本發(fā)明屬于電力自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體講涉及一種電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性分析方法。

背景技術(shù)：

智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)是電力系統(tǒng)分析，電力系統(tǒng)分析倚重于電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。由于當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)投資規(guī)模繼續(xù)加大，建設(shè)速度不斷加快，以及電網(wǎng)運(yùn)行控制向精細(xì)化、智能化方向發(fā)展要求。電網(wǎng)數(shù)據(jù)的規(guī)模越來越大，在提高網(wǎng)絡(luò)分析的速度方面，僅依靠改進(jìn)算法和提高計(jì)算能力的途徑在海量數(shù)據(jù)面前越來越無能為力。

傳統(tǒng)判斷數(shù)據(jù)是否相同可以很容易采用數(shù)據(jù)文件的對比來判斷。然而，很多情況并不僅只需做數(shù)據(jù)是否相同的判斷，而且還需做數(shù)據(jù)內(nèi)容是否近似的判斷。數(shù)據(jù)相似性判斷最早的需求源自互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，其主要目的是作為判斷網(wǎng)頁內(nèi)容重復(fù)的依據(jù)。當(dāng)面對海量數(shù)據(jù)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)一系列差異極大的情況。例如，處理數(shù)據(jù)需要較之更大的存儲(chǔ)空間，需要對數(shù)據(jù)文件之間的相似性進(jìn)行快速量化分析，處理數(shù)據(jù)需要盡可能少的計(jì)算量。盡管數(shù)據(jù)的相似性比較困難多，但是技術(shù)步驟卻是相似的，主要為：將數(shù)據(jù)文件進(jìn)行采樣壓縮，形成文件內(nèi)容的精簡描述數(shù)據(jù)集合；依靠相似性比較算法比較不同數(shù)據(jù)集合可量化的相似性。電力系統(tǒng)狀態(tài)描述電網(wǎng)某一時(shí)刻的電網(wǎng)信息，其相似性分析與上述步驟基本一致。然而，描述電力系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)主要為結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)且其數(shù)據(jù)存在相互的潮流方程約束，電力網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算的數(shù)據(jù)特別有其自生特點(diǎn)，因此，需要提供一種電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性的量化方法，以在獲取電力系統(tǒng)的樣本空間、樣本表達(dá)方式和樣本空間的相似性分析的諸多方面更加有效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性分析方法，用于將電力系統(tǒng)電網(wǎng)狀態(tài)的相似性進(jìn)行量化分析。其不同于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)狀態(tài)的比較技術(shù)，在面對大量的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，其可將電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)精簡為一個(gè)攜帶電網(wǎng)狀態(tài)特征的狀態(tài)向量，然后通過滿足局部靈敏性的函數(shù)計(jì)算兩個(gè)狀態(tài)向量之間的距離，通過距離表征不同兩個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的相似性。

一種電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性分析方法，所述方法包括：

I、網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算確定多級拓?fù)浞治龅募墧?shù)；

II、對根據(jù)拓?fù)浞治龅募墧?shù)確定的規(guī)則集合F的成員進(jìn)行拓?fù)浞治觯?/p>

III、從多級拓?fù)浞治龅某橄蠼Y(jié)果提取關(guān)鍵信息并形成狀態(tài)向量；

IV、根據(jù)距離函數(shù)計(jì)算的不同狀態(tài)向量的距離確定狀態(tài)間的相似度。

進(jìn)一步的，所述步驟I包括：

I-1、輸入電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ停?/p>

I-2、構(gòu)建物理節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成的拓?fù)鋱D。

進(jìn)一步的，所述拓?fù)鋱D包括：

物理節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成的第一級拓?fù)鋱D；

將支路阻抗為零的物理節(jié)點(diǎn)合并后其連接支路形成的第二級拓?fù)鋱D；

將同一廠站內(nèi)的接入同一母線的機(jī)組或負(fù)荷合并，簡化計(jì)算節(jié)點(diǎn)后及其連接支路形成的第三級拓?fù)鋱D。

進(jìn)一步的，所述廠站出現(xiàn)群現(xiàn)象時(shí)，合并廠站，該合并廠站的節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成第四級拓?fù)鋱D。

進(jìn)一步的，按需求對所述拓?fù)鋱D進(jìn)行抽象處理，形成較之更高一級的拓?fù)鋱D。

進(jìn)一步的，所述步驟II包括：依據(jù)下式所示的規(guī)則集合F的成員對電力系統(tǒng)的N個(gè)級別分別進(jìn)行k級拓?fù)浞治觯ο率剿镜耐負(fù)浞治鼋Y(jié)果W_k進(jìn)行保留；

所述規(guī)則集合F＝{F₁，……，F(xiàn)_k|其中函數(shù)F_i：W_i→W_i+1，i＜k}，所述拓?fù)浞治鼋Y(jié)果W_k＝{U₁，U₂……，U_k|U₁∪U₂∪U₃……∪U_k＝V，U_i∩U_j＝φ，i≦k，j≦k，i≠j}，其中，V為電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛨D的頂點(diǎn)構(gòu)成的非空集合。

進(jìn)一步的，所述步驟III包括：

III-1、從多級拓?fù)浞治龀橄蟮慕Y(jié)果提取支路的視在功率；

III-2、將支路的視在功率按由高至低的電壓等級排序，或按功率由大至小排序，構(gòu)建L表；

III-3、依據(jù)電網(wǎng)規(guī)模和相似性量化的精度選取的前n個(gè)構(gòu)建新的Ln列表；

III-4、將列表Ln＝[L₁,L₂,…Ln]轉(zhuǎn)化為向量Pn＝(P₁,P₂,…Pn)，其中Pi為對應(yīng)支路Li的視在功率大小。

進(jìn)一步的，所述步驟IV的所述狀態(tài)間的相似度如下式所示：

其中，P_x和P_y分別為兩個(gè)電力系統(tǒng)狀態(tài)的向量，P_x＝(p_x1，p_x2，…，p_xn)，P_y＝(p_y1，p_y2，…，p_yn)。

一種電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性分析方法所用的裝置，所述裝置包括：

采集模塊，用于采集不同的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)；

狀態(tài)估計(jì)模塊，與采集模塊連接，用于對電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)；

計(jì)算模塊，與狀態(tài)估計(jì)模塊連接，用于計(jì)算兩個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)間的相似度；

輸出模塊，與計(jì)算模塊連接，用于輸出計(jì)算結(jié)果。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠快速判斷全天電網(wǎng)狀態(tài)變化的波動(dòng)幅度，可以依靠波動(dòng)大小快速確定是否啟動(dòng)電網(wǎng)分析計(jì)算。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠?qū)o定的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全時(shí)段快速檢索，快速識別出相似或相同時(shí)刻的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3、本發(fā)明的提供的技術(shù)方案能夠依據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的相似性，降低電網(wǎng)分析計(jì)算次數(shù)，大大提升電網(wǎng)實(shí)時(shí)計(jì)算的效率。

4、本發(fā)明的提供的技術(shù)方案不依據(jù)時(shí)間段，而是只依據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)的相似性，對海量的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為實(shí)施例中電網(wǎng)狀態(tài)兩兩比較的2維圖；

圖3為實(shí)施例中電網(wǎng)狀態(tài)兩兩比較的3維圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：

1)多級拓?fù)淠Ｐ涂梢圆捎脭?shù)學(xué)模型表示，其描述如下：

(1)存在圖G＝<V,E>，其中V＝{d₁,……,d_n}，E＝{(d_i,d_j)|d_i∈V,d_j∈V,d_i≠d_j}

(2)存在集合U_k≠φ，滿足U₁∪U₂∪U₃……∪U_m＝V，U_i∩U_j＝φ，其中k≦m，i≦m，j≦m，i≠j；

(3)存在集合W_k＝{U₁，U₂……，U_k|U₁∪U₂∪U₃……∪U_k＝V，U_i∩U_j＝φ，i≦k，j≦k，i≠j}

(4)存在規(guī)則集合F＝{F₁，……，F(xiàn)_k|其中函數(shù)F_i：W_i→W_i+1，i＜k}；

多級拓?fù)浞治鼍褪菍ν負(fù)鋱D中節(jié)點(diǎn)和支路的部分合并處理，以期達(dá)到對同一電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟煌瑢哟蔚膶?shí)現(xiàn)。

2)計(jì)算兩個(gè)狀態(tài)向量距離的函數(shù)需要滿足如下兩個(gè)條件：

①如果d(x,y)≦d1，則f(x)＝f(y)的概率至少為p1，即P(f(x)＝f(y))≧p1；

②如果d(x,y)≧d2，則f(x)＝f(y)的概率至多為p2，即P(f(x)＝f(y))≦p2；

其中，x和y為狀態(tài)向量，d(x,y)為狀態(tài)向量的距離函數(shù)，f(x)和f(y)為狀態(tài)向量表征的狀態(tài)，P(f(x)＝f(y))為x和y表征的兩個(gè)狀態(tài)相等的概率，p1和p2為概率值，d1和d2為距離值，且p1>p2>0,d2>d1。

能夠滿足以上兩個(gè)條件的距離函數(shù)很多，本發(fā)明采用余弦相似度函數(shù)來判斷兩個(gè)向量x和y的距離：

其中，x＝(x₁,x₂,…，x_n)，y＝(x₁,x₂,…，x_n)，

<x,y>＝x₁y₁+x₂y₂+…+x_ny_n

如圖1所示為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程：

依據(jù)以上數(shù)學(xué)模型的描述，本發(fā)明中電力系統(tǒng)狀態(tài)的相似性分析具體的實(shí)現(xiàn)流程如下：

1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算分析的要求，確定多級拓?fù)浞治龅募墧?shù)；

2)根據(jù)拓?fù)浞治龅募墧?shù)確定拓?fù)浞治鲋惺褂玫囊?guī)則集合F，規(guī)則集合的成員數(shù)由第一步確定的級數(shù)決定；

3)依次依據(jù)規(guī)則集合F的成員進(jìn)行拓?fù)浞治?，對拓?fù)浞治龅慕Y(jié)果進(jìn)行保留；

從多級拓?fù)浞治龀橄蟮慕Y(jié)果提取出關(guān)鍵信息并形成狀態(tài)向量；

4)通過距離函數(shù)對不同狀態(tài)向量的距離進(jìn)行計(jì)算，函數(shù)獲得兩個(gè)狀態(tài)之間的相似度大小。

一種電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性分析方法的實(shí)施方案：對兩個(gè)不同電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過多級拓?fù)浞治?，獲取抽象到所需層次的電網(wǎng)模型，然后抽取電網(wǎng)狀態(tài)關(guān)鍵信息，形成電網(wǎng)狀態(tài)向量，通過電網(wǎng)狀態(tài)向量的距離函數(shù)計(jì)算兩個(gè)狀態(tài)向量之間的距離，從而表征兩個(gè)不同電網(wǎng)狀態(tài)的相似性。

所述方法中對于電力系統(tǒng)狀態(tài)的相似性分析方法具有以下步驟：

步驟一、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算分析的要求，確定多級拓?fù)浞治龅募墧?shù)；

具體多級拓?fù)浞治龅牡募墧?shù)與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用和電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)有關(guān)，可以根據(jù)分析的速度和存儲(chǔ)規(guī)模等要求確定合適級數(shù)。其中，抽象級數(shù)越高，存儲(chǔ)空間越小，分析速度越快，但電力系統(tǒng)狀態(tài)信息損失越多。電力系統(tǒng)建模時(shí)，最詳細(xì)的可以看作物理節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成的圖，此為第一級圖。當(dāng)將支路阻抗為零的物理節(jié)點(diǎn)合并，則形成計(jì)算節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成的圖，此為第二級圖。當(dāng)將同一廠站內(nèi)，接入同一母線的機(jī)組或負(fù)荷合并，則形成簡化計(jì)算節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成的圖，此為第三級圖。當(dāng)存在電廠群等現(xiàn)象是，可以將這些廠站進(jìn)行合并，則形成合并廠站的節(jié)點(diǎn)及其連接支路形成的圖，此為第四級圖。

步驟二、從多級拓?fù)浞治龀橄蟮慕Y(jié)果提取出關(guān)鍵信息并形成狀態(tài)向量；

從抽象的的拓?fù)鋱D中提取出關(guān)鍵信息具體有以下步驟：

2.1從多級拓?fù)浞治龀橄蟮慕Y(jié)果提取支路列表和對應(yīng)支路的視在功率；

2.2將支路視在功率首先按照電壓等級由高到低排序，對于相同電壓等級的支路路則按照功率由大到小排序，形成列表L；

2.3依據(jù)電網(wǎng)規(guī)模和相似性量化的精度要求，選取前n個(gè)列表元素作為新的列表Ln；(通常按照列表L的元素個(gè)數(shù)的30％確定n值；如果相關(guān)應(yīng)用對電網(wǎng)精度要求高，可以取值到50％以上；如果要求信息無損失，可直接選取列表L的所有元素)

2.4將列表Ln＝[L1,L2,…Ln]轉(zhuǎn)化為向量Pn＝(P1,P2,…Pn)，其中Pi為對應(yīng)支路Li的視在功率大??；

步驟三、通過距離函數(shù)對不同狀態(tài)向量的距離進(jìn)行計(jì)算，函數(shù)獲得兩個(gè)狀態(tài)之間的相似度大小。

當(dāng)獲得兩個(gè)電力系統(tǒng)狀態(tài)的向量Px和Py后，通過向量的余弦定理來表征兩個(gè)電力系統(tǒng)狀態(tài)樣本的相似性。相似性大小范圍為[0,1]，計(jì)算結(jié)果越接近1，則兩個(gè)電力系統(tǒng)狀態(tài)越近似。

其中，P_x和P_y分別為兩個(gè)電力系統(tǒng)狀態(tài)的向量，P_x＝(p_x1，p_x2，…，p_xn)，P_y＝(p_y1，p_y2，…，p_yn)。

電力系統(tǒng)狀態(tài)相似性分析方法所用的裝置，該裝置包括：

采集模塊，用于采集不同的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)；

狀態(tài)估計(jì)模塊，與采集模塊連接，用于對電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)；

計(jì)算模塊，與狀態(tài)估計(jì)模塊連接，用于計(jì)算兩個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)間的相似度；

輸出模塊，與計(jì)算模塊連接，用于輸出計(jì)算結(jié)果。

具體計(jì)算方法可以參見上述方法實(shí)施例的記載，此處不再贅述。

以某省級電網(wǎng)全天24小時(shí)每5分鐘的電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果為計(jì)算數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小491MB，進(jìn)行288個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的兩兩相似性對比，相似性計(jì)算總共計(jì)算了82944次，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算，計(jì)算時(shí)長81秒，最終效果圖如附圖2和附圖3所示。

從圖2和圖3中，用顏色從深色至淺色區(qū)域表示相似性從大到小。圖中可以看出數(shù)據(jù)滿足時(shí)間越接近越相似的常識性規(guī)律。從圖中可以看出全天電網(wǎng)大概平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)段有3個(gè)，該時(shí)間區(qū)域內(nèi)可以減少電網(wǎng)分析的計(jì)算次數(shù)。在3個(gè)區(qū)域的間隔處，存在波動(dòng)劇烈時(shí)間段，這個(gè)時(shí)間段應(yīng)該增強(qiáng)電網(wǎng)分析次數(shù)和電網(wǎng)監(jiān)控。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。