一种配电网电能质量治理分区方法及装置与流程

本发明属于配电网治理，尤其涉及一种配电网电能质量治理分区方法及装置。

背景技术：

1、现如今，随着电动汽车、空调、分布式光伏等大量电力电子设备接入配电网，配电网电能质量污染源分布呈现随机化、分散化以及全网化趋势。传统方法，点对点治理主要电能质量扰动源污染的治理策略已经无法满足配网全网电能质量需求，亟需一套能够从全网层面进行协同治理的电能质量治理策略。其中对于配网进行分区、针对区域主导节点开展电能治理，以点带面方法是当前的热门研究方向。

2、现有技术提出了一种根据节点电气距离进行电能质量分区的策略，电气距离近的节点划分到一个区域，但单纯根据电气距离进行分区无法准确反应区域内节点实际电能质量变化情况，不同节点间的相关性不仅仅与电气距离有关还跟扰动源分部等诸多因素相关，仅依据电气距离进行分区无法反应节点之间真实关联程度。

3、现有技术提出了一种基于已有电网电能质量历史量测数据的电能质量分区治理策略，根据不同节点历史电能质量变化趋势来计算节点相关度，认为节点电能质量历史变化趋势越相近则二者相关度越高。但该方法单纯依靠节点电能质量变化趋势，忽略了节点间变化趋势的偶然性，可能区域内两个节点只是由于偶然导致变化趋势十分相近，其实二者电气距离很远相关度很低，这样会使得实际相关性很低的两个节点被划分至同一区域，明显不符合实际情况。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种配电网电能质量治理分区方法及装置，解决了区域划分速度慢以及划分区域内节点实际相关度低的问题。

2、为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一方面，本发明提供了一种配电网电能质量治理分区方法，包括以下步骤：

3、s1、根据配电网的网络拓扑与参数，利用潮流方程计算得到配电网中各节点无功电压灵敏度与有功电压灵敏度，并根据各节点的无功电压灵敏度和有功电压灵敏度求得各节点之间的电气距离；

4、s2、利用各节点谐波、三相不平衡以及电压偏差的历史量测数据构建时间序列量测数据集；

5、s3、利用归一化方法对时间序列量测数据集进行归一化处理，并采用灰色关联度对归一化处理后的时间序列量测数据集进行分析，分别获取各节点的变化趋势关联度和幅值关联度；

6、s4、根据各节点的变化趋势关联度、幅值关联度以及电气距离确定各节点之间的综合关联度，整合各节点之间的综合关联度得到综合关联度矩阵；

7、s5、采用谱聚类算法对综合关联度矩阵进行聚类并结合手肘法确定最终区域划分个数，根据最终区域划分个数，实现谐波、三相不平衡以及电压偏差治理的区域划分；

8、s6、根据区域划分结果，选取任一区域内与所有节点综合关联度之和最大的节点作为区域内主导节点，并在主导节点安装治理设备，完成配电网电能质量治理分区。

9、本发明的有益效果为：本发明从电气距离、变化趋势以及幅值多维度评估不同节点间相关度，比较现有分区技术考虑更加全面。划分区域结果更加合理，不会受偶然性影响，避免出现本身相关度较小节点划分至同一区域的不合理现象。能够准确识别出区域内主导节点，用于指导相关治理设备安装，提升区域内整体电能质量改善水平，同时也可以用于指导监测装置安装，并用主导节点代表整体区域变化水平，从而减少配网监测设备的安装成本。

10、进一步地，所述s1包括以下步骤：

11、s101、根据配电网的网络拓扑与参数，基于牛顿-潮流方程，计算各节点无功电压灵敏度与有功电压灵敏度；

12、s102、根据各节点的无功电压灵敏度与有功电压灵敏度，利用灵敏度方程，得到各节点之间的电压灵敏度；

13、s103、根据各节点之间的电压灵敏度，利用电气距离公式计算得到各节点之间的电气距离。

14、再进一步地，所述电压灵敏度的方程如下所示：

15、

16、其中，aij表示节点i和节点j之间的电压灵敏度，表示节点j电压幅值vj对节点i的有功电压灵敏度，表示节点i电压幅值vi对节点j的有功电压灵敏度，表示节点j电压幅值vj对节点i的无功电压灵敏度，表示节点i电压幅值vi对节点j的无功电压灵敏度，表示节点i电压幅值vi的偏导数，δpi表示节点i有功功率的变换量，δqi表示节点i无功功率的变换量。

17、再进一步地，所述s3包括以下步骤：

18、s301、根据时间序列量测数据集，对各节点谐波、三相不平衡以及电压偏差的历史量测数据进行归一化处理，将历史量测数据映射至[0,1]区间；

19、s302、根据归一化后的时间序列量测数据集，采用灰色关联度分析法分析不同节点的谐波、三相不平衡以及电压偏差的变化趋势关联度；

20、s303、根据归一化后的时间序列量测数据集，采用灰色关联度分析法分析不同节点的谐波、三相不平衡以及电压偏差的幅值关联度。

21、上述进一步方案的有益效果为：本发明采用灰色关联度分析法，准确分析出不同节点不同维度指标的相似关联度，为后续区域划分提供合理的依据。

22、再进一步地，所述s5包括以下步骤：

23、s501、采用谱聚类算法对配电网进行区域划分，根据各节点谐波、三相不平衡以及电压偏差的综合关联度矩阵，计算得到度矩阵，并对度矩阵进行对称归一化得到拉普拉斯矩阵；

24、s502、根据拉普拉斯矩阵的特征值和特征向量，选择前k个最小的特征值对应的特征向量，构成特征向量矩阵；

25、s503、将特征向量矩阵的每一行作为一个数据点，并在特征空间中利用k均值算法对数据点进行聚类；

26、s504、根据聚类结果，利用手肘法确定簇数，分析不同簇数下k均值算法中数值变化，确定k均值算法中数值随着k的增加而急剧下降的拐点位置；

27、s505、根据拐点位置，选择拐点位置对应的簇数作为最优簇数，将最优簇数作为最终区域划分个数。

28、再进一步地，所述度矩阵f为对角矩阵，且对角矩阵f中对角元素fii为所有与节点i相连的节点之间的综合关联度之和，所述对角元素fii的公式如下所示：

29、

30、其中，zij表示综合关联度矩阵中第i行第j列的元素；

31、所述拉普拉斯矩阵l的公式如下所示：

32、l＝i-f1/2zf-1/2

33、其中，i表示单位矩阵，z表示综合关联度矩阵。

34、上述进一步方案的有益效果为：本发明采用谱聚类算法以及手肘法，实现了区域划分不依赖初始点，不需要预先设置分区个数，更加客观地根据实际关联度数据决定分区个数，并能够在高维数据中进行有效的聚类，减少了高维空间中数据的复杂性和噪声干扰。

35、再进一步地，所述综合关联度的计算公式如下所示：

36、

37、其中，ε表示综合关联度，表示各节点谐波幅值关联度，表示各节点谐波变化趋势关联度，dh表示电气距离，b1、b2、b3均表示幅值关联度、变化趋势关联度以及电气距离的权重系数，且b1+b2+b3＝1；

38、所述综合关联度矩阵如下所示：

39、

40、其中，εij表示第i个节点与第j个节点的综合关联度。

41、另一方面，本发明提供了一种配电网电能质量治理分区装置，其特征在于，包括：

42、获取电气距离模块：用于根据配电网的网络拓扑与参数，利用潮流方程计算得到配电网中各节点无功电压灵敏度与有功电压灵敏度，并根据各节点的无功电压灵敏度和有功电压灵敏度求得各节点之间的电气距离；

43、构建数据集模块：用于利用各节点谐波、三相不平衡以及电压偏差的历史量测数据构建时间序列量测数据集；

44、关联度分析模块：用于利用归一化方法对时间序列量测数据集进行归一化处理，并采用灰色关联度对归一化处理后的时间序列量测数据集进行分析，分别获取各节点的变化趋势关联度和幅值关联度；

45、综合关联度模块：用于根据各节点的变化趋势关联度、幅值关联度以及电气距离确定各节点之间的综合关联度，整合各节点之间的综合关联度得到综合关联度矩阵；

46、谱聚类模块：用于采用谱聚类算法对综合关联度矩阵进行聚类并结合手肘法确定最终区域划分个数，根据最终区域划分个数，实现谐波、三相不平衡以及电压偏差治理的区域划分；

47、选取模块：用于根据区域划分结果，选取任一区域内与所有节点综合关联度之和最大的节点作为区域内主导节点，并在主导节点安装治理设备，完成配电网电能质量治理分区。

48、再进一步地，所述获取电气距离模块包括：

49、牛顿-潮流方程子模块：用于根据配电网的网络拓扑与参数，基于牛顿-潮流方程，计算各节点无功电压灵敏度与有功电压灵敏度；

50、电压灵敏度子模块：用于根据各节点的无功电压灵敏度与有功电压灵敏度，利用灵敏度方程，得到各节点之间的电压灵敏度；

51、电气距离子模块：用于根据各节点之间的电压灵敏度，利用电气距离公式计算得到各节点之间的电气距离。

52、再进一步地，所述关联度分析模块包括：

53、归一化子模块：用于根据时间序列量测数据集，对各节点谐波、三相不平衡以及电压偏差的历史量测数据进行归一化处理，将历史量测数据映射至[0,1]区间；

54、变化趋势关联度子模块：用于根据归一化后的时间序列量测数据集，采用灰色关联度分析法分析不同节点的谐波、三相不平衡以及电压偏差的变化趋势关联度；

55、幅值关联度子模块：用于根据归一化后的时间序列量测数据集，采用灰色关联度分析法分析不同节点的谐波、三相不平衡以及电压偏差的幅值关联度。

56、再进一步地，所述谱聚类模块包括：

57、度矩阵子模块：用于根据各节点谐波、三相不平衡以及电压偏差的综合关联度矩阵，计算得到度矩阵，并对度矩阵进行对称归一化得到拉普拉斯矩阵；

58、特征向量子模块：用于根据拉普拉斯矩阵的特征值和特征向量，选择前k个最小的特征值对应的特征向量，构成特征向量矩阵；

59、k均值子模块：用于将特征向量矩阵的每一行作为一个数据点，并在特征空间中利用k均值算法对数据点进行聚类；

60、手肘法子模块：用于根据聚类结果，利用手肘法确定簇数，分析不同簇数下k均值算法中数值变化，确定k均值算法中数值随着k的增加而急剧下降的拐点位置；

61、最优簇数子模块：用于根据拐点位置，选择拐点位置对应的簇数作为最优簇数，将最优簇数作为最终区域划分个数。

62、本发明提供了一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；

63、所述处理器，用于储存一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上任意一项所述的配电网电能质量治理分区方法。

64、本发明提供了一种计算机可读储存介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上任意一项所述的配电网电能质量治理分区方法。

65、上述进一步方案的有益效果为：本发明提供了一种配电网电能质量治理分区装置，从电气距离、变化趋势以及幅值多维度评估不同节点间相关度，比较现有分区技术考虑更加全面，划分区域结果更加合理，减少了配网监测设备的安装成本。