全面、真實(shí)地反映電網(wǎng)特點(diǎn)和調(diào)度控制要求，處置策略計(jì)算過程中未考慮實(shí)際電網(wǎng)中與斷面限額、控制要求緊密相關(guān)的電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定規(guī)定、調(diào)度管理規(guī)程、事故處置預(yù)案等必要因素；另一方面，對于由上萬個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的實(shí)際電網(wǎng)而言計(jì)算量較大、計(jì)算速度仍然難以滿足在線輔助決策需求。為此，近年來隨著知識(shí)圖譜技術(shù)的推廣應(yīng)用，一些專家提出了將知識(shí)圖譜用于電網(wǎng)領(lǐng)域的先進(jìn)理念[16-18]，并且在面向電網(wǎng)調(diào)度故障處理的知識(shí)圖譜框架及關(guān)鍵技術(shù)研究方面有所建樹[19-21]，提出了例如自底向上和自頂向下相結(jié)合的調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜構(gòu)建方法[21]等，這些研究充分說明了構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜的必要性及可行性。

本文提出一種基于知識(shí)圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成方法，并將其與知識(shí)圖譜相結(jié)合，從而縮小靈敏度計(jì)算范圍，彌補(bǔ)計(jì)算模型的不足，提高計(jì)算速度和處置策略的實(shí)際可行性。

1 面向調(diào)度決策快速生成的調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建

1.1 調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)的特點(diǎn)及知識(shí)圖譜的適用性

電網(wǎng)調(diào)度異常及事故處理決策過程中通常需要考慮電網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定、調(diào)度管理細(xì)則、電網(wǎng)安全事故規(guī)程等相關(guān)控制要求及管理規(guī)定，這些知識(shí)具有：①來源多樣，包括調(diào)度規(guī)程等紙質(zhì)或電子文檔、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度員潮流等；②數(shù)據(jù)類型多，涉及詞、句、多個(gè)語句等不同顆粒度描述的文字、數(shù)學(xué)公式等；③交互復(fù)雜，除了要將相關(guān)知識(shí)展示給調(diào)度員外，還要與動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算、斷面越限處置策略計(jì)算頻繁交互；④無法用構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式量化其對電網(wǎng)異常及故障處置決策的影響等特點(diǎn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)的電子化、系統(tǒng)化、交互化是確定調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)模型構(gòu)建方法和工具需要解決的關(guān)鍵問題。

知識(shí)圖譜是一種用圖模型來描述知識(shí)和建模世界萬物之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的技術(shù)方法[22]，本質(zhì)是事物關(guān)系的可計(jì)算模型，基本用途是建立知識(shí)之間的直接關(guān)系，便于快速搜索和決策。相對于框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)表示技術(shù)，知識(shí)圖譜在知識(shí)表示上采用更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的概念模型、本體術(shù)語和語法格式來建模和描述數(shù)據(jù)，并通過語義鏈接增強(qiáng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，從而更適用于知識(shí)來源多、搜索準(zhǔn)確度和速度要求高、需要利用知識(shí)來輔助決策分析的應(yīng)用場景。

因此，本文采用知識(shí)圖譜技術(shù)構(gòu)建電力調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)模型。其根本目的是建立調(diào)度領(lǐng)域各類知識(shí)之間以及知識(shí)與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行之間的直接關(guān)系，便于實(shí)現(xiàn)知識(shí)的快速搜索和輔助決策，幫助調(diào)度員更好地理解電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)理。

1.2 電力調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜構(gòu)建方法

構(gòu)建知識(shí)圖譜的一般流程如圖1所示[22]。首先，確定知識(shí)表示模型；然后，根據(jù)數(shù)據(jù)來源選擇不同的知識(shí)獲取手段導(dǎo)入知識(shí)；接著，綜合利用知識(shí)推理、知識(shí)融合、知識(shí)挖掘等技術(shù)對構(gòu)建的知識(shí)圖譜進(jìn)行質(zhì)量提升；最后，根據(jù)場景需求設(shè)計(jì)不同的知識(shí)訪問與呈現(xiàn)方法。其中，知識(shí)表示是知識(shí)圖譜構(gòu)建的基礎(chǔ)與核心，它直接決定了知識(shí)的建模方法和管理方法。知識(shí)圖譜的知識(shí)表示方法（或稱數(shù)據(jù)模型）分為資源描述框架圖（resource description framework，RDF）和屬性圖兩種。相對于由3元組構(gòu)成的RDF圖，屬性圖模型由節(jié)點(diǎn)、關(guān)系、屬性、標(biāo)簽4種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并在此結(jié)構(gòu)上構(gòu)建各種圖算法。即：屬性圖模型充分利用了數(shù)據(jù)的圖性質(zhì)，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)圖遍歷。

圖1 構(gòu)建知識(shí)圖譜的一般流程Fig.1 General flow of constructing a knowledge graph

本文采用屬性圖模型構(gòu)建調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜。一方面，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型本質(zhì)就是圖，采用同樣基于圖性質(zhì)的屬性圖模型更加便于理解；另一方面，特高壓交直流大電網(wǎng)運(yùn)行控制涉及到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、調(diào)度規(guī)程、穩(wěn)定規(guī)定、事故處置預(yù)案、安控策略等各類知識(shí)，內(nèi)容復(fù)雜而龐大，對其表示和管理的方法需要具備適用于復(fù)雜查詢的特點(diǎn)。調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)屬性圖模型核心步驟和方法如下。

首先，確定面向電網(wǎng)異常及故障處置的調(diào)度知識(shí)來源。包括：主題詞標(biāo)準(zhǔn)類、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范類、電網(wǎng)調(diào)度管理細(xì)則類、電網(wǎng)調(diào)控必備動(dòng)態(tài)知識(shí)類。其中：①主題詞標(biāo)準(zhǔn)類指《電力主題詞表》、《電網(wǎng)調(diào)控術(shù)語規(guī)范》、《電力行業(yè)詞匯第9部分電網(wǎng)調(diào)度》等用于規(guī)范節(jié)點(diǎn)名稱與種屬、指代等關(guān)系的知識(shí)；②電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范類指《電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則》、《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》、《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》等用于說明電力計(jì)算基本概念、計(jì)算依據(jù)、運(yùn)行要求的知識(shí)；③電網(wǎng)調(diào)度管理細(xì)則類指《電網(wǎng)調(diào)度管理?xiàng)l例及實(shí)施辦法》、《國家電網(wǎng)調(diào)度控制管理規(guī)程》以及各分省地調(diào)控中心的調(diào)控運(yùn)行管理細(xì)則等用于說明異常及事故處置的基本原則、步驟的知識(shí)；④電網(wǎng)調(diào)控必備動(dòng)態(tài)知識(shí)類指各實(shí)際電網(wǎng)的主網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定、電網(wǎng)事故處置預(yù)案、電網(wǎng)運(yùn)行方式等，這些知識(shí)是調(diào)度員必須掌握的、且不斷更新的知識(shí)，如主網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定至少每年都需要制定。

然后，建立電力調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)屬性圖模型，即：提取知識(shí)的節(jié)點(diǎn)、關(guān)系、屬性和標(biāo)簽。為了提高查詢效率，在構(gòu)建屬性圖模型時(shí)，節(jié)點(diǎn)和關(guān)系的屬性要盡量少，即建立瘦節(jié)點(diǎn)和關(guān)系。本文根據(jù)調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)提取范圍、知識(shí)的用途，總結(jié)了以下幾個(gè)構(gòu)建調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)屬性圖模型的基本原則：①定義型知識(shí)均表示為屬性。定義不需要再進(jìn)行計(jì)算，可以作為終點(diǎn)的屬性，使模型更簡單。例如：《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》（DL755—2001）中關(guān)于系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)線定義：“系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線一般指省電網(wǎng)間或大區(qū)電網(wǎng)間的輸電線路。大區(qū)電網(wǎng)是幾個(gè)省電網(wǎng)互聯(lián)形成的電網(wǎng)?！?，其屬性圖模型如圖2所示。②知識(shí)點(diǎn)的出處表示為節(jié)點(diǎn)或關(guān)系的屬性。將知識(shí)點(diǎn)的出處存儲(chǔ)在知識(shí)圖譜中，不僅可以讓調(diào)度員清晰地了解知識(shí)的來源，提高知識(shí)的可信度，而且可以實(shí)現(xiàn)方便地查詢到某出處的所有知識(shí)，將書籍“圖譜化”；③避免建立超級節(jié)點(diǎn)。所謂超級節(jié)點(diǎn)是指圖的某些部分全部連接到同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。由于圖遍歷時(shí)會(huì)遍歷與該節(jié)點(diǎn)的所有連接關(guān)系，以確定下一步遍歷路徑，超級節(jié)點(diǎn)的存在會(huì)大大降低查詢效率，因此要盡量避免建立超級節(jié)點(diǎn)。在調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)中，對如“某區(qū)域電網(wǎng)”“已定義斷面”等比較寬泛的詞，建議采用標(biāo)簽方式表示。如圖3，某區(qū)域電網(wǎng)已定義斷面數(shù)據(jù)很多，在創(chuàng)建屬性圖模型時(shí)，將“已定義斷面”作為標(biāo)簽而非節(jié)點(diǎn)。

圖2 定義型知識(shí)的屬性圖模型表示方法Fig.2 Representation of property graph model for defined knowledge

圖3 利用標(biāo)簽避免建立超級節(jié)點(diǎn)Fig.3 Utilizing labels to avoid establishing super nodes

2 輸電斷面綜合功率靈敏度計(jì)算

2.1 輸電斷面功率靈敏度

一般地，輸電斷面指電網(wǎng)區(qū)域間聯(lián)系緊密、潮流方向相同的一組輸電線路的集合。輸電斷面功率靈敏度即構(gòu)成斷面的各輸電線路功率變化量與節(jié)點(diǎn)注入有功功率變化量之間的關(guān)系，其計(jì)算公式推導(dǎo)如下。

首先，利用網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣建立支路導(dǎo)納矩陣與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣關(guān)系，公式如下：

然后，基于網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電壓方程，結(jié)合支路導(dǎo)納矩陣與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣關(guān)系得出支路電流與節(jié)點(diǎn)注入電流的相關(guān)度系數(shù)矩陣，公式如下：

設(shè)電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ凸灿衝個(gè) 計(jì)算節(jié)點(diǎn)，支路k的首末端計(jì)算節(jié)點(diǎn)號分別為i0、i1，則某支路k電流與任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)i的相關(guān)度系數(shù)λk?i的計(jì)算公式如下：

接著，利用電流相關(guān)度系數(shù)矩陣推導(dǎo)出支路k功率變化量與節(jié)點(diǎn)i注入功率變化量之間的功率靈敏度βk,i，公式如下：

最后，利用支路功率與節(jié)點(diǎn)i注入功率變化量之間的功率靈敏度得出輸電斷面secj的傳輸功率與節(jié)點(diǎn)i注入有功功率變量之間的功率靈敏度βsecj,i為：

則輸電斷面功率變化量與節(jié)點(diǎn)注入功率變化量的關(guān)系式可用下式表示：

式中：A表示節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣，即表示電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與支路關(guān)聯(lián)關(guān)系的矩陣；YN表示節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；YB表示支路導(dǎo)納矩陣；C(λ)為電流相關(guān)度系數(shù)矩陣；λk?i表示支路k電流與任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)i的相關(guān)度系數(shù)，其物理含義是當(dāng)電網(wǎng)中只有節(jié)點(diǎn)i有單位注入電流，其他節(jié)點(diǎn)都沒有注入電流時(shí)，支路k的首末端節(jié)點(diǎn)i0、i1的 電壓差；yk表 示第k條支路的導(dǎo)納，當(dāng)其實(shí)部為正時(shí)，節(jié)點(diǎn)i注入電流減小則支路k電流減小，當(dāng)其實(shí)部為負(fù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)i注入電流增大則支路k電流減小；xi0i表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗陣中的第(i0，i)個(gè)元素；Uk,B、φk,B分 別表示第k條支路的首端電壓模值和相角；Uk,B、φk,B分別表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓模值和相角；越大，表示節(jié)點(diǎn)i的功率變化對支路k的功率變化影響越大， βk,i>0表示節(jié)點(diǎn)i的注入功率增加會(huì)導(dǎo)致支路k的功率增加，βk,i<0 表示節(jié)點(diǎn)i的注入功率增加會(huì)導(dǎo)致支路k的功率減少；βsecj,i表 示斷面secj傳輸功率與節(jié)點(diǎn)i注入功率變量之間的功率靈敏度，S j表 示構(gòu)成斷面j的線路集合；ΔPk,B表 示支路k的功率變化量；ΔPi,N表 示節(jié)點(diǎn)i的功率變化量。

需要說明的是，消除斷面功率越限的控制變量理論上包括發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)有功功率和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有功功率。但是，在實(shí)際電網(wǎng)中，保證供電可靠性是調(diào)控決策基本原則，且按照電網(wǎng)調(diào)度控制管理規(guī)程，斷面越限處置原則優(yōu)先考慮供受端系統(tǒng)調(diào)整發(fā)電機(jī)有功功率，在無可調(diào)整機(jī)組有功出力時(shí)受端系統(tǒng)按照限電序位表切負(fù)荷。因此，本文主要研究機(jī)組調(diào)整策略的自動(dòng)生成方法。但是，所提出的功率靈敏度計(jì)算模型及算法等原理同樣適用于負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的調(diào)整。

2.2 考慮重載的斷面綜合功率靈敏度

避免新的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)是電網(wǎng)調(diào)度決策時(shí)需要考慮的重要因素。因此，在消除斷面越限時(shí)要保證不出現(xiàn)新的線路或斷面越限，即越限斷面上的潮流應(yīng)降低且重載線路或重載斷面上的潮流也應(yīng)降低或至少不增加。為此，本文提出了考慮重載的斷面綜合靈敏度的概念，即：節(jié)點(diǎn)對越限斷面、重載斷面及重載線路（綜合線路集合）靈敏度的代數(shù)和。其數(shù)學(xué)模型可用下式表達(dá)：

式中：fSi表示節(jié)點(diǎn) i對斷面和線路的綜合靈敏度；SC表示越限及重載斷面集合； LC表示越限及重載線路集合。

1）fSi>0 表明此節(jié)點(diǎn)為減出力節(jié)點(diǎn)，fSi<0

表明此節(jié)點(diǎn)為加出力節(jié)點(diǎn)。減出力節(jié)點(diǎn)意味著當(dāng)節(jié)點(diǎn)出力減少時(shí)，雖然越限斷面的潮流不一定降低，但越限斷面、重載斷面及重載線路的總潮流是降低的。

2）fSi=0時(shí)，則根據(jù)可調(diào)出力的大小確定調(diào)整節(jié)點(diǎn)，其調(diào)整量只用于平衡有功功率，對消除斷面越限是無效的。

3）在多個(gè)斷面越限或重載時(shí)，參與調(diào)整的控制節(jié)點(diǎn)集合要先排除掉會(huì)使越限或重載斷面功率增大的機(jī)組，即不能加劇越限或產(chǎn)生新的越限。

4）實(shí)際國、分、省電網(wǎng)運(yùn)行控制過程中一般要求保持跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線、省間斷面?zhèn)鬏敼β时３植蛔?，因此，?shí)際電網(wǎng)消除斷面越限時(shí)，要排除掉對運(yùn)行方式正常的跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線、省間斷面靈敏度較高的機(jī)組，盡量維持其功率傳輸值不變。

考慮重載的斷面綜合靈敏度反映了節(jié)點(diǎn)對各越限斷面、重載斷面及重載線路降低潮流的總體作用，采用此靈敏度對控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，能在消除斷面越限的同時(shí)，保證其他斷面或線路不越限。

3 基于反向等量配對調(diào)整法的處置策略計(jì)算方法

僅按照機(jī)組節(jié)點(diǎn)綜合靈敏度大小排序來選擇控制節(jié)點(diǎn)并調(diào)整出力的方法可能導(dǎo)致功率不平衡量完全由綜合靈敏度為零的機(jī)組承擔(dān)，這樣的處置策略在實(shí)際電網(wǎng)中受調(diào)控范圍等限制往往是不可行的。而且實(shí)際電網(wǎng)調(diào)度實(shí)踐中，并沒有平衡機(jī)的概念，調(diào)度員最關(guān)心的是斷面兩端的供受端系統(tǒng)分別有哪些機(jī)組出力可以調(diào)整，并保證調(diào)整后整個(gè)系統(tǒng)發(fā)用電仍平衡。因此，本文采用了反向等量配對調(diào)整法。

反向等量配對調(diào)整法是指在消除斷面越限過程中，每增加一臺(tái)機(jī)組的出力都找到一個(gè)與之配對的減出力的機(jī)組共同調(diào)整，且2臺(tái)配對機(jī)組的調(diào)整量的絕對值相同，反之亦然。配對原則是將對斷面功率靈敏度分別為正、負(fù)的2組發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)按照大小排序后依次對應(yīng)配對，形成正負(fù)靈敏度控制節(jié)點(diǎn)組。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）控制節(jié)點(diǎn)分組。

將控制節(jié)點(diǎn)（即發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)）根據(jù)考慮重載的斷面綜合靈敏度（以下簡稱：綜合靈敏度）的大小分為3個(gè)子集：F+包括全部正靈敏度值，相應(yīng)的機(jī)組集合表示為Gplus；F?包括全部負(fù)靈敏度值，相應(yīng)的機(jī)組集合表示為Gminus； F0包括全部近似為零的靈敏度值，相應(yīng)的機(jī)組集合表示為G zero。

2）各控制節(jié)點(diǎn)子集排序。

①將集合 Gplus和 Gminus中 的機(jī)組分別按照下述原則進(jìn)行排序：根據(jù)綜合靈敏度絕對值的大小按照降序排列，當(dāng)絕對值大小相等時(shí)，則根據(jù)機(jī)組消除越限的能力按照降序排列。其中，機(jī)組消除越限的能力指假定將機(jī)組有功出力調(diào)整到其上限或下限時(shí)，越限斷面S傳輸功率的變化量，計(jì)算公式如下：

式中：Ci為機(jī)組i的消除越限能力； Pimax、 Pimin分別為機(jī)組i的有功出力上限和下限。

②將Gzero中的機(jī)組分別按照可加出力大小和可減出力大小降序排列，其中，機(jī)組i的可加出力為出力上限與當(dāng)前出力之差；可減出力為當(dāng)前出力與出力下限之差。

3）控制節(jié)點(diǎn)配對。

將排序后的Gplus和 Gminus中 的機(jī)組依次兩兩配對，形成控制節(jié)點(diǎn)組，并計(jì)算各控制節(jié)點(diǎn)組的靈敏度，公式如下：式中：F S?i j為控制節(jié)點(diǎn)組ij對越限斷面S傳輸功率的綜合靈敏度。需要說明的幾種情況如下：

①一臺(tái)機(jī)組可與多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行順序配對調(diào)整。經(jīng)過一次配對調(diào)整，若越限斷面尚未消除，則控制節(jié)點(diǎn)組ij中必有一個(gè)達(dá)限值者不能再調(diào)。設(shè)控制節(jié)點(diǎn)j達(dá)下限不能再減，而控制節(jié)點(diǎn)i尚有加出力的余地，則i不變，在j所在的集合中按排序選下一個(gè)機(jī)組控制節(jié)點(diǎn)j′作為新的配對節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上述配對計(jì)算，直到越限斷面消除結(jié)束。

②當(dāng)集合Gplus中機(jī)組沒有可減出力時(shí)，集合Gzero中的機(jī)組可以減出力。

③當(dāng)集合Gminus中機(jī)組沒有可加出力時(shí)，集合Gzero中的機(jī)組可以加出力。

④當(dāng)集合Gminus和Gzero中的機(jī)組均無出力調(diào)時(shí)，才考慮切負(fù)荷。

4）調(diào)整量計(jì)算。

對于所有越限斷面集合Sol中的任意一個(gè)斷面m，設(shè)其當(dāng)前功率為Pm，熱穩(wěn)定極限為Pmmax，考慮到靈敏度及調(diào)整量計(jì)算誤差等因素，定義可靠系數(shù) ξ<1，越限斷面m需要調(diào)整的功率量為：

則消除所有越限斷面需要調(diào)整的功率量為：

控制節(jié)點(diǎn)組ij需要調(diào)整的控制量ΔPt為：

當(dāng)加出力節(jié)點(diǎn)j為平衡機(jī)時(shí)，考慮到平衡機(jī)要擔(dān)負(fù)調(diào)頻等任務(wù)，在計(jì)算其可調(diào)量時(shí)，需預(yù)留一定裕度，可調(diào)量計(jì)算公式如下：

式中：Py為平衡機(jī)預(yù)留裕度，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況取值，例如取其最大出力值的10%；P j s為平衡機(jī)當(dāng)前出力。

同時(shí)，考慮到控制節(jié)點(diǎn)組ij的自身可調(diào)節(jié)量限制，控制節(jié)點(diǎn)組ij的實(shí)際調(diào)節(jié)量為上述3者的最小值，即：

每一次配對調(diào)整后，利用綜合靈敏度修正各越限斷面和重載支路的潮流，并修正各機(jī)組的可調(diào)裕度、控制節(jié)點(diǎn)組及斷面越限量和各控制節(jié)點(diǎn)組的調(diào)整量。

反向等量配對調(diào)整法不需要求解優(yōu)化模型即可得到調(diào)整量最小的控制決策，且不需進(jìn)行有功安全校核，無收斂性問題，魯棒性強(qiáng)，具有很好的實(shí)用性。

4 基于知識(shí)圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成實(shí)現(xiàn)流程

盡管利用反向等量配對調(diào)整法消除斷面越限已經(jīng)簡化了大量的計(jì)算，(例如：每次控制節(jié)點(diǎn)按照調(diào)整量調(diào)整出力后，無需重新進(jìn)行潮流計(jì)算，節(jié)約了計(jì)算時(shí)間)但是，對于規(guī)模比較大的實(shí)際電網(wǎng)而言，計(jì)算所有控制節(jié)點(diǎn)對斷面功率的綜合靈敏度計(jì)算量仍然很大。根據(jù)節(jié)點(diǎn)斷面功率靈敏度的計(jì)算公式可以看出，節(jié)點(diǎn)斷面功率靈敏度數(shù)值主要取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而實(shí)際電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和參數(shù)是不經(jīng)常發(fā)生變化的，因此，如果將實(shí)際電網(wǎng)中與已定義斷面相關(guān)性比較大的電廠作為知識(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)，則在控制決策過程中可以大大減少綜合靈敏度的計(jì)算規(guī)模?；陔娏φ{(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成整體實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 基于知識(shí)圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成實(shí)現(xiàn)流程圖Fig.4 A knowledge graph based fast generating process of transmission section overload disposal strategy for largescale AC/DC power grids

知識(shí)圖譜與斷面越限處置策略計(jì)算模塊的交互主要體現(xiàn)在：斷面越限處置策略計(jì)算模塊將當(dāng)前運(yùn)行方式的越限斷面信息發(fā)送至知識(shí)圖譜，知識(shí)圖譜將越限斷面相應(yīng)的供受端系統(tǒng)發(fā)電機(jī)出力調(diào)整常用機(jī)組集合提取出來并反饋給計(jì)算模塊，然后，反向等量控制節(jié)點(diǎn)組的運(yùn)算只需針對常用機(jī)組集合進(jìn)行即可，無需進(jìn)行全網(wǎng)計(jì)算。只有當(dāng)常用機(jī)組均不可調(diào)或返回集合為空時(shí)，才進(jìn)行全網(wǎng)靈敏度計(jì)算。

另外，關(guān)于斷面的定義、正方向規(guī)定、穩(wěn)定規(guī)定、事故處置預(yù)案、供受端系統(tǒng)概念、斷面越限相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等靜態(tài)知識(shí)（即不隨運(yùn)行方式變化而變化的知識(shí)）都可以通過知識(shí)圖譜實(shí)現(xiàn)增、刪、查、改及可視化展示。本文側(cè)重介紹斷面越限處置策略生成方法的研究，關(guān)于知識(shí)圖譜的詳細(xì)功能此處不再贅述。

5 仿真算例

以某電網(wǎng)A為算例對本文方法進(jìn)行驗(yàn)證。電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)3210個(gè)，發(fā)電節(jié)點(diǎn)數(shù)407個(gè)、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)2795個(gè)，由4個(gè)子網(wǎng)G1、G2、G3、G4構(gòu)成，見圖5。3個(gè)子網(wǎng)間斷面的構(gòu)成、正方向

規(guī)定、熱穩(wěn)定功率極限，當(dāng)前傳輸功率見表1。

表1 子網(wǎng)間斷面信息Table 1 Section information among subnetwork

5.1 算例1

驗(yàn)證目標(biāo)：驗(yàn)證基于綜合靈敏度的反向等量配對調(diào)整法計(jì)算模型的正確性及對單個(gè)斷面越限處置決策的有效性。

算例設(shè)計(jì)：當(dāng)前運(yùn)行方式中sec2功率為1609 MW，大于斷面熱穩(wěn)極限值1400 MW，出現(xiàn)斷面越限情況。采用計(jì)算全網(wǎng)發(fā)電節(jié)點(diǎn)綜合靈敏度方法，不考慮與知識(shí)圖譜的交互，說明綜合靈敏度計(jì)算和反向配對形成控制節(jié)點(diǎn)組算法的正確性。

計(jì)算結(jié)果：計(jì)算全網(wǎng)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)對越限斷面sec2的綜合靈敏度，并按照正、負(fù)、零分為3個(gè)集合，對正、負(fù)集合Gplus和Gminus中的元素按照大小排序，結(jié)果如表2所示。通過配對形成控制節(jié)點(diǎn)組并計(jì)算控制節(jié)點(diǎn)組的靈敏度，結(jié)果如表3所示。為了提高效率，可以每次選取正、負(fù)控制節(jié)點(diǎn)集合中的前幾位或綜合靈敏度絕對值大于某門檻值的控制節(jié)點(diǎn)配對，形成控制節(jié)點(diǎn)組。本算例中為了便于數(shù)據(jù)展示，截取前5個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。最終形成的消除斷面越限的處置策略如表4所示。斷面sec2的傳輸功率由1609.36 MW調(diào)整到1399.03 MW，低于1400 MW，越限消除，且未改變其余正常運(yùn)行斷面sec1、sec3的傳輸功率值以及未引起其他線路重載或越限，滿足調(diào)整目標(biāo)。

表2 正負(fù)控制節(jié)點(diǎn)靈敏度信息Table 2 Sensitivity information of positive and negative control nodes

表3 反向配對形成的控制節(jié)點(diǎn)組信息Table 3 Information of control node groups formed by reverse pairing

表4 消除斷面越限的處置策略Table 4 Disposal strategy to eliminate transmission sections overload

5.2 算例2

驗(yàn)證目標(biāo)：驗(yàn)證基于綜合靈敏度反向等量配對調(diào)整法對多斷面同時(shí)越限處置決策的有效性。

算例設(shè)計(jì)：初始方式sec1、sec2、sec3同時(shí)越限，具體數(shù)據(jù)見表5。采用計(jì)算全網(wǎng)發(fā)電節(jié)點(diǎn)綜合靈敏度的方法，不考慮知識(shí)圖譜的交互，說明基于綜合靈敏度的反向等量配對調(diào)整法在多個(gè)斷面同時(shí)越限時(shí)的處置過程和計(jì)算的有效性。

表5 越限斷面信息Table 5 Information of transmission section overloads

計(jì)算結(jié)果：全網(wǎng)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)對3個(gè)越限斷面的綜合靈敏度計(jì)算結(jié)果見表6，形成的控制節(jié)點(diǎn)組信息見表7，經(jīng)過第一次調(diào)整后sec1斷面越限消除，調(diào)整結(jié)果見表8。此時(shí)越限斷面?zhèn)€數(shù)發(fā)生了變化，需重新計(jì)算節(jié)點(diǎn)對越限斷面的綜合靈敏度、形成控制節(jié)點(diǎn)組并計(jì)算調(diào)整量，具體靈敏度數(shù)據(jù)限于篇幅此處不再詳列，見表8。經(jīng)過第2次調(diào)整后，sec2斷面越限消除，經(jīng)過第3次調(diào)整后，sec3斷面越限消除。整個(gè)調(diào)整過程耗時(shí)961 ms（含動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算時(shí)間），其中，每次全網(wǎng)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的綜合靈敏度計(jì)算均在121 ms左右。

表6 正負(fù)控制節(jié)點(diǎn)集合信息Table 6 Collection information of positive and negative control nodes

表7 反向配對形成的控制節(jié)點(diǎn)組信息Table 7 Information of control node groups formed by reverse matching

表8 消除斷面越限的處置策略Table 8 Disposal strategy to eliminate transmission sections overload

5.3 算例3

驗(yàn)證目標(biāo)：驗(yàn)證構(gòu)建知識(shí)圖譜對交直流大電網(wǎng)斷面越限快速處置決策的有效性和必要性。

算例設(shè)計(jì)：初始方式與算例2相同，考慮知識(shí)圖譜與處置策略計(jì)算環(huán)節(jié)的交互，通過給出統(tǒng)計(jì)的計(jì)算時(shí)間說明知識(shí)圖譜中經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)對提高處置策略計(jì)算速度的有效性和必要性。

計(jì)算結(jié)果：本算例針對電網(wǎng)A構(gòu)建的面向事故處置預(yù)案自動(dòng)生成的知識(shí)圖譜包括2767個(gè)關(guān)系、613個(gè)標(biāo)簽、2842個(gè)節(jié)點(diǎn)。斷面越限處置策略計(jì)算軟件將越限斷面sec1、sec2、sec3的id號發(fā)送給知識(shí)圖譜后，獲取到的3個(gè)斷面供受端系統(tǒng)常調(diào)電廠信息如表9所示，耗時(shí)19 ms。計(jì)算這些電廠中所有可調(diào)機(jī)組對越限斷面的綜合靈敏度，最終調(diào)整結(jié)果與例2的計(jì)算結(jié)果相同，總耗時(shí)545 ms，比采用全網(wǎng)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)靈敏度計(jì)算節(jié)約了43%的時(shí)間。

表9 越限斷面供受端電廠經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)Table 9 Experiential knowledge of sending- and receivingend power plants at both sides of transmission section overload

6 結(jié)論

本文提出的基于知識(shí)圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成方法，通過采用基于功率靈敏度的反向等量配對調(diào)整法避免了繁瑣的優(yōu)化計(jì)算及調(diào)整過程中對系統(tǒng)頻率的影響，不需要頻繁地動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算，大大簡化了計(jì)算過程，提高了計(jì)算穩(wěn)定性。同時(shí)，通過基于屬性圖模型構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)建電力調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)功率靈敏度計(jì)算范圍的大大縮小，從而進(jìn)一步提高了斷面越限處置決策的計(jì)算速度，并使調(diào)度控制領(lǐng)域相關(guān)理論及經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)電子化、結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、可視化。