本發(fā)明屬于區(qū)域供，具體而言，涉及一種區(qū)域供電穩(wěn)定性判定方法、介質(zhì)及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電力需求的持續(xù)增長,電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性也日益增加。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中,供電穩(wěn)定性是確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。供電穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在各種干擾和故障影響下,仍能維持電壓、頻率、相角等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)在允許范圍內(nèi)的能力。良好的供電穩(wěn)定性不僅能夠保證終端用戶用電質(zhì)量,還能有效避免級聯(lián)故障的發(fā)生,降低電網(wǎng)事故風(fēng)險,從而提高電力系統(tǒng)的整體可靠性。

2、現(xiàn)有的供電穩(wěn)定性評估方法主要有以下幾種:

3、1)基于電力系統(tǒng)動態(tài)模型的分析方法。這種方法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,如潮流方程、頻率穩(wěn)定性方程、電壓穩(wěn)定性方程等,通過求解這些方程組來評估供電穩(wěn)定性。但是這種方法需要大量的系統(tǒng)參數(shù)信息,對參數(shù)的準(zhǔn)確性要求很高,同時計算量較大,不利于實(shí)時評估。

4、2)基于指標(biāo)體系的評估方法。這種方法通過建立綜合指標(biāo)體系,如電壓偏差指標(biāo)、頻率偏差指標(biāo)、功率因數(shù)指標(biāo)等,對電網(wǎng)的供電質(zhì)量進(jìn)行評估。但這種方法忽略了供電、負(fù)荷和環(huán)境因素之間的耦合關(guān)系,無法全面反映供電穩(wěn)定性的動態(tài)特性。

5、3)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的分析方法。這類方法利用海量的電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),采用機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別等技術(shù),對供電穩(wěn)定性進(jìn)行分析和預(yù)測。但這種方法往往缺乏對供電穩(wěn)定性形成機(jī)理的深入分析,難以給出供電穩(wěn)定性評估的物理意義。

6、綜上所述,現(xiàn)有的供電穩(wěn)定性評估方法或存在缺乏對供電穩(wěn)定性形成機(jī)理的深入分析,難以準(zhǔn)確、實(shí)時地判斷區(qū)域電網(wǎng)的供電穩(wěn)定狀態(tài)。為此,迫切需要一種新的供電穩(wěn)定性評估方法,能夠在保證評估準(zhǔn)確性的前提下,也具備實(shí)時性和可解釋性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種區(qū)域供電穩(wěn)定性判定方法、介質(zhì)及系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有的供電穩(wěn)定性評估方法或存在缺乏對供電穩(wěn)定性形成機(jī)理的深入分析,難以準(zhǔn)確、實(shí)時地判斷區(qū)域電網(wǎng)的供電穩(wěn)定狀態(tài)的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種區(qū)域供電穩(wěn)定性判定方法，其中，包括以下步驟：

4、s10、實(shí)時采集區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的供電數(shù)據(jù),包括供電參數(shù)、負(fù)載參數(shù)以及環(huán)境參數(shù),所述供電參數(shù)包括電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、諧波含量；所述負(fù)載參數(shù)包括負(fù)載功率、負(fù)載類型、負(fù)載變化率、峰谷差；所述環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度、風(fēng)速、降雨量、雷電活動指數(shù)；

5、s20、對采集的供電數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、歸一化處理,剔除異常值,統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式；

6、s30、對所述供電數(shù)據(jù)進(jìn)行時間關(guān)聯(lián)的特征提取,得到供電特征組、負(fù)載特征組以及環(huán)境特征組,所述供電特征組包括電壓波動率、頻率偏差、功率因數(shù)變化率、諧波畸變率；所述負(fù)載特征組包括負(fù)載變化速率、負(fù)載分布均勻度、峰谷比、負(fù)載預(yù)測偏差；所述環(huán)境特征組包括溫度變化率、濕度影響系數(shù)、氣象條件綜合指數(shù)；

7、s40、建立考慮全部供電特征組、負(fù)載特征組以及環(huán)境特征組的區(qū)域供電的穩(wěn)定性判斷方程組,用于計算穩(wěn)定性評估向量,所述穩(wěn)定性判斷方程組包括電壓穩(wěn)定性方程、頻率穩(wěn)定性方程、功率平衡方程、諧波影響方程以及環(huán)境影響方程；所述穩(wěn)定性評估向量包含多個數(shù)值指標(biāo)和范圍指標(biāo),用于全面反映區(qū)域供電的穩(wěn)定狀態(tài)；

8、s50、根據(jù)時間順序,利用供電特征組、負(fù)載特征組以及環(huán)境特征組對所述穩(wěn)定性判斷方程組進(jìn)行參數(shù)擬合,得到擬合方程組；

9、s60、利用擬合方程組計算當(dāng)前時刻的采集的實(shí)時供電數(shù)據(jù),計算當(dāng)前時刻的穩(wěn)定性評估向量；

10、s70、將當(dāng)前時刻的穩(wěn)定性評估向量輸入到預(yù)先訓(xùn)練好的穩(wěn)定性判斷模型中,得到當(dāng)前時刻的區(qū)域供電穩(wěn)定性的評估結(jié)果。

11、其中，所述穩(wěn)定性判斷方程組，具體描述如下：

12、1.電壓穩(wěn)定性方程:

13、

14、式中,v為節(jié)點(diǎn)電壓幅值；t為時間；pi為第i個有功負(fù)荷；qj為第j個無功負(fù)荷；δ為電壓相角；y為導(dǎo)納矩陣；t為溫度；h為濕度；w為風(fēng)速；fv為描述電壓與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)關(guān)系的非線性函數(shù)；gv為描述環(huán)境因素對電壓影響的函數(shù)；

15、其中，fv和gv的具體形式為:

16、

17、gv(t,h,w)＝k1(t-t0)2+k2(h-h0)+k3w1.5；

18、式中,gik和bik是導(dǎo)納矩陣y的元素,k1、k2、k3是待定系數(shù),t0和h0是參考溫度和濕度。

19、2.頻率穩(wěn)定性方程:

20、

21、式中,ω為系統(tǒng)角頻率；ζ為阻尼比；ωn為自然頻率；ω0為額定角頻率；m為等效轉(zhuǎn)動慣量；為第i臺發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率輸入為第i臺發(fā)電機(jī)的電氣功率輸出；d為負(fù)荷-頻率特性系數(shù)；kf(t,h)為溫度和濕度對頻率的影響函數(shù)；

22、其中，kf(t,h)的具體形式為:

23、

24、式中,a1、a2、t1和σt是待定參數(shù)。

25、3.功率平衡方程:

26、

27、式中,為第i個發(fā)電源的輸出功率；為第j個負(fù)載的消耗功率；ploss為系統(tǒng)損耗功率；j為系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量；kp(v)為電壓對功率平衡的影響函數(shù)；

28、其中，ploss和kp(v)的計算方法為:

29、

30、kp(v)＝kp(v-v0)3+kq(v-v0)；

31、式中,gij和bij是導(dǎo)納矩陣的元素,θij是節(jié)點(diǎn)i和j之間的相角差,kp和kq是待定系數(shù),v0是額定電壓。

32、4.諧波影響方程:

33、

34、式中,thd為總諧波畸變率；vh為諧波傳播速度；dh為諧波擴(kuò)散系數(shù)；ih為諧波電流源；zh為諧波阻抗；sh為諧波源函數(shù)；rh為諧波衰減函數(shù)；

35、其中，sh和rh的具體形式為:

36、

37、

38、式中,n是諧波次數(shù),β1、β2、α1和α2是待定參數(shù)。

39、5.環(huán)境影響方程:

40、

41、式中,e為環(huán)境影響綜合指標(biāo)；λ為環(huán)境影響衰減系數(shù)；γ為氣象因素的影響函數(shù)；η為電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對環(huán)境的反饋函數(shù)；r為降雨量；l為雷電活動指數(shù)；

42、其中，γ和η的具體形式為:

43、γ(t,h,w,r,l)＝c1t2+c2h+c3w1.5+c4r+c5?ln(1+l)；

44、

45、式中,c1到c5和d1到d3是待定系數(shù),vn、fn和sn分別是額定電壓、頻率和視在功率。

46、其中，數(shù)值解包括節(jié)點(diǎn)電壓幅值、系統(tǒng)角頻率、總諧波畸變率、環(huán)境影響綜合指標(biāo)；

47、其中，范圍解包括：電壓穩(wěn)定裕度、頻率穩(wěn)定裕度、功率平衡裕度、諧波限值裕度、環(huán)境影響安全范圍。

48、進(jìn)一步的，所述穩(wěn)定性判斷模型采用支持向量機(jī)模型結(jié)構(gòu)。

49、所述穩(wěn)定性判斷模型訓(xùn)練的步驟包括：

50、訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)建:利用步驟s10～s50積累的歷史供電數(shù)據(jù),結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn),標(biāo)注各時刻的供電穩(wěn)定性狀態(tài)(如穩(wěn)定、警告、不穩(wěn)定等),形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

51、模型結(jié)構(gòu)設(shè)計:選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)模型作為穩(wěn)定性判斷模型,如支持向量機(jī)(svm)、隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和需求,設(shè)計模型的輸入層(穩(wěn)定性評估向量)、隱藏層結(jié)構(gòu)和輸出層(穩(wěn)定性狀態(tài))。

52、模型訓(xùn)練與驗(yàn)證:利用構(gòu)建的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集,采用交叉驗(yàn)證等方法對模型進(jìn)行訓(xùn)練和性能評估。調(diào)整模型的超參數(shù),如學(xué)習(xí)率、正則化系數(shù)等,直到模型在驗(yàn)證集上表現(xiàn)最優(yōu)。

53、模型性能指標(biāo):可以使用準(zhǔn)確率、f1得分、接收者工作特征(roc)曲線下面積(auc)等指標(biāo)來評估模型的性能。

54、進(jìn)一步的，所述當(dāng)前時刻的區(qū)域供電穩(wěn)定性的評估結(jié)果，為當(dāng)前時刻區(qū)域供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)，至少包括穩(wěn)定、不穩(wěn)定兩種狀態(tài)。

55、具體而言,所述步驟s10包括:在區(qū)域電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),如變電站輸出端、主要線路中間節(jié)點(diǎn)以及大型負(fù)載端等,部署一系列智能電表和傳感器設(shè)備,實(shí)時采集節(jié)點(diǎn)的供電參數(shù)(電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、諧波含量等)、負(fù)載參數(shù)(負(fù)載功率、負(fù)載類型、負(fù)載變化率、峰谷差等)以及環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、風(fēng)速、降雨量、雷電活動指數(shù)等)；這些采集數(shù)據(jù)通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)上傳至中央服務(wù)器,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行時間同步處理,確保不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的時間對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確無誤；同時還需要采用統(tǒng)計分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值檢測和剔除,保證數(shù)據(jù)的可靠性,為后續(xù)的分析和判定提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

56、其中,所述步驟s20,具體包括:首先將不同單位和量綱的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的物理量和單位,如將電壓由伏特(v)轉(zhuǎn)換為每單位機(jī)值(p.u.)；然后采用最小-最大歸一化、z-score歸一化等方法,將不同特征的數(shù)據(jù)取值范圍歸一化到[0,1]區(qū)間,消除量綱和量級差異的影響；接著對偏離正常取值范圍過大的異常數(shù)據(jù)點(diǎn),采用基于統(tǒng)計分布的3σ準(zhǔn)則、基于聚類的離群點(diǎn)檢測等方法進(jìn)行剔除；最后對于采集過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)缺失情況,使用線性插值、樣條插值等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)填充。通過以上數(shù)據(jù)清洗和歸一化處理,可以消除原始數(shù)據(jù)中的單位差異、量級差異和異常值干擾,使數(shù)據(jù)具有可比性和可用性,為后續(xù)的特征提取和模型訓(xùn)練創(chuàng)造條件。

57、其中,所述步驟s30,具體包括:從供電參數(shù)中提取電壓波動率、頻率偏差、功率因數(shù)變化率、諧波畸變率等供電特征；從負(fù)載參數(shù)中提取負(fù)載變化速率、負(fù)載分布均勻度、峰谷比、負(fù)載預(yù)測偏差等負(fù)載特征；從環(huán)境參數(shù)中提取溫度變化率、濕度影響系數(shù)、氣象條件綜合指數(shù)等環(huán)境特征。通過這些特征提取,可以從不同角度(供電、負(fù)載、環(huán)境)量化區(qū)域供電系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性,為后續(xù)的綜合評估提供必要的特征向量。

58、其中,所述步驟s40,具體包括:建立電壓穩(wěn)定性方程、頻率穩(wěn)定性方程、功率平衡方程、諧波影響方程和環(huán)境影響方程等組成的穩(wěn)定性判斷方程組。這些方程不僅描述了供電參數(shù)、負(fù)載參數(shù)和環(huán)境參數(shù)之間的非線性動態(tài)關(guān)系,還考慮了各種因素對供電穩(wěn)定性的影響,為全面評估區(qū)域供電的穩(wěn)定狀態(tài)提供了堅實(shí)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)。

59、其中,所述步驟s50,具體包括:首先從步驟s10和s20收集的區(qū)域供電數(shù)據(jù)中,按照時間順序提取出供電特征組、負(fù)載特征組和環(huán)境特征組,形成時間序列數(shù)據(jù)集；然后利用這些時間序列數(shù)據(jù),采用非線性最小二乘法或魯棒回歸等方法,對步驟s40中的各個穩(wěn)定性判斷方程進(jìn)行參數(shù)擬合,得到各個方程的參數(shù)值；最后對擬合結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證,評估模型的預(yù)測能力,如果擬合效果不佳,需要調(diào)整特征選擇或擬合算法。通過這一步驟,得到了一組能夠反映區(qū)域供電動態(tài)特性的穩(wěn)定性判斷方程組。

60、其中,所述步驟s60,具體包括:首先將步驟s10采集的實(shí)時供電數(shù)據(jù)(電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、諧波含量、負(fù)載功率、負(fù)載變化率、溫度、濕度等)代入步驟s50中擬合得到的穩(wěn)定性判斷方程組,計算出當(dāng)前時刻各個分量方程的數(shù)值解；然后根據(jù)計算結(jié)果,構(gòu)建當(dāng)前時刻的穩(wěn)定性評估向量,其中包括節(jié)點(diǎn)電壓幅值、系統(tǒng)角頻率、總諧波畸變率、環(huán)境影響綜合指標(biāo)等數(shù)值解,以及電壓穩(wěn)定裕度、頻率穩(wěn)定裕度、功率平衡裕度、諧波限值裕度、環(huán)境影響安全范圍等范圍解。通過這一步驟,得到了一個綜合反映當(dāng)前區(qū)域供電穩(wěn)定狀態(tài)的評估向量。

61、其中,所述步驟s70的具體實(shí)施方式包括:首先,利用步驟s10～s50積累的歷史供電數(shù)據(jù),結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn),標(biāo)注各時刻的供電穩(wěn)定性狀態(tài)(如穩(wěn)定、警告、不穩(wěn)定等),形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；然后選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)模型,如支持向量機(jī)(svm)、隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,設(shè)計模型的輸入層(穩(wěn)定性評估向量)、隱藏層結(jié)構(gòu)和輸出層(穩(wěn)定性狀態(tài)),并采用交叉驗(yàn)證等方法對模型進(jìn)行訓(xùn)練和性能評估,直到模型在驗(yàn)證集上表現(xiàn)最優(yōu)；最后,將步驟s60計算得到的當(dāng)前時刻的穩(wěn)定性評估向量,作為輸入數(shù)據(jù)送入預(yù)訓(xùn)練的穩(wěn)定性判斷模型,模型會根據(jù)輸入輸出當(dāng)前時刻區(qū)域供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài),并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為0-100之間的數(shù)值型穩(wěn)定性指數(shù)。

62、其中,所述步驟s10采集的供電參數(shù)中,電壓參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)電壓幅值；電流參數(shù)包括相電流幅值和相位角；頻率參數(shù)包括系統(tǒng)角頻率；功率參數(shù)包括有功功率、無功功率和視在功率；諧波參數(shù)包括各次諧波電壓、電流的含量和總諧波畸變率。

63、其中,所述步驟s10采集的負(fù)載參數(shù)中,負(fù)載功率參數(shù)包括有功功率和無功功率；負(fù)載類型參數(shù)包括線性負(fù)載、非線性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載；負(fù)載變化率參數(shù)包括負(fù)載功率的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)；峰谷差參數(shù)包括負(fù)載功率的最大值與最小值之差。

64、其中,所述步驟s10采集的環(huán)境參數(shù)中,溫度參數(shù)包括環(huán)境溫度；濕度參數(shù)包括環(huán)境濕度；風(fēng)速參數(shù)包括風(fēng)速大??；降雨量參數(shù)包括當(dāng)?shù)亟涤炅?；雷電活動指?shù)參數(shù)包括當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒宇l度。

65、其中,所述步驟s40建立的穩(wěn)定性判斷方程組中,電壓穩(wěn)定性方程描述了節(jié)點(diǎn)電壓幅值隨時間、有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、電壓相角和導(dǎo)納矩陣的非線性動態(tài)關(guān)系,同時考慮了環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)速的影響；頻率穩(wěn)定性方程描述了系統(tǒng)角頻率的動態(tài)變化,包括阻尼項(xiàng)、自然頻率項(xiàng),以及發(fā)電機(jī)功率差項(xiàng)和負(fù)荷-頻率特性項(xiàng),并考慮了溫度和濕度對頻率的影響。

66、其中,所述步驟s70訓(xùn)練的穩(wěn)定性判斷模型采用支持向量機(jī)(svm)算法,其中輸入層接受步驟s60計算得到的穩(wěn)定性評估向量,隱藏層采用高斯徑向基核函數(shù),輸出層給出當(dāng)前時刻區(qū)域供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)(如穩(wěn)定、警告、不穩(wěn)定)。在模型訓(xùn)練過程中,采用5折交叉驗(yàn)證的方法,最終在驗(yàn)證集上達(dá)到了90％以上的分類準(zhǔn)確率。

67、本發(fā)明的第二方面提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有程序指令，所述程序指令運(yùn)行時，用于執(zhí)行上述的一種區(qū)域供電穩(wěn)定性判定方法。

68、本發(fā)明的第三方面提供一種區(qū)域供電穩(wěn)定性判定系統(tǒng)，其中，包含上述的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。

69、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種區(qū)域供電穩(wěn)定性判定方法、介質(zhì)及系統(tǒng)的有益效果是：

70、1.建立了一個綜合考慮供電特征、負(fù)載特征和環(huán)境特征的穩(wěn)定性判斷方程組。該方程組不僅描述了電壓、頻率、功率平衡、諧波等供電參數(shù)之間的動態(tài)關(guān)系,還考慮了環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等因素對供電穩(wěn)定性的影響,從而能夠更加全面地反映區(qū)域供電系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。

71、2.采用時間序列數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合方法,實(shí)現(xiàn)了對穩(wěn)定性判斷方程組參數(shù)的動態(tài)識別。相比現(xiàn)有基于靜態(tài)模型的評估方法,該方法能夠捕捉供電系統(tǒng)隨時間變化的動態(tài)特性,從而提高了評估的準(zhǔn)確性和靈敏性。

72、3.基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型,實(shí)現(xiàn)了對實(shí)時采集數(shù)據(jù)的快速穩(wěn)定性評估。該模型將步驟s60計算得到的綜合穩(wěn)定性評估向量作為輸入,能夠快速輸出當(dāng)前時刻區(qū)域供電系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài),為電網(wǎng)調(diào)度人員提供及時、可靠的決策支持。

73、4.該方法不僅給出區(qū)域供電穩(wěn)定性的綜合評估結(jié)果,還可以分析得到電壓穩(wěn)定裕度、頻率穩(wěn)定裕度、功率平衡裕度、諧波限值裕度、環(huán)境影響安全范圍等多個具體指標(biāo)。這些指標(biāo)有助于電網(wǎng)運(yùn)維人員準(zhǔn)確定位供電異常的根源,采取有針對性的措施進(jìn)行調(diào)整和改善。

74、總的來說,本發(fā)明提出的區(qū)域供電穩(wěn)定性判定方法,充分利用電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),采用數(shù)學(xué)建模和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對供電、負(fù)荷和環(huán)境因素的綜合考慮,較現(xiàn)有方法具有更高的準(zhǔn)確性、實(shí)時性和可解釋性,解決了現(xiàn)有的供電穩(wěn)定性評估方法或存在缺乏對供電穩(wěn)定性形成機(jī)理的深入分析,難以準(zhǔn)確、實(shí)時地判斷區(qū)域電網(wǎng)的供電穩(wěn)定狀態(tài)的技術(shù)問題。