一种电网最优网架结构构建方法、设备和介质与流程

1.本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种电网最优网架结构构建方法、设备和介质。


背景技术：

2.随着电网规模的不断扩大、电网结构的逐步加强，发电机单机容量、发电厂容量、负荷密度的持续增长、大区电网的连接日渐紧密，城市电网短路电流显著提升，不断逼近甚至超过开关遮断容量，对电网安全运行造成风险。
3.基于策略性支路开断的电网网架结构调整可以降低电网短路电流水平，在电网发展的过渡阶段可用作限制短路电流的手段，由于不需加装限流设备或更换大容量开关，因此具有简单易行且经济有效的优点。但是，支路开断后，电网强度以及系统电压稳定性亦会受到影响，存在减弱城市电网供电能力的问题。
4.目前电网规划工作中对开断支路的选取仍依赖于电力人员的工程经验。随着电网规模扩大，难以兼顾短路电流抑制效果和维持较高电压稳定裕度的要求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有的电网网架结构中，电网强度以及系统电压稳定性差，目的在于提供一种电网最优网架结构构建方法、设备和介质，通过构建电网潮流计算模型和典型潮流方式数据，辨识可抑制短路电流的关键支路，构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型，利用ppo算法对深度强化模型进行训练，获得最优网架结构模型，提高电网强度以及系统电压稳定性，保证电网网架结构能够兼顾短路电流抑制和系统电压稳定裕度的要求。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.本发明第一方面提供一种电网最优网架结构构建方法，包括以下具体步骤：
8.s1：在目标电网全开机和全接线模式下获取电网交流潮流，确定典型潮流方式数据，构建电网潮流计算模型；
9.s2：根据电网潮流计算模型，获取目标电网站点的短路电流数据，根据短路电流数据确定存在短路电流越限风险的关键站点；
10.s3：根据目标电网的站点构建节点阻抗矩阵，基于支路追加法计算节点阻抗矩阵中各支路开断时关键站点短路电流的灵敏度，确定可抑制短路电流的关键支路；
11.s4：根据可抑制短路电流的关键支路，构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型；
12.s5：利用ppo算法对深度强化模型进行训练，获得最优网架结构模型。
13.本发明通过在目标电网全开机和全接线模式下获取电网交流潮流，确定典型潮流方式数据，构建电网潮流计算模型，根据短路电流辨识存在短路电流越限风险的关键站点，辨识可抑制短路电流的关键支路，减小支路开断后电网强度以及系统电压稳定性会受到的
影响，根据可抑制短路电流的关键支路，构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型，利用ppo算法对深度强化模型进行训练，获得最优网架结构模型，提高电网强度以及系统电压稳定性，保证电网网架结构能够兼顾短路电流抑制效果和维持较高电压稳定裕度的要求，可促进电网规划工作的智能决策，克服传统电网规划工作对人工经验的依赖，可挖掘人工经验难以发现的网架结构模式，为城市电网安全运行提供坚强网架的基础条件。
14.进一步的，所述获取电网交流潮流具体包括：
15.s1-1：根据目标电网的站点构建节点导纳矩阵，获取电网节点导纳矩阵第i行第j列元素，获取节点i和节点j的电压相位差，确定节点i上的发电有功功率、负荷有功功率、发电无功功率和负荷无功功率；
16.s1-2：根据节点i上的发电有功功率、负荷有功功率、发电无功功率和负荷无功功率，确定节点i和节点j之间第k回支路的有功潮流和无功潮流；
17.s1-3：根据第k回支路的有功潮流和无功潮流确定支路潮流的视在功率。
18.进一步的，所述s3具体包括：
19.s3-1：根据目标电网节点和支路的连接关系，获取各支路的阻抗参数，根据支路追加法构建全接线模式下的电网节点阻抗矩阵；
20.s3-2：根据电网节点阻抗矩阵，计算各支路开断时关键站点抑制短路电流的综合灵敏度指标，获得灵敏度在目标范围内的支路作为可抑制短路电流的关键支路。
21.进一步的，所述计算各支路开断时关键站点抑制短路电流的综合灵敏度指标包括：
22.根据目标电网各节点和支路的连接关系，确定支路开断前后关键站点的自阻抗，根据支路开断前后关键站点的自阻抗计算支路开断对关键站点的短路电流灵敏度，确定存在短路电流越限风险的关键站点总数，确定支路开断对多个关键站点短路电流抑制的综合灵敏度指标。
23.进一步的，所述构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型包括：
24.s4-1：通过电网潮流计算和短路电流计算确定深度强化模型状态以及计算相关奖励函数；
25.s4-2：将深度强化模型中的状态定义为电网网架结构以及该电网网架结构下电网潮流分布；
26.将深度强化模型中的动作定义为支路开断，并且每次动作只可开断一条支路，支路开断后不可再次闭合；
27.s4-3：根据电网潮流和可抑制短路电流的关键支路定义实际奖励函数。
28.进一步的，所述实际奖励函数具体包括：潮流收敛且不存在短路电流越限站点状态、潮流不收敛或网络出现孤岛状态和其他状态。
29.所述其他状态确定方法包括：
30.获取支路的短路电流和断路器遮断电流，确定与短路电流抑制相关的奖励函数；
31.获取初始全接线方式下利用连续潮流方法计算得到的负荷裕度，获取经过当前支路开断动作后的负荷裕度，确定与静态电压安全裕度相关的奖励函数；
32.获取支路的运行状态，确定与开断支路数目相关的奖励函数；
33.得到与短路电流抑制相关的奖励函数、与静态电压安全裕度相关的奖励函数的与
开断支路数目相关的奖励函数的三个函数的和，确定其他状态。
34.进一步的，所述s5具体包括：
35.s5-1：建立动作网络actornet，所述动作网络的模型参数为θ，建立评价网络criticnet，所述评价网络的模型参数为ω；
36.s5-2：设置模型训练的迭代因子epoch＝0；
37.s5-3：设置环境初始状态s0，设置时步t＝0，即当前状态s
t
＝s0；
38.s5-4：以状态s
t
作为输入，利用动作网络预测各支路开断动作的概率，获取概率最大的动作a
t
，执行动作a
t
，通过电网潮流计算和短路电流计算确定新的状态s
t 1
和实际奖励；
39.s5-5：检查目标电网是否存在因支路开断而造成电网孤岛或电网潮流不收敛的情况：
40.若是，记录t＝t，进入步骤s5-7；
41.若否，进入步骤s5-6；
42.s5-6：检查目标电网是否存在短路电流大于断路器遮断电流的关键站点：
43.若是，更新t＝t 1，返回步骤s5-4；
44.若无，记录t＝t，进入步骤s5-7；
45.s5-7：根据动作a
t
和状态s
t
计算面向动作网络的损失函数l
actor
；
46.利用adam优化器计算l
actor
对动作网络模型参数θ的梯度根据根据更新模型参数θ，所述α
θ
为模型参数的学习率；
47.s5-8：根据新的动作a
t
和新的状态s
t
计算面向动作网络的评价函数l
critic
；
48.利用adam优化器计算l
critic
对动作网络模型参数ω的梯度根据根据更新模型参数ω，所述α
ω
为模型参数的学习率；
49.s5-9：设置epoch＝epoch 1，若epoch大于最大迭代次数，进入下一步；若否，返回步骤s5-3；
50.s5-10：依次执行步骤s5-3到步骤s5-6，根据状态s
t
构建最优网架结构模型。
51.本发明第二方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时用于实现一种电网最优网架结构构建方法。
52.本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现一种电网最优网架结构构建方法。
53.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
54.1.本发明可提高电网强度以及系统电压稳定性，保证电网网架结构能够兼顾短路电流抑制效果和维持较高电压稳定裕度的要求；
55.2.本发明可促进电网规划工作的智能决策，克服传统电网规划工作对人工经验的依赖，可挖掘人工经验难以发现的网架结构模式，为城市电网安全运行提供坚强网架的基础条件。
附图说明
56.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要
使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
57.图1为本发明实施例中的电网最优网架结构构建方法流程图。
具体实施方式
58.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
59.实施例1
60.如图1所示，本实施例第一方面s1：在目标电网全开机和全接线模式下获取电网交流潮流，确定典型潮流方式数据，构建电网潮流计算模型；
61.s2：根据电网潮流计算模型，获取目标电网站点的短路电流数据，根据短路电流数据确定存在短路电流越限风险的关键站点；
62.s3：根据目标电网的站点构建节点阻抗矩阵，基于支路追加法计算节点阻抗矩阵中各支路开断时关键站点短路电流的灵敏度，确定可抑制短路电流的关键支路；
63.s4：根据可抑制短路电流的关键支路，构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型；
64.s5：利用ppo算法对深度强化模型进行训练，获得最优网架结构模型。
65.本发明通过在目标电网全开机和全接线模式下获取电网交流潮流，确定典型潮流方式数据，构建电网潮流计算模型，根据短路电流辨识存在短路电流越限风险的关键站点，辨识可抑制短路电流的关键支路，减小支路开断后电网强度以及系统电压稳定性会受到的影响，根据可抑制短路电流的关键支路，构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型，利用ppo算法对深度强化模型进行训练，获得最优网架结构模型，提高电网强度以及系统电压稳定性，保证电网网架结构能够兼顾短路电流抑制效果和维持较高电压稳定裕度的要求，可促进电网规划工作的智能决策，克服传统电网规划工作对人工经验的依赖，可挖掘人工经验难以发现的网架结构模式，为城市电网安全运行提供坚强网架的基础条件。
66.在一些可能的实施例中，获取电网交流潮流具体包括：
67.s1-1：根据目标电网的站点构建节点导纳矩阵，获取电网节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部，获取节点i和节点j的电压相位差，确定节点i上的发电有功功率、负荷有功功率、发电无功功率和负荷无功功率；
68.s1-2：根据节点i上的发电有功功率、负荷有功功率、发电无功功率和负荷无功功率，确定节点i和节点j之间第k回支路的有功潮流和无功潮流；
69.s1-3：根据第k回支路的有功潮流和无功潮流确定支路潮流的视在功率。
70.计算公式具体包括：
71.[0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078]
式中，nb表示节点总数，n
l
表示支路总数，ng表示发电机总数；p
g,i
和p
d,i
分别为节点i上的发电有功功率和负荷有功功率；vi和vj分别为节点i和节点j的电压幅值，g
ij
和b
ij
为电网节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部，δ
ij
＝δ
i-δi表示节点i和节点j的电压相位差；q
g,i
和q
d,i
分别为节点i上的发电无功功率和负荷无功功率；p
《i,j,k》
和q
《i,j,k》
表示节点i和节点j之间第k回支路的有功潮流和无功潮流，s
《i,j,k》
表示该支路潮流的视在功率，表示热稳定约束下该支路的功率极限；v
imin
和v
imax
分别为节点电压幅值的安全上下限；和分别为发电机g的有功出力上下限；和分别为发电机g的无功出力上下限。
[0079]
在一些可能的实施例中，s3具体包括：
[0080]
s3-1：根据目标电网节点和支路的连接关系，获取各支路的阻抗参数，根据支路追加法构建全接线模式下的电网节点阻抗矩阵；
[0081]
s3-2：根据电网节点阻抗矩阵，计算各支路开断时关键站点抑制短路电流的综合灵敏度指标，获得灵敏度在目标范围内的支路作为可抑制短路电流的关键支路。
[0082]
计算各支路开断时关键站点抑制短路电流的综合灵敏度指标包括：
[0083]
根据目标电网各节点和支路的连接关系，确定支路开断前后关键站点的自阻抗，根据支路开断前后关键站点的自阻抗计算支路开断对关键站点的短路电流灵敏度，确定存在短路电流越限风险的关键站点总数，确定支路开断对多个关键站点短路电流抑制的综合灵敏度指标。
[0084]
综合灵敏度指标的计算公式包括
[0085][0086][0087]
式中，sk为支路k开断对多关键站点短路电流抑制的综合灵敏度指标，s
ik
为支路k开断对关键站点i的短路电流灵敏度，n
bsc
表示存在短路电流越限风险的关键站点总数；z
′
ii
和z
ii
分别表示支路k开断前后关键站点i的自阻抗；支路k的首末端母线为p和q，z
ip
，z
iq
，z
pp
，zqq
以及z
pq
分别对应s3-1电网节点阻抗矩阵给定位置的元素，z
pq
为支路k的阻抗。
[0088]
在一些可能的实施例中，构建电网潮流计算模型结构优化的深度强化模型包括：
[0089]
s4-1：通过电网潮流计算和短路电流计算确定深度强化模型状态以及计算相关奖励函数；
[0090]
s4-2：将深度强化模型中的状态定义为电网网架结构以及该电网网架结构下电网潮流分布；
[0091]
将深度强化模型中的动作定义为支路开断，并且每次动作只可开断一条支路，支路开断后不可再次闭合；
[0092]
s4-3：根据电网潮流和可抑制短路电流的关键支路定义实际奖励函数。
[0093]
实际奖励函数具体包括：潮流收敛且不存在短路电流越限站点状态、潮流不收敛或网络出现孤岛状态和其他状态：
[0094]
其他状态确定方法包括：
[0095]
获取支路的短路电流和断路器遮断电流，确定与短路电流抑制相关的奖励函数；
[0096]
获取初始全接线方式下利用连续潮流方法计算得到的负荷裕度，获取经过当前支路开断动作后的负荷裕度，确定与静态电压安全裕度相关的奖励函数；
[0097]
获取支路的运行状态，确定与开断支路数目相关的奖励函数；
[0098]
得到与短路电流抑制相关的奖励函数、与静态电压安全裕度相关的奖励函数的与开断支路数目相关的奖励函数的三个函数的和，确定其他状态。
[0099]
定义实际奖励函数的公式为：
[0100][0101][0102][0103][0104]
式中，r表示实际奖励函数，c
sc
表示与短路电流抑制相关的奖励函数，ik和i
limit
分别表示支路k的短路电流和断路器遮断电流；c
vsa
表示与静态电压安全裕度相关的奖励函数，表示初始全接线方式下利用连续潮流方法计算得到的负荷裕度，λ
′
vsa
表示经过当前支路开断动作后的负荷裕度；c
ts
表示与开断支路数目相关的奖励函数，φ
《i,j,k》
表示支路k的运行状态，φ
《i,j,k》
＝1表示该支路正常运行，φ
《i,j,k》
＝0则表示该支路开断。
[0105]
在一些可能的实施例中，s5具体包括：
[0106]
s5-1：建立动作网络actornet，动作网络actor net以π
θ
表示，该神经网络的模型参数为θ；
[0107]
建立评价网络criticnet评价网络criticnet以q
ω
表示，该神经网络的模型参数为
ω；
[0108]
其中，参数θ和ω按标准正态分布进行随机抽样初始化；
[0109]
s5-2：设置模型训练的迭代因子epoch＝0；
[0110]
s5-3：设置环境初始状态s0，初始状态s0即为本发明步骤s1所计算的电网全开机全接线下的潮流方式，设置时步t＝0，即当前状态s
t
＝s0；
[0111]
s5-4：以状态s
t
作为输入，利用动作网络π
θ
预测各支路开断动作的概率，获取概率最大的动作a
t
，执行动作a
t
，即开断a
t
所对应的电网线路或变压器，通过电网潮流计算和短路电流计算确定新的状态s
t 1
和步骤s4所定义的实际奖励；
[0112]
s5-5：检查目标电网是否存在因支路开断而造成电网孤岛或电网潮流不收敛的情况：
[0113]
若是，记录t＝t，进入步骤s5-7；
[0114]
若否，进入步骤s5-6；
[0115]
s5-6：检查目标电网是否存在短路电流大于断路器遮断电流的关键站点：
[0116]
若是，更新t＝t 1，返回步骤s5-4；
[0117]
若无，记录t＝t，进入步骤s5-7；
[0118]
s5-7：根据动作a
t
和状态s
t
计算面向动作网络的损失函数，计算公式为：
[0119][0120]
g(s
t
,a
t
)＝r
t
[0121]
式中，logπ
θ
(a
t
|s
t
)表示动作a
t
的概率，q
ω
(s
t
)表示评价网络针对状态s
t
预测得到的q值；
[0122]
s5-8：利用adam优化器计算l
actor
对动作网络模型参数θ的梯度根据更新模型参数θ，α
θ
为模型参数的学习率，可取adam优化器的默认设置；
[0123]
s5-9：根据新的动作a
t
和新的状态s
t
计算面向动作网络的评价函数l
critic
，计算公式为：
[0124]
l
critic
＝r
t
γq
ω
(s
t 1
,a
t 1
)-q
ω
(s
t
,a
t
)
[0125]
式中，γ为折扣因子，取0.9；
[0126]
s5-10：利用adam优化器计算l
critic
对动作网络模型参数ω的梯度按更新模型参数ω，α
ω
为模型参数的学习率，可取adam优化器的默认设置；
[0127]
s5-11：置epoch＝epoch 1，若epoch大于最大迭代次数，进入下一步；若否，返回步骤s5-3；
[0128]
s5-12：依次执行步骤s5-3到步骤s5-6，根据状态s
t
构建最优网架结构模型。
[0129]
本实施例第二方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时用于实现一种电网最优网架结构构建方法。
[0130]
本实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现一种电网最优网架结构构建方法。
[0131]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。