[發(fā)明專利]一種電力系統(tǒng)電氣距離可視化方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611165036.0
• 申請(qǐng)日: 2016-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN107230976A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史東宇;胡文浩;李剛;于之虹;黃彥浩;魯廣明;嚴(yán)劍峰;呂穎;高峰;張軍;張爽;李旭濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供的技術(shù)方案涉及大電網(wǎng)穩(wěn)定與控制領(lǐng)域，具體講涉及一種電力系統(tǒng)電氣距離可視化方法和裝置。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)水平的飛速提升，對(duì)電力的需求量也日益增加，為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨之建成了西電東送、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)以及特高壓輸電等重大工程，交直流混聯(lián)的特大電網(wǎng)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。世界上曾發(fā)生的多次電網(wǎng)故障表明輸電電壓等級(jí)的提高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及傳輸容量的增加，電網(wǎng)故障所帶來(lái)的危害性也越大，電網(wǎng)故障的原因和過(guò)程也更為復(fù)雜。

作為決定電網(wǎng)穩(wěn)定特征的重要參數(shù)之一的電氣距離，伴隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和運(yùn)行方式的增多，情況更加多樣化，也決定著確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行采取的措施更加復(fù)雜；電氣距離的在線監(jiān)測(cè)及其可視化，也成為電力系統(tǒng)在線分析與預(yù)警的重要組成部分之一。現(xiàn)有的電力系統(tǒng)可視化方法大多以地理圖或單線圖表現(xiàn)設(shè)備間的連接關(guān)系，主要用于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但無(wú)法直接表現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定特性。

因此需要提供一種能對(duì)運(yùn)行電網(wǎng)進(jìn)行的在線監(jiān)視、分析和控制，保障電力生產(chǎn)、傳輸和使用安全的一種技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

為滿足現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的需要，本發(fā)明提供一種新型的電力系統(tǒng)電氣距離可視化方法。

本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)電氣距離可視化方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括

根據(jù)預(yù)先采集的電力系統(tǒng)的電網(wǎng)拓?fù)浜瓦\(yùn)行參數(shù)用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣求逆的方法計(jì)算節(jié)點(diǎn)自阻抗矩陣；

根據(jù)自阻抗矩陣，用t-SNE算法將高維空間數(shù)據(jù)映射到低維空間計(jì)算電氣距離；

根據(jù)低維空間計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，繪制電力系統(tǒng)電氣距離相關(guān)圖形。

進(jìn)一步的，所述自阻抗矩陣的計(jì)算包括：

(1)用遍歷電網(wǎng)內(nèi)部的支路形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y，并對(duì)Y矩陣求逆運(yùn)算，得到節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z；

(2)計(jì)算節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j組成的節(jié)點(diǎn)對(duì)的自阻抗：Z_ij,ij＝Z_ii+Z_jj-2*Z_ij，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)對(duì)自阻抗復(fù)數(shù)的幅值，保存上三角矩陣的數(shù)值。

進(jìn)一步的，所述電氣距離的計(jì)算包括：

根據(jù)自阻抗矩陣，將高維空間數(shù)據(jù)映射到低維空間，以電氣距離空間和低維空間內(nèi)條件概率的KL距離最小化為目標(biāo)，以低維空間內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化計(jì)算，并輸出低維空間的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算低維空間的電氣距離。

進(jìn)一步的，用下式表示高維數(shù)據(jù)集X中點(diǎn)x_j出現(xiàn)在點(diǎn)x_i附近的條件概率p_j|i：

其中，σ_i為點(diǎn)x_j與點(diǎn)x_i的方差；

用下式表示高維數(shù)據(jù)集X中點(diǎn)x_i出現(xiàn)在點(diǎn)x_j附近的條件概率p_i|j：

t-SNE算法中高位空間的條件概率如下式所示：

其中，n為原始數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)；

低維空間的數(shù)據(jù)集Y中的條件概率如下式所示：

進(jìn)一步的，所述KL距離用下式所示的代價(jià)函數(shù)C表示：

其中，KL(P_i||Q_i)：節(jié)點(diǎn)i在高維空間和低維空間分別形成的條件概率P_i和Q_i的KL距離。

進(jìn)一步的，代價(jià)函數(shù)C的計(jì)算包括：

(1)隨機(jī)初始化y_i的值，將y_i隨機(jī)設(shè)為[0,1]×[0,1]范圍內(nèi)的坐標(biāo)；

(2)按下式計(jì)算代價(jià)函數(shù)C關(guān)于低維數(shù)據(jù)集點(diǎn)坐標(biāo)y_i的偏導(dǎo)數(shù)：

(3)按下式更新坐標(biāo)y_i的值：

式中，η：步長(zhǎng)或者學(xué)習(xí)率，為正數(shù)。

進(jìn)一步的，判斷代價(jià)函數(shù)C是否足夠小或迭代次數(shù)是否到達(dá)上限：

若代價(jià)函數(shù)C足夠小或迭代次數(shù)到達(dá)上限，則根據(jù)低維坐標(biāo)y_i進(jìn)行繪圖；

否則，重新計(jì)算代價(jià)函數(shù)C與低維坐標(biāo)y_i的梯度，并根據(jù)梯度更新低維坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述電力系統(tǒng)電器距離相關(guān)圖形的繪制包括：根據(jù)低維空間中計(jì)算出的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在二維或三維空間進(jìn)行選擇性繪圖。

一種電力系統(tǒng)電器距離可視化裝置，所述裝置包括: