一种基于变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法

摘要

本发明公开了一种基于变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法，其步骤包括：1、建立电力网络模型；2、变尺度近邻传播聚类搜索输电断面。本发明考虑了电力网络的需求，通过在电力拓扑图进行多次变尺度分区操作，以不同尺度划分整个电力网络，搜索出更多的潜在输电断面，有利于调度部门及时调整运行方式，从而能避免电网发生大面积停电事故，保障电网安全稳定运行和优化调度。

说明书

技术领域

本发明属于电网安全稳定运行和优化调度领域，具体的说是一种基于变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法。

背景技术

随着新能源在电力系统中的应用愈加广泛，新能源大规模地接入电网，其随机性、间歇性的特性使得电网结构愈发复杂，电网的传输功率波动也愈发频繁。同时电网发生的故障也十分复杂，并伴随着计划性检修，促使电网拓扑结构不断变化，其运行模式也变得更加复杂。因此快速准确地搜索并辨识到电网的输电断面，对保障电网安全具有重要意义。

搜索输电断面的方法可分成两类，第一类是基于N-1预想事故，假设某条线路过载再找出输电断面，基于N-1预想事故搜索方法是以预设的故障支路为基础，对运行多变的实时电网适应性较差。第二类搜索输电断面的方法是基于图论的知识将电力网络简化为拓扑图，再对拓扑图进行断面搜索，传统的聚类搜索输电断面方法大多依赖聚类中心点的选取，导致搜索存在遗漏问题，同时对于分区的划分过于依赖专家经验。传统近邻传播聚类中心数目固定，直接影响了断面搜索结果，存在断面疏忽遗漏的情况。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法，以期能搜索出更多的潜在输电断面，有利于调度部门及时调整运行方式，从而能避免电网发生大面积停电事故，保障电网安全稳定运行和优化调度。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法的特点是按如下步骤进行：

步骤一、利用图数据库建立电力网络拓扑图，并赋予权重信息：

步骤1.1、根据图数据库中存在的N个网络节点及其邻接线路关系集合R，建立电力系统网络拓扑图；若第i个节点和第j个节点之间存在邻接关系，则表示第i个节点和第j个节点之间存在路径r

步骤1.2、在电力系统网络拓扑图中，利用式(1)计算第i个节点和第j个节点之间路径r

式(1)中，σ

步骤二 利用参考度变尺度操作对所述电力系统网络拓扑图进行近邻传播聚类，得到聚类分区及其联络线，并根据输电断面特性判断出符合条件的输电断面：

步骤2.1、定义聚类中心的最大数目为K，阻尼系数为λ；

定义循环迭代次数为t，并初始化t＝0；

定义区间更新次数为m，并初始化m＝0；

令第t次迭代的吸引度r

步骤2.2、利用式(2)构建第t次迭代的第i个节点和第j个节点之间的相似度矩阵S

式(2)中，p

步骤2.3、采用非线性调整对第t次迭代的参考度p

步骤2.3.1、令第m次更新的取值区间为

步骤2.3.2、定义变量b，并初始化b＝0，初始化

步骤2.3.3、p

步骤2.3.4、更新第t次迭代的归属度矩阵A

步骤2.3.3.1、利用式(3)计算第t+1次迭代的第i个节点和第j个节点之间的吸引度r

式(3)中，a

步骤2.3.3.2、利用式(4)计算第t+1次迭代的第i个节点和第j个节点之间归属度a

式(4)中，r

步骤2.3.3.3、利用式(5)和式(6)分别得到第t+1次迭代衰减后的归属度a

a′

r′

式(5)和式(6)中，λ为阻尼系数，a′

步骤2.3.3.4、将a′

步骤2.3.3.5、根据第t+1次迭代的归属度矩阵A

步骤2.3.3.6、根据第t+1次迭代的聚类中心对电力系统网络拓扑图中的节点进行划分，得到第t+1次迭代的聚类结果；

步骤2.3.3.7、判断第t+1次迭代聚类中心的数目是否超过K值，若超过，则表示得到参考度p

步骤2.3.3.8、将b+1赋值给b后，判断

步骤2.3.4、将m+1赋值给m后，返回步骤2.3.1顺序执行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明考虑了电力网络的需求，通过在电力拓扑图进行多次变尺度分区操作，以不同尺度划分整个电力网络，不依赖专家经验，对运行多变的实时电网适应性较强，避免了断面搜索遗漏问题，有利于调度部门及时调整运行方式，从而避免了电网发生大面积停电事故，保障了电网安全稳定运行和优化调度。

2、本发明针对传统近邻传播聚类中心数目固定问题，采用了变尺度分区操作，可以得到较为全面的输电断面，同时减少了冗余性。

3、本发明考虑到近邻传播聚类中心数量变化不符合线性特征，采用变尺度分区操作更契合电力系统实际，并为实际电网操作人员提供更多监测对象，从而减小了连锁跳闸事故的发生率。

附图说明

图1为本发明变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法流程图；

图2为本发明9节点网络拓扑图；

图3为本发明第m次区间更新以及第t次迭代的参考度p

图4为本发明第t次迭代的输电断面判断示意图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种基于变尺度近邻传播聚类的输电断面搜索方法是按如下步骤进行：

步骤一、利用图数据库构建电力网络拓扑图，并赋予权重信息：

步骤1.1、根据图数据库中存在的N个网络节点及其邻接线路关系集合R，建立电力系统网络拓扑图；若第i个节点和第j个节点之间存在邻接关系，则表示第i个节点和第j个节点之间存在路径r

步骤1.2、在电力系统网络拓扑图中，利用式(1)计算第i个节点和第j个节点之间路径r

式(1)中，σ

步骤二 利用参考度变尺度操作对所述电力系统网络拓扑图进行近邻传播聚类，得到聚类分区及其联络线，并根据输电断面特性判断出符合条件的输电断面：

步骤2.1、定义聚类中心的最大数目为K，阻尼系数为λ；在本实例中，定义聚类中心最大数目为15，阻尼系数为0.7，阻尼系数用于算法收敛；

定义循环迭代次数为t，并初始化t＝0；

定义区间更新次数为m，并初始化m＝0；

令第t次迭代的吸引度r

步骤2.2、利用式(2)构建第t次迭代的第i个节点和第j个节点之间的相似度矩阵S

式(2)中，p

步骤2.3、采用非线性调整对第t次迭代的参考度p

步骤2.3.1、令第m次更新的取值区间为

步骤2.3.2、定义变量b，并初始化b＝0，初始化

本实例对第m次区间更新以及第t次迭代的参考度p

步骤2.3.3、p

步骤2.3.4、更新第t次迭代的归属度矩阵A

步骤2.3.3.1、利用式(3)计算第t+1次迭代的第i个节点和第j个节点之间的吸引度r

式(3)中，a

步骤2.3.3.2、利用式(4)计算第t+1次迭代的第i个节点和第j个节点之间归属度a

式(4)中，r

步骤2.3.3.3、利用式(5)和式(6)分别得到第t+1次迭代衰减后的归属度a′

a′

r′

式(5)和式(6)中，λ为阻尼系数，a′

步骤2.3.3.4、将a′

步骤2.3.3.5、根据第t+1次迭代的归属度矩阵A

步骤2.3.3.6、根据第t+1次迭代的聚类中心对电力系统网络拓扑图中的节点进行划分，得到第t+1次迭代的聚类结果；

步骤2.3.3.7、判断第t+1次迭代聚类中心的数目是否超过K值，若超过，则表示得到参考度p

步骤2.3.3.8、将b+1赋值给b后，判断

步骤2.3.4、将m+1赋值给m后，返回步骤2.3.1顺序执行。

为了验证本方法中的有效性，采用Neo4j数据库构建新英格兰39节点系统网络拓扑图，并对该拓扑图进行输电断面搜索。本实施例中选用传统近邻传播聚类输电断面搜索方法进行效果对比，根据实验结果可得出结果如表1所示：

表1

实验结果显示本发明方法与传统方法相比效果更加全面，从而证明了本发明提出方法的可行性。