基于遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法

邱桂華, 湯志銳, 鄺梓佳

(廣東電網(wǎng)有限責任公司,佛山供電局,廣東,佛山 528000)

0 引言

電力系統(tǒng)中不同斷面間具有復(fù)雜的耦合關(guān)系,電力系統(tǒng)的特性以及形態(tài)伴隨運行狀態(tài)的變化存在較大變化[1-3],電網(wǎng)形態(tài)變化制約了電力系統(tǒng)發(fā)展的安全穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)步入過渡發(fā)展階段,電網(wǎng)的潮流方式存在較高波動性,配網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用其電網(wǎng)調(diào)度功能保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的功能[4-6]。目前針對電力系統(tǒng)調(diào)度計劃安全校核的研究眾多,吳迪等[7]和呂穎等[8]分別針對電力系統(tǒng)調(diào)度計劃的安全校核開展了全時間維度以及并行計算調(diào)度的研究,以上兩種方法均可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度計劃的安全校核,但并未考慮電力系統(tǒng)運行過程中的潮流變化情況,未對調(diào)度指令票的安全校核進行深入研究。研究基于遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法,將決策樹遍歷方法應(yīng)用于配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核中,通過決策樹反復(fù)遍歷完成配網(wǎng)調(diào)度指令票的安全校核。

1 配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法

1.1 配網(wǎng)計劃潮流智能生成

依據(jù)調(diào)度操作數(shù)據(jù)和調(diào)度計劃計算配網(wǎng)的調(diào)度潮流,通過計算結(jié)果獲取配網(wǎng)交流收斂的校核斷面潮流,為配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

配網(wǎng)潮流計算表達式如下:

(1)

式(1)中,Pi、Qi與Ui、Uj分別為節(jié)點i的有功功率、無功功率以及節(jié)點i與j的電壓,j∈i與ηij分別表示與節(jié)點i相連的節(jié)點以及節(jié)點i與節(jié)點j之間的相角差,Gij、Dij均為節(jié)點導(dǎo)納矩陣內(nèi)的元素。

配網(wǎng)調(diào)度指令票的安全校核拓撲依據(jù)調(diào)度操作信息以及電力系統(tǒng)配網(wǎng)模型確定,即應(yīng)用Gij與Dij確定配網(wǎng)校核斷面的拓撲結(jié)構(gòu),獲取待注入的節(jié)點功率Pi與Qi。將配網(wǎng)待校核斷面的節(jié)點電壓以及相角應(yīng)用潮流方程確定,獲取最終配網(wǎng)的潮流分布結(jié)果。

選取牛頓潮流算法設(shè)置生成配網(wǎng)計劃潮流的功率約束如下:

(2)

將配網(wǎng)的跨區(qū)域聯(lián)絡(luò)線和省間斷面潮流應(yīng)用分布式平衡機算法控制,設(shè)定配網(wǎng)斷面不平衡功率的分配方式如下:

(1)將不平衡機組應(yīng)用發(fā)電機組承擔,選取具有自動發(fā)電控制(AGC)功能的機組以及主調(diào)頻廠機組依據(jù)配網(wǎng)中設(shè)置的機組比例分配不平衡功率;

(2)配網(wǎng)運行過程中,預(yù)測母線負荷過程中較易存在誤差,依據(jù)母線負荷預(yù)測值的比例分配母線負荷的不平衡功率。

1.2 配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的決策樹生成

為了獲取最佳的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核結(jié)果,制定待遍歷的最優(yōu)決策樹,保障配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的可靠性。應(yīng)用新的條件熵改善決策樹中信息熵的局限性,體現(xiàn)決策樹中決策表的決策水平。

用V表示論域,可得屬性集合R(V/R={R1,R2,…,RM})的信息熵表達式如下:

(3)

式(3)中,|Ri|/|V|為屬性Ri在論域V內(nèi)的概率。

設(shè)論域V中,存在等價關(guān)系集合用L與J表示,存在V/(L∪J)=V/L∩V/J。L(V/L={X1,X2,…,Xn})與T={t}(V/T={Y1,Y2,…,Ym})分別為屬于論域V內(nèi)的條件屬性集合以及決策屬性集合,屬性L∪T的信息熵表達式如下:

(4)

式(4)獲取的信息熵中,|Xi∩Yi|/|V|與p(Yj|Xi)=|Xi∩Yi|/|Xi|分別表示決策規(guī)則的元素覆蓋程度以及決策表形成固定規(guī)則的可信度。結(jié)合信息熵,可以更加直觀地體現(xiàn)生成決策樹中決策表具有的決策水平。

用T={t}與L分別表示論域V內(nèi)的決策屬性集合以及條件屬性集合,針對決策屬性t,L的新條件熵用H(T;L)表示,可得表達式如下:

H(T;L)=H(T|L)-E(L∪T)

(5)

采用ID3算法構(gòu)造配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的決策樹,為了改善該算法邏輯表達水平較差的缺陷,通過修正非葉節(jié)點屬性的選擇標準獲取更優(yōu)的決策樹。

用V*表示論域內(nèi)與決策樹其中一個分支節(jié)點具有較高關(guān)聯(lián)的元素集,T={t}與C分別表示決策屬性集以及條件屬性集,且B?C。針對V*,隨機屬性a∈C≤B的屬性重要性表達式如下:

SGF(a,B,V*,T)=H(T;B)-H(T;B∪{a})

(6)

當B=?時,SGF(a,?,V*,T)=-H(T;{a})。SGF(a,?,V*,T)數(shù)值越高時,表明當B為已知時,知識B對屬性a∈C≤B的重要性越高。運算SGF(a,?,V*,T)時,條件屬性子集B在迭代過程中,H(T;B)保持不變,因此a同時為SGF(a,?,V*,T)的最大屬性以及H(T;B∪{a})的最小屬性。將SGF(a,?,V*,T)設(shè)置為搜索最小知識約簡的啟發(fā)式信息時,僅計算H(T;B∪{a})即可獲取最優(yōu)的決策樹,有效降低決策樹生成的計算量。

由以上分析可知,將空樹作為起始點,設(shè)置SGF(a,?,V*,T)的最大屬性a作為分支節(jié)點,應(yīng)用自頂向下的方式遞歸生成決策樹。選取決策樹屬性時,需要同時考慮所選取的屬性相對于其他對象集的重要性,獲取最優(yōu)的新屬性啟發(fā)式函數(shù),令決策樹可以實現(xiàn)最優(yōu)分類效果,改善ID3算法容易重復(fù)選擇某屬性的缺陷,獲取應(yīng)用于配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核中的最優(yōu)決策樹。

1.3 遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核

依據(jù)配網(wǎng)調(diào)度潮流計算結(jié)果和安全校核邏輯,遍歷所生成的最優(yōu)決策樹建立配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的遍歷樹函數(shù)表達式如下:

y=f(x)

(7)

式(7)中,x與f分別表示輸入?yún)?shù)以及遍歷樹函數(shù),用y表示遍歷樹的輸出結(jié)果,y的輸出結(jié)果分別0與1,輸出結(jié)果為1時遍歷成功,否則表示遍歷失敗。

基于遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法流程圖如圖1所示。

圖1 遍歷樹算法

通過圖1的遍歷樹算法對配網(wǎng)調(diào)度指令票的內(nèi)容進行校核。依據(jù)配網(wǎng)調(diào)度指令票的安全校核邏輯,遍歷決策樹過程中,設(shè)置邊界條件如下:

(1)遍歷過程中發(fā)現(xiàn)元件后端為空狀態(tài)時,表示此處無連接元件;

(2)元件為單連接元件變壓器;

(3)元件為檢修狀態(tài)的開關(guān)或刀閘;

(4)元件為未處于檢修狀態(tài)的站內(nèi)開關(guān)。

通過函數(shù)f(x)讀取其中一個配網(wǎng)調(diào)度元件x后,連接其中的配網(wǎng)調(diào)度元件,建立集合W={w1,w2,…,wn},遍歷集合W內(nèi)的全部元件,嵌套調(diào)用f(wn)。遍歷其中的分路,遍歷至邊界1～邊界3時,完成該配網(wǎng)分支的遍歷,返回至分支節(jié)點,繼續(xù)遍歷下一個分支,直至全部元件x后端的全部路徑均完成遍歷后,輸出遍歷結(jié)果1,表示成功遍歷。遍歷配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核決策樹時,遍歷過程中遇見邊界4時,強制終結(jié)決策樹遍歷,輸出遍歷結(jié)果0。

電力系統(tǒng)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu),由眾多元件連接于一個元件的后端,形成線路分支,遍歷過程中遇見線路分支時,需遍歷該分支中的全部節(jié)點。

基于遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法流程圖如圖2所示。

圖2 安全校核方法

配網(wǎng)調(diào)度人員依據(jù)配網(wǎng)計劃調(diào)度指令票在配網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)中將操作開關(guān)設(shè)置為檢修狀態(tài),運行安全校核方法。讀取配網(wǎng)調(diào)度人員模擬操作的開關(guān),通過配網(wǎng)開關(guān)的讀取結(jié)果建立開關(guān)庫集合S={s1,s2,…,sn},通過遍歷決策樹判定配網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)中的開關(guān)是否處于檢修狀態(tài)。開關(guān)未處于檢修狀態(tài)時,結(jié)束決策樹遍歷,終止安全校核,并發(fā)出告警;處于檢修狀態(tài)時,調(diào)用配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的遍歷樹函數(shù)f(x),從節(jié)點s1開始進行遍歷,遍歷結(jié)果為0時,未通過安全校核,發(fā)出告警;遍歷結(jié)果為1時,設(shè)置迭代次數(shù)為n=n+1,調(diào)用配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的遍歷樹函數(shù)f(x),從節(jié)點s2開始繼續(xù)遍歷。重復(fù)以上過程,直至n=N,完成最后一個開關(guān)s2的遍歷,輸出配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核成功結(jié)果。

2 實例分析

為驗證所研究基于遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法有效性,選取某電力企業(yè)的某調(diào)度區(qū)間作為研究對象,該配網(wǎng)調(diào)度區(qū)間包含線路數(shù)量為5248條,發(fā)電機組數(shù)量為1254臺,有效計算節(jié)點數(shù)量為7564個。

采用本文方法安全校核配網(wǎng)調(diào)度指令票,設(shè)置安全校核的配網(wǎng)調(diào)度指令票內(nèi)容為將5號配電變壓器改接至2號配電柜的3號開關(guān)中,配網(wǎng)調(diào)度指令票中的安全措施為將2號配電柜的2號開關(guān)以及5號開關(guān)轉(zhuǎn)換至檢修狀態(tài),保障配電系統(tǒng)滿足來電側(cè)的安全措施需求。配網(wǎng)調(diào)度員依據(jù)配網(wǎng)調(diào)度指令票模擬操作指令票中內(nèi)容,安全校核所需要轉(zhuǎn)換為檢修狀態(tài)的開關(guān)是否可以順利轉(zhuǎn)換為檢修狀態(tài)。首先依據(jù)本文方法建立開關(guān)庫,檢驗開關(guān)庫內(nèi)的全部開關(guān)狀態(tài)是否為檢修狀態(tài),檢驗結(jié)果為全部處于安全狀態(tài)。從第一個開關(guān)開始遍歷全部開關(guān),安全校核過程中,發(fā)現(xiàn)第一個開關(guān)的后側(cè)為配電變壓器,配電變壓器屬于單連接元件,此時校核結(jié)果可以滿足邊界條件(2),繼續(xù)進行下一輪的安全校核。選取第2個開關(guān)進行下一輪安全校核,第2個開關(guān)后端無連接元件,可滿足邊界條件(1),該開關(guān)為開關(guān)庫中的最后一個待校核元件。通過以上過程完成配網(wǎng)調(diào)度指令票的安全校核,實現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)度指令票的成功安全校核,輸出安全校核結(jié)果生成調(diào)度指令票。

統(tǒng)計采用本文方法安全校核配網(wǎng)調(diào)度指令票,安全校核過程中的計算收斂性統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 安全校核計算收斂性

表1實驗結(jié)果可以看出,選取牛頓潮流算法設(shè)置潮流計算的功率約束,使指令票安全校核的不收斂情況得到控制。

統(tǒng)計采用本文方法控制配網(wǎng)拓撲斷面功率的控制結(jié)果,統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。

圖3 計劃潮流控制結(jié)果

通過圖3實驗結(jié)果可以看出,本文方法采用多斷面功率控制算法設(shè)置配網(wǎng)計劃潮流的功率,改善配網(wǎng)潮流計算過程中缺少無功計劃數(shù)據(jù)的缺陷,獲取更加精準的配網(wǎng)潮流功率,提升了計劃潮流結(jié)果的合理性;應(yīng)用分布式平衡機算法控制省間斷面潮流,預(yù)測母線負荷誤差后分配母線負荷的不平衡功率,提高了計劃潮流的有效性。

統(tǒng)計采用本文方法安全校核配網(wǎng)調(diào)度指令票,電力系統(tǒng)運行過程中,不同節(jié)點的電壓越限優(yōu)化情況。將本文方法與未采用本文方法時的電壓越限結(jié)果對比,統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。

圖4 運行節(jié)點電壓波動

圖4實驗結(jié)果可以看出,應(yīng)用分布式平衡機算法控制配網(wǎng)斷面不平衡功率的分配方式,將不平衡機組應(yīng)用發(fā)電機組承擔,分配不平衡功率,使機電電壓處于合理范圍內(nèi)。

將本文方法應(yīng)用于該電力企業(yè)的電力系統(tǒng)中進行為期一年的測試,統(tǒng)計采用本文方法安全校核配網(wǎng)調(diào)度指令票,電力系統(tǒng)配網(wǎng)的全年停電時間變化情況。將本文方法與文獻[7]方法以及文獻[8]方法對比,對比結(jié)果如圖5所示。

圖5 配網(wǎng)停電時間變化

圖5實驗結(jié)果可以看出,通過遍歷所生成的最優(yōu)決策樹實現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)度指令票的安全校核能實現(xiàn)決策樹的快速運行,降低校核時間,從而縮短事故處理時間。

3 總結(jié)

為了避免配網(wǎng)調(diào)度過程中的人工審核錯誤情況,提升配網(wǎng)調(diào)度指令票的校核安全性以及校核效率,研究基于遍歷樹的配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核方法。設(shè)置安全校核邏輯作為遍歷樹的判定邊界,輔助配網(wǎng)調(diào)度員判斷下發(fā)的調(diào)度指令票是否滿足配網(wǎng)調(diào)度的工作需求;應(yīng)用多斷面潮流控制的計劃潮流算法生成配網(wǎng)調(diào)度計算潮流,通過配網(wǎng)計劃潮流智能生成方法提升配網(wǎng)潮流的收斂性以及潮流運算合理性;應(yīng)用改進的ID3算法生成配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核的決策樹,通過遍歷所生成的決策樹,提升配網(wǎng)調(diào)度指令票安全校核應(yīng)用性,提升安全校核的實用化水平。