[發明專利]基于主成分和K-means算法的電網寬頻量測信號在線聚類方法

在審

• 申請號: 202111424111.1
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114417907A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 嚴耿;謝曉冬;張俊;鄒吉林;劉剛;段剛;張利強;劉明;劉勇;楊枕;柴謙;曹世富
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保工程技術有限公司;北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G01R25/00
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 肖繼軍;魏辛欣

本申請公開了基于主成分和K?means算法的電網寬頻量測信號在線聚類方法，包括：定周期實時在線獲取電網設備的寬頻量測信號，并構建寬頻量測信號樣本矩陣X；通過主成分分析對寬頻量測信號樣本矩陣X進行降維處理，得到聚類分析的輸入樣本矩陣Xˊ；根據電網廠站及設備的拓撲關系，對輸入樣本矩陣Xˊ進行聚類簇優化劃分，形成輸入樣本矩陣Xˊ的簇集合；采用K?means算法對簇集合所包含的全部元素進行在線聚類，得到主導寬頻振蕩模態分布情況。本發明通過對降維處理后的寬頻量測信號聚類分析，識別寬頻振蕩模態時空分布態勢，保證廣域電網寬頻振蕩事件的準確辨識，提高對電網諧波分布特性的在線感知能力。

技術領域

本發明屬于電力系統安全穩定分析技術領域，涉及基于主成分和K-means算法的電網寬頻量測信號在線聚類方法。

背景技術

隨著電網結構變化和大量電力電子設備引入，電網特性日趨復雜，間諧波、諧波對電網安全運行的影響逐步顯現，由此帶來的寬頻振蕩問題嚴重威脅電力系統運行的穩定性。

各級電網調度控制中心在關鍵廠站、新能源匯集地區配置了寬頻測量裝置，實現對1～300Hz間諧波相量、2～50次諧波相量寬頻信號的實時同步采集，上送至調度控制中心的電網調度技術支持系統進行監測與分析。

由于寬頻振蕩機理復雜，在電網調度控制中心對寬頻量測信號統計分析可以獲取電網關鍵寬頻振蕩模態、電網寬頻分布特性，提高電網寬頻振蕩監測水平。傳統的統計方法通常通過廠站、設備以及振蕩頻率等維度對寬頻量測信號進行分析，需要預設一定的前提條件，且不同維度間互動性較少，不利于運行分析人員掌握電網寬頻振蕩的時空分布特點。

采用聚類算法的方法能較好地挖掘寬頻量測信號所包含的豐富振蕩信息，多層次呈現電網振蕩模態變化發展趨勢，但未針對電力系統振蕩特征對寬頻量測信號預處理，也未結合電網拓撲關系優化聚類計算過程，難以適應實時在線分析要求和日益增長的寬頻監測設備數量。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本申請提供基于主成分和K-means算法的電網寬頻量測信號在線聚類方法，使電網調控中心的運行分析人員可以充分利用寬頻量測信號在線識別廣域電網寬頻振蕩模態分布態勢，實時獲取電網關鍵寬頻振蕩模態，及時調整當前追蹤的電網寬頻振蕩事件頻段范圍，支撐電網振蕩事件在線監測頻段的動態更新與增量加載，保證電網重要振蕩事件的全景觀測，有利于調度運行分析人員全面掌握電網諧波分布特性，為電網振蕩事件處置決策和事后分析提供依據。

為了實現上述目標，本發明采用如下技術方案：

基于主成分和K-means算法的電網寬頻量測信號在線聚類方法，包括以下步驟：

步驟1：定周期實時在線獲取電網設備的寬頻量測信號，并構建寬頻量測信號樣本矩陣X；

步驟2：通過主成分分析對步驟1的寬頻量測信號樣本矩陣X進行降維處理，得到聚類分析的輸入樣本矩陣Xˊ；

步驟3：根據電網廠站及設備的拓撲關系，對輸入樣本矩陣Xˊ進行聚類簇優化劃分，形成輸入樣本矩陣Xˊ的簇集合；

步驟4：采用K-means算法對步驟3的簇集合所包含的全部元素進行在線聚類，得到主導寬頻振蕩模態分布情況。

本發明進一步包括以下優選方案：

優選地，步驟1中，所述寬頻量測信號是指1～300Hz間諧波相量、2～50次諧波相量的寬頻量測信號；

所述電網設備包括各廠站、交流線路、變壓器以及發電機。

優選地，步驟1具體包括：

步驟1.1：篩選具有寬頻量測信號配置信息的電網設備，形成參與監測設備集；

步驟1.2：定周期實時在線獲取參與監測設備集的寬頻量測信號；