[发明专利]一种电力系统电气距离可视化方法和装置

说明书

技术领域

本发明提供的技术方案涉及大电网稳定与控制领域，具体讲涉及一种电力系统电气距离可视化方法和装置。

背景技术

随着经济水平的飞速提升，对电力的需求量也日益增加，为了适应经济的发展，随之建成了西电东送、全国联网以及特高压输电等重大工程，交直流混联的特大电网。随着电网规模的扩大，电网安全稳定性提出了更高的要求。世界上曾发生的多次电网故障表明输电电压等级的提高、联网规模的扩大以及传输容量的增加，电网故障所带来的危害性也越大，电网故障的原因和过程也更为复杂。

作为决定电网稳定特征的重要参数之一的电气距离，伴随着电网规模的扩大和运行方式的增多，情况更加多样化，也决定着确保电网稳定运行采取的措施更加复杂；电气距离的在线监测及其可视化，也成为电力系统在线分析与预警的重要组成部分之一。现有的电力系统可视化方法大多以地理图或单线图表现设备间的连接关系，主要用于电网运行状态监测，但无法直接表现电网的稳定特性。

因此需要提供一种能对运行电网进行的在线监视、分析和控制，保障电力生产、传输和使用安全的一种技术方案。

发明内容

为满足现有技术发展的需要，本发明提供一种新型的电力系统电气距离可视化方法。

本发明提供的电力系统电气距离可视化方法，其改进之处在于，所述方法包括

根据预先采集的电力系统的电网拓扑和运行参数用节点导纳矩阵求逆的方法计算节点自阻抗矩阵；

根据自阻抗矩阵，用t-SNE算法将高维空间数据映射到低维空间计算电气距离；

根据低维空间计算得到的节点坐标，绘制电力系统电气距离相关图形。

进一步的，所述自阻抗矩阵的计算包括：

(1)用遍历电网内部的支路形成节点导纳矩阵Y，并对Y矩阵求逆运算，得到节点阻抗矩阵Z；

(2)计算节点i和节点j组成的节点对的自阻抗：Z_ij,ij＝Z_ii+Z_jj-2*Z_ij，并计算节点对自阻抗复数的幅值，保存上三角矩阵的数值。

进一步的，所述电气距离的计算包括：

根据自阻抗矩阵，将高维空间数据映射到低维空间，以电气距离空间和低维空间内条件概率的KL距离最小化为目标，以低维空间内每个节点的坐标为参数进行迭代优化计算，并输出低维空间的节点坐标，计算低维空间的电气距离。

进一步的，用下式表示高维数据集X中点x_j出现在点x_i附近的条件概率p_j|i：

其中，σ_i为点x_j与点x_i的方差；

用下式表示高维数据集X中点x_i出现在点x_j附近的条件概率p_i|j：

t-SNE算法中高位空间的条件概率如下式所示：

其中，n为原始数据点的总数；

低维空间的数据集Y中的条件概率如下式所示：

进一步的，所述KL距离用下式所示的代价函数C表示：

其中，KL(P_i||Q_i)：节点i在高维空间和低维空间分别形成的条件概率P_i和Q_i的KL距离。

进一步的，代价函数C的计算包括：

(1)随机初始化y_i的值，将y_i随机设为[0,1]×[0,1]范围内的坐标；

(2)按下式计算代价函数C关于低维数据集点坐标y_i的偏导数：

(3)按下式更新坐标y_i的值：

式中，η：步长或者学习率，为正数。

进一步的，判断代价函数C是否足够小或迭代次数是否到达上限：

若代价函数C足够小或迭代次数到达上限，则根据低维坐标y_i进行绘图；

否则，重新计算代价函数C与低维坐标y_i的梯度，并根据梯度更新低维坐标。

进一步的，所述电力系统电器距离相关图形的绘制包括：根据低维空间中计算出的节点坐标，在二维或三维空间进行选择性绘图。

一种电力系统电器距离可视化装置，所述装置包括: