[發明專利]基于譜聚類的無功電壓分區方法

有效

• 申請號: 201610279145.9
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105790279B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 蔣文波;徐毅非;程雪麗;仲明月;廖官根
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

本發明涉及電力領域的電壓控制，具體為基于譜聚類的無功電壓分區方法，用帶權值的拓撲矩陣構建電網簡化模型，根據譜聚類的定義得到Laplace矩陣，通過改進的K?means聚類算法對特征矩陣中不同的特征向量進行聚類，在聚類的同時引入模塊度Q作為衡量區域劃分質量的指標，選取模塊度Q數值最大的分區方案作為初始分區方案，對初始分區方案的每個區域進行連通性校驗與無功校驗，如果某個區域不能同時滿足區域靜態無功平衡和足夠的無功儲備裕度這兩個條件，在滿足分區模塊度Q的數值無較大變化的條件下，進行節點調整，直到滿足所有校驗條件為止。該方法體現復雜電網的拓撲結構、減少計算的復雜性，并基于模塊度、無功平衡與無功儲備指標建立了綜合評價體系，對分區結果進行綜合校驗，確保分區方案的可行性。

技術領域

本發明涉及電力領域的電壓控制，具體為基于譜聚類的無功電壓分區方法。

背景技術

近年來，為了滿足各行業迅猛發展對能源的新需求，各國電網規模日益擴大，為了對節點進行有效的無功電壓實時監控，確保電網的有效穩定運行，需要進行電壓監控的節點也隨之增加。鑒于此，法國提出了三級電壓控制模式，并已應用到多個國家的電網中。在三級電壓控制模式中，對電網進行合理的區域劃分是其中的關鍵環節。無功電壓分區的根本任務是將大電網分解成若干個區域內部強耦合而區域之間弱耦合的子區域，同時各個子區域內具有足夠的電壓控制能力。合理的無功電壓分區方案既能滿足無功電壓的實時控制要求，又可將分區結果應用于無功優化、靜態電壓穩定裕度計算和狀態估計等多個領域中。

目前，常見的無功電壓分區方案大多是在得出電網節點的電氣距離后，通過相應的聚類算法進行分區計算。但這些方案采用電網無功對電壓變化的靈敏度矩陣來反映節點之間的電氣距離，計算復雜，且未能體現出復雜電網的拓撲結構。當電網節點較大時，聚類算法的計算量會迅速增加，更容易陷入局部最優，而非全局最優。與此同時，現有的無功電壓分區方案大多利用單一指標進行無功校驗，無法確保分區方案的可行性。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出一種既體現復雜電網的拓撲結構，減少計算的復雜性，又能確保分區方案可行性的無功電壓分區方案。該方案不僅能快速解析出電網的社團結構，降低計算復雜度，還能對得到的分區方案進行綜合校驗，從而得到更可靠的分區方案。

基于譜聚類的無功電壓分區方法，包括以下步驟：

步驟1：用帶權值的拓撲矩陣構建電網簡化模型。由于在電力系統中，節點阻抗矩陣中的物理信息能反映節點之間的電氣耦合關系，同時其虛部可以間接反映出無功與電壓之間的關聯程度，電網的拓撲結構也可以由節點導納矩陣很好的反映出來，因此拓撲矩陣的權值為節點之間的電抗。

步驟2：得到電網簡化模型后，根據譜聚類的定義得到Laplace矩陣。計算Laplace矩陣的特征值與特征向量，求出除零外最小的n個特征值及對應的特征向量(e₁,…,e_n)，從而得到低維度特征矩陣E＝[e1,…,e_n]。

步驟3：通過改進的K-means聚類算法對特征矩陣中不同的特征向量進行聚類，以獲取較合理的電壓控制分區解，在聚類的同時引入模塊度Q作為衡量區域劃分質量的指標，選取模塊度Q數值最大的分區方案作為初始分區方案。

步驟4：對初始分區方案的每個區域進行連通性校驗與無功校驗。

步驟5：如果某個區域不能同時滿足區域靜態無功平衡和足夠的無功儲備這兩個條件，在滿足分區模塊度Q的數值無較大變化的條件下，可進行節點調整。進行節點調整時，引入了程度中心性指標對社團中節點在所屬群體內的相對重要程度進行判別，將可劃分節點按無功負荷從大到小排列重新分區，轉至步驟4，直到所有區域都通過連通性校驗與無功校驗。

所述的步驟1中，對電網簡化模型的定義如下：