本發(fā)明涉及電力網(wǎng)絡(luò)分塊層面，具體涉及一種基于GN算法的節(jié)點遷移網(wǎng)絡(luò)分塊優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)并行計算的基本思想是將電力網(wǎng)絡(luò)按照地理或網(wǎng)絡(luò)拓撲連接結(jié)構(gòu)，分割成若干個子網(wǎng)絡(luò)和一個協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，而子網(wǎng)絡(luò)彼此之間通過一組與協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)對應的邊界量進行聯(lián)系。此時，子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部相關(guān)運算可實行并行化計算。其中，作為分割方法之一的節(jié)點分裂法在具有將電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)劃分，以實現(xiàn)并行計算優(yōu)勢的同時，也會因無法客觀合理地確定分裂節(jié)點集，而出現(xiàn)無法擴展應用的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于GN分裂算法的節(jié)點遷移網(wǎng)絡(luò)分塊優(yōu)化方法，其應用于電力系統(tǒng)潮流的并行計算時，將變得更加完整、系統(tǒng)，即為節(jié)點分裂算法的割裂節(jié)點成員的確定提供一種客觀依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于GN分裂算法的節(jié)點遷移網(wǎng)絡(luò)分塊優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)GN分裂算法擇取薄弱線路，即：計算電力網(wǎng)絡(luò)中所有線路的邊介數(shù)；按邊介數(shù)對網(wǎng)絡(luò)所有線路進行降序排序，獲取當前邊介數(shù)最高的線路，記作curLine后并添加至薄弱線路集合中；從當前網(wǎng)絡(luò)中移除curLine，重復上述排序添加步驟，直至電力網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點均退化為一個獨立節(jié)點社團；

步驟2：切割支路所連接節(jié)點，按照一定原則從擇取該切割支路將其所對應的子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，即撕裂節(jié)點集合；

所述原則包括：1)優(yōu)先遷移鄰域連接度大的節(jié)點；2)優(yōu)先遷移不增加以孤島形式存在節(jié)點的撕裂節(jié)點；3)若兩端節(jié)點鄰域連接度相同，且均不增加孤島節(jié)點，隨機選取節(jié)點作為撕裂節(jié)點；4)此前已作為撕裂節(jié)點的節(jié)點，均執(zhí)行鎖定操作，且后續(xù)新增撕裂節(jié)點若被鎖定在撕裂節(jié)點集合中，則轉(zhuǎn)至下一薄弱線路的撕裂節(jié)點的擇取；5)每獲取一個撕裂節(jié)點時，需采用深度優(yōu)先搜索算法判斷當前網(wǎng)絡(luò)分割格局，存儲當前各子網(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含節(jié)點編號和線路信息；

步驟3：定義分割目標條件函數(shù)J：

式中，符號“|”表征條件前提，該符號右邊為前提條件，左邊對應最終目標條件函數(shù)值；V_conet為協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含的撕裂節(jié)點數(shù)目；V_{net_i}、V_{net_j}為劃分后的第i、j個子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所包含的節(jié)點數(shù)目。

進一步的，在撕裂過程中，設(shè)定閾值thres，若低于此閾值的子網(wǎng)絡(luò)數(shù)目達到事先設(shè)定的比例系數(shù)，則終止撕裂過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：其應用于電力系統(tǒng)短路電流的并行計算時，將變得更加完整、系統(tǒng)，即為節(jié)點分裂算法的割裂節(jié)點成員的確定提供一種客觀依據(jù)。

附圖說明

圖1為支路切割-節(jié)點撕裂轉(zhuǎn)換示意圖。

圖2為節(jié)點遷移網(wǎng)絡(luò)分塊優(yōu)化流程圖。

圖3系統(tǒng)分區(qū)格局示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明方法首先以GN分裂算法確定電力網(wǎng)絡(luò)拓撲鏈接關(guān)系薄弱的線路集合；其次，引入“遷移”的概念，將該集合中薄弱線路轉(zhuǎn)換為分裂節(jié)點，以確定分裂節(jié)點集合和分割格局集合；最后，依據(jù)分割目標條件函數(shù)，擇取電力網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)分割格局。詳述如下：

一、基于GN分裂算法的薄弱線路擇取

復雜網(wǎng)絡(luò)理論在電力系統(tǒng)中的應用已日趨成熟，如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)辨識、電網(wǎng)無功分區(qū)、電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)動力學分析和500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)等。其中，該理論中GN分裂算法作為社區(qū)發(fā)現(xiàn)方面的開創(chuàng)性算法，是一種典型的分裂算法。其基本思想是：如果一個網(wǎng)絡(luò)包含幾個社團且各個社團之間的所有最短路徑必然經(jīng)過這些互聯(lián)的邊，從而這些邊則具有較高的邊介數(shù)。通過逐步移除這些邊的方式，可將隱藏在網(wǎng)絡(luò)中的不同社團劃分開。此部分邊即為所述薄弱線路。

本發(fā)明結(jié)合GN分裂算法以獲取表征電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲聯(lián)系脆弱的薄弱線路集合，其步驟為：

1)計算電力網(wǎng)絡(luò)中所有線路的邊介數(shù)。

2)按邊介數(shù)對網(wǎng)絡(luò)所有線路進行降序排序，獲取當前邊介數(shù)最高的線路，記作curLine后并添加至薄弱線路集合中。

3)從當前網(wǎng)絡(luò)中移除curLine，重復步驟2)，直至電力網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點均退化為一個獨立節(jié)點社團。

二、節(jié)點撕裂分割轉(zhuǎn)換

依據(jù)GN分裂算法所獲取的薄弱線路集合后，可將其逐步視作電力網(wǎng)絡(luò)初始支路切割對象。為得到撕裂節(jié)點法的分割，則需要將切割支路轉(zhuǎn)換為撕裂節(jié)點。轉(zhuǎn)換的基本思想為將切割支路所連接節(jié)點，按照一定的原則從擇取其一所對應的子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，即撕裂節(jié)點集合。

圖1表示一個簡單實例。圖1(a)是兩條支路切割分割的網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)GN分裂算法可確定排序在前兩位的切割支路為(v2,v4)和(v5,v4)，邊介數(shù)分別為20和32。要將其轉(zhuǎn)換為節(jié)點撕裂分割需要的切割對象，有多種轉(zhuǎn)換方法。圖1顯示了可能的2種轉(zhuǎn)換，圖1(b)將子網(wǎng)絡(luò)1中的節(jié)點v2、v5遷移至撕裂節(jié)點集合中；類似地，圖1(c)將子網(wǎng)絡(luò)2中的節(jié)點v4遷移至撕裂節(jié)點集合中。兩者同為節(jié)點撕裂分割，且均將完整網(wǎng)絡(luò)劃分成子網(wǎng)絡(luò)1、2和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)形式。其中，撕裂節(jié)點集合分別為{v4}、{v2、v5}。

不同的轉(zhuǎn)換方法所形成的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)絡(luò)，所包含的節(jié)點成員各不相同。其中，按{v4}撕裂后的子網(wǎng)絡(luò)1、2和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含節(jié)點成員分別為{v1、v2、v3、v5}、{v6、v7、v8}和{v4}；按{v2、v5}撕裂后的子網(wǎng)絡(luò)1、2和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含節(jié)點成員分別為{v1、v3}、{v4、v6、v7、v8}和{v2、v5}。兩者撕裂的區(qū)別在于前者僅需遷移v4節(jié)點，而后者需遷移兩個節(jié)點，才實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分塊的目的，顯然增加了操作的復雜性。

為了得到最佳的遷移，必須在遷移過程中計及一定的原則，以此優(yōu)化遷移組合，才能使分割目標函數(shù)最優(yōu)。要達到表征網(wǎng)絡(luò)分割的合理性，進一步考慮五個原則，具體指在逐步將當前薄弱線路所對應兩端節(jié)點分別作為撕裂節(jié)點時：1)優(yōu)先遷移鄰域連接度大的節(jié)點。鄰域連接度判斷的前提為薄弱線路k、k+1條的逐步遍歷；2)優(yōu)先遷移不增加以孤島形式存在節(jié)點的撕裂節(jié)點；3)若兩端節(jié)點鄰域連接度相同，且均不增加孤島節(jié)點，隨機選取節(jié)點作為撕裂節(jié)點；4)此前已作為撕裂節(jié)點的節(jié)點，均執(zhí)行鎖定操作，且后續(xù)新增撕裂節(jié)點若被鎖定在撕裂節(jié)點集合中，則轉(zhuǎn)至下一薄弱線路的撕裂節(jié)點的擇?。?)每獲取一個撕裂節(jié)點時，需采用深度優(yōu)先搜索算法判斷當前網(wǎng)絡(luò)分割格局，存儲當前各子網(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含節(jié)點編號和線路信息。

另外，在撕裂過程中，需設(shè)定一閾值thres，若低于此閾值的子網(wǎng)絡(luò)數(shù)目達到事先設(shè)定的比例系數(shù)，則終止撕裂過程。閾值的設(shè)定依據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模而定。

原則2)在于考慮到電力網(wǎng)絡(luò)分塊成子網(wǎng)絡(luò)集合和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的形式，是為了實現(xiàn)類似短路電流并行計算的目的。新增孤島節(jié)點作為一個子網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部僅有一個獨立節(jié)點，該節(jié)點相對于短路節(jié)點的自阻抗或互阻抗元素的計算量顯然很小，而且相比孤島節(jié)點，其它子網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模仍會很大，而此時的計算速度仍取決于大規(guī)模子網(wǎng)絡(luò)的自阻抗、互阻抗相關(guān)變量的計算。因此，增加孤島節(jié)點顯然不合適。

原則4)的目的在于：即將研究電力網(wǎng)絡(luò)適當劃分成若干個中小等網(wǎng)絡(luò)和一個協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)若短路電流計算時各網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點成員相對與短路節(jié)點的自阻抗或互阻抗元素獨立計算的目的。在于若添加鎖定節(jié)點所在線路中未鎖定節(jié)點為撕裂節(jié)點，則可能會增加過多過小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目，此時將因各子網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理而顯得繁瑣、冗余，且浪費計算資源。

三、分割優(yōu)化目標條件函數(shù)

分割優(yōu)化目標是使與短路電流計算中各子網(wǎng)絡(luò)所對應的子任務(wù)計算量盡量均衡，記作Task，如此各個Task任務(wù)執(zhí)行時間將不依賴于規(guī)模過大子網(wǎng)絡(luò)的自阻抗、互阻抗相關(guān)變量的計算；且達到網(wǎng)絡(luò)客觀劃分的前提下，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含的撕裂節(jié)點盡量少。因此，可定義如式(1)所示的分割目標條件函數(shù)J。式(1)中，符號“|”表征條件前提，該符號右邊為前提條件，左邊對應最終目標條件函數(shù)值。

式中：V_conet為協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)所包含的撕裂節(jié)點數(shù)目；V_{net_i}、V_{net_j}為劃分后的第i、j個子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所包含的節(jié)點數(shù)目。

為驗證所提節(jié)點遷移網(wǎng)絡(luò)分塊方法的有效性，本發(fā)明以IEEE 30節(jié)點系統(tǒng)作為測試算例。采用GN分裂算法獲取該網(wǎng)絡(luò)的薄弱線路集合，如表1所示。

表1 IEEE 30節(jié)點系統(tǒng)部分線路邊介數(shù)

該表僅列寫出對分割有效結(jié)果有影響的前12條薄弱線路的邊介數(shù)，排序順序自上而下，自左向右。在此基礎(chǔ)上，可在設(shè)定閾值為0.1后，將該系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)換成子網(wǎng)絡(luò)集合和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)兩部分，確定最優(yōu)分割格局，如圖3所示，即子網(wǎng)絡(luò)1、2、3、4和5，分別涵蓋節(jié)點成員為{8、25、26、27、28、29、30}、{1、2、3、5、7}、{12、13、14、15、16、17、18、19、20、23}、{9、11}和{21、22}，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)涵蓋節(jié)點為{4、6、10、24}，J最大，為0.25。