劉紅巖， 萬信書， 徐悅洋， 李天楚， 程冰

(1.海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，海南 ?？?570311；2. 海南省電網(wǎng)理化分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570311；3.海南電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，海南 ?？?570203)

0 引 言

因電力系統(tǒng)發(fā)展速度較快，電力系統(tǒng)計(jì)算分析中使用的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)類型愈發(fā)多樣化，數(shù)據(jù)量具有爆發(fā)性增長(zhǎng)特征[1-2]。

文獻(xiàn)[3]完成運(yùn)行斷面的相似性匹配工作，但是部分線路失真明顯，可用性差。文獻(xiàn)[4]對(duì)輸電斷面實(shí)施多維度動(dòng)態(tài)監(jiān)控，但是無法更高精度地描述設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，導(dǎo)致潮流、電壓和損耗等仿真數(shù)據(jù)缺乏真實(shí)性。因此需要相應(yīng)的技術(shù)手段來驗(yàn)證現(xiàn)有參數(shù)。

綜合以上分析，本文通過仿真分析和對(duì)比校核的形式，提出基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)斷面的線路參數(shù)循環(huán)校核方法，以期為電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)人員提供有效工具。

1 基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)斷面的線路參數(shù)循環(huán)校核方法

1.1 基于插點(diǎn)法的電網(wǎng)實(shí)時(shí)斷面搜索算法

1) 前k最小權(quán)路徑的檢索

將一個(gè)潮流節(jié)點(diǎn)對(duì)的時(shí)間路徑長(zhǎng)度最小值設(shè)成E(a,b)[5-6]，a、b為潮流節(jié)點(diǎn)，新導(dǎo)入的潮流節(jié)點(diǎn)是k，如果E(a,k)+E(k,b)

為了獲取隨機(jī)潮流節(jié)點(diǎn)對(duì)之間，前k個(gè)最小權(quán)路徑，引入倒序刪除關(guān)聯(lián)邊法，檢索前k條最小權(quán)路徑便是檢索前k條重要度顯著的路徑。如果k值設(shè)置合理，便可覆蓋全部關(guān)鍵輸電斷面。

針對(duì)各個(gè)新導(dǎo)入額潮流節(jié)點(diǎn)k，使用插點(diǎn)法原理可知，如果?(a,k)+?(k,b)

(1) 通過插點(diǎn)法獲取電網(wǎng)線路中給定的潮流節(jié)點(diǎn)對(duì)之間最小權(quán)路徑Q，運(yùn)算它的長(zhǎng)度W(Q)=m，最小權(quán)路徑中，潮流節(jié)點(diǎn)數(shù)與權(quán)重之和分別是m、W,最小權(quán)路徑Q中邊數(shù)是(m-1)。

(2) 去除邊(m-1,m)和(m-2,m-1)，使用插點(diǎn)法計(jì)算此潮流節(jié)點(diǎn)對(duì)之間新的最小權(quán)路徑，設(shè)成S1，將鄰接矩陣設(shè)成B。

(3) 循環(huán)上述操作，獲取(m-1)條自原點(diǎn)至終點(diǎn)的最小權(quán)路徑，則S1至Sm-1。

(4) 將全部W從小到大排序，便可獲取此潮流節(jié)點(diǎn)對(duì)之間前k個(gè)最小權(quán)路徑。k值的選擇方法是：

(1)

式中：Wa為兩潮流節(jié)點(diǎn)間第a條最小權(quán)路徑長(zhǎng)度；Wr為全部路徑中最小權(quán)路徑長(zhǎng)度；Wmin為路徑長(zhǎng)度比的閾值。

為了避免搜索耗時(shí)較多，取k的最大值為4。

2) 支路開斷分布因子

支路開斷分布因子表征支路間潮流影響關(guān)系。此系數(shù)越大，表示支路間關(guān)系緊密性越高，一條支路開斷對(duì)另一條支路的潮流所存在影響越顯著。支路開斷分布因子運(yùn)算方法是：

(2)

式中：Yk-h為端口k與端口h之間的互阻抗；Yh-h為端口h的自阻抗；yk、yh為支路電抗。

3) 初始斷面獲取

如果閾值設(shè)置較為合適，可以覆蓋所有核心線路。把前k最小權(quán)路徑中符合式(3)的線路，設(shè)成初始斷面。

(3)

式中：Zab、Zabmax為某線路通過的有功潮流、熱穩(wěn)定功率極限；Nmin為安全裕度閾值，Nmin的值是0.6。當(dāng)某線路的安全裕度低于60%時(shí)，此線路便非常容易出現(xiàn)異常，開斷后對(duì)系統(tǒng)其他線路影響較大，需要看作重點(diǎn)檢測(cè)目標(biāo)。

4) 輸電斷面提取

因?yàn)槌跏紨嗝嬷兄纺芸醋麝P(guān)鍵斷面，使用支路開斷支路因子，所以提取出聯(lián)系密切的支路建立輸電斷面。

ΔZk≥Ek-hZh

(4)

式中：ΔZk為支路開斷后轉(zhuǎn)移至支路k中的潮流；Zh為開斷支路的初始潮流。

5) 關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別

某條線路的過載度和負(fù)載率關(guān)系較為密切，設(shè)置某線路的有功潮流和它的熱穩(wěn)定功率極限之比是負(fù)載率G。則關(guān)鍵輸電斷面是：

(5)

負(fù)載率不小于80%的輸電斷面便是關(guān)鍵輸電斷面。

關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別步驟如下。

(1) 使用電力網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、有功潮流將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)施簡(jiǎn)化。

(2) 將導(dǎo)流比設(shè)成線路權(quán)重，實(shí)現(xiàn)線路賦權(quán)。

(3) 使用插點(diǎn)法運(yùn)算目前網(wǎng)絡(luò)的前k個(gè)最小權(quán)路徑。

(4) 運(yùn)算前k個(gè)最小權(quán)路徑中線路安全裕度，提取全部安全裕度低于閾值的線路集合，設(shè)成初始斷面。

(5) 使用支路開斷分布因子，判斷存在初始斷面的線路，獲取輸電斷面。

(6) 分析線路潮流分布的不穩(wěn)定性，運(yùn)算某線支路開斷后其他支路的負(fù)載率，負(fù)載率不小于80%的輸電斷面便是關(guān)鍵輸電斷面。

1.2 基于隨機(jī)矩陣?yán)碚摰臄嗝婢€路參數(shù)循環(huán)校核方法

使用此方法分析電網(wǎng)實(shí)時(shí)斷面的線路參數(shù)，在干擾電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的數(shù)據(jù)中，可以實(shí)時(shí)、高精度地提取核心因素?cái)?shù)據(jù)。

隨機(jī)矩陣?yán)碚摰臄?shù)學(xué)模型可分析斷面線路參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性：

(6)

其中：

(7)

(8)

式中：T為時(shí)間；C1、C2斷面為將線損正常運(yùn)行存在負(fù)面影響的數(shù)據(jù)矩陣。上述過程中，必須對(duì)隨機(jī)矩陣?yán)碚揅實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化操作，將隨機(jī)矩陣?yán)碚揅標(biāo)準(zhǔn)化后矩陣設(shè)成C3：

C3=(Fij)(N+M)×T

(9)

設(shè)置估計(jì)次數(shù)為P次，在斷面中，對(duì)線損正常運(yùn)行存在負(fù)面影響的數(shù)據(jù)將描述成矩陣C1，那么數(shù)據(jù)元素Fij能夠描述為數(shù)據(jù)集合中電網(wǎng)在第i次、j次時(shí)間下的估計(jì)值。估計(jì)過程的時(shí)間窗矩陣是：

(10)

在斷面中，線路參數(shù)分布值Estd是：

Estd=[η1,η2,…,ηN+M]

(11)

式中：ηN+M為線路參數(shù)值。根據(jù)Estd便可獲取影響電網(wǎng)線損的因素值。

設(shè)置電網(wǎng)正常工作時(shí)的輸出功率為g(φ)，函數(shù)自變量的取值范圍是(0,θp)。按照電網(wǎng)工作的輸出參數(shù)特征，電網(wǎng)正常工作的輸出函數(shù)是(φi,φj)，用戶可獲取此函數(shù)輸出的多個(gè)差異數(shù)值的極大值點(diǎn)，此極大值設(shè)成φj+1。在采用蟻群算法之前，需要將線路參數(shù)數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行說明，具體情況如圖1所示。

圖1 線路參數(shù)數(shù)據(jù)的相關(guān)性

圖1中，設(shè)置各個(gè)方形框代表一種線路參數(shù)種類，然后把線路參數(shù)的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間關(guān)系描述為O(i,j)，數(shù)據(jù)種類關(guān)聯(lián)性校核方法是：

sij(t+m)=γO(i,j)+ΔO(i,j)

(12)

式中：sij(t+m)為校核后數(shù)據(jù)種類關(guān)聯(lián)性；γ為數(shù)據(jù)信息殘留系數(shù)；ΔO(i,j)為校核前數(shù)據(jù)種類關(guān)聯(lián)性估計(jì)誤差。

第n只螞蟻在數(shù)據(jù)種類i轉(zhuǎn)移至剩下數(shù)據(jù)的概率是：

(13)

式中：ψij為能見度因數(shù)，屬于數(shù)據(jù)種類之間的關(guān)聯(lián)性的倒數(shù)；τ為螞蟻信息素濃度相對(duì)重要參數(shù)；ρ為能見度因數(shù)相對(duì)重要指數(shù)；Ω為螞蟻還沒有走過的電網(wǎng)實(shí)時(shí)斷面線路參數(shù)中某種數(shù)據(jù)的集合。

完成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性運(yùn)算的迭代循環(huán)計(jì)算，將差異種類的電網(wǎng)線損數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)循環(huán)檢索，最后獲取最優(yōu)解。

2 試驗(yàn)分析

為測(cè)試本文方法的使用效果，將IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)(圖2)設(shè)成測(cè)試目標(biāo)，用MATLAB 2013b 仿真軟件對(duì)本文方法的使用效果進(jìn)行仿真測(cè)試。

圖2 IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)的斷面情況如表1所示。

表1 該系統(tǒng)的斷面情況

使用本文方法對(duì)該系統(tǒng)的關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別后，測(cè)試本文方法識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確率σia、漏警率σib和虛警率σic。

(14)

(15)

(16)

本文方法使用前后，該系統(tǒng)的關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別效果如圖3～圖5所示。

圖3 準(zhǔn)確率測(cè)試結(jié)果

圖4 漏警率測(cè)試結(jié)果

圖5 虛警率測(cè)試結(jié)果

分析圖3～圖5可知，使用本文方法對(duì)該系統(tǒng)的關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別前后，本文方法識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確率、漏警率和虛警率均存在較優(yōu)。

3 結(jié)束語

本文研究基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)斷面的線路參數(shù)循環(huán)校核方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性運(yùn)算的迭代循環(huán)計(jì)算，完成電網(wǎng)線損數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)循環(huán)檢索，對(duì)線路參數(shù)循環(huán)校核。

使用本文方法對(duì)該系統(tǒng)的關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別前后，關(guān)鍵輸電斷面識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確率高達(dá)99%，漏警率低于1%，虛警率低于0.5%。電流、電壓和有功功率的值與實(shí)際值一致。

本文實(shí)時(shí)循環(huán)校核電網(wǎng)實(shí)施斷面中線路參數(shù)，為該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供參考。