基于知識圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成方法

張虹，景欣，阮夢宇，周利軍，王靜，林春龍，林春哲

（1.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京市海淀區(qū)100089；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅省蘭州市730046；3.國網(wǎng)甘肅省電力公司培訓(xùn)中心，甘肅省蘭州市730070）

0 引言

跨省聯(lián)網(wǎng)、跨地區(qū)聯(lián)網(wǎng)乃至跨國聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)資源優(yōu)化配置的有效方法[1-3]。截止目前，我國特高壓交直流線路已建成投運25回，新能源裝機容量占比已超過21.7%，西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)格局進一步深化，潮流大范圍調(diào)整難度進一步加劇，尤其是故障線路切除后引起的潮流轉(zhuǎn)移使輸電斷面越限風(fēng)險加大，極易導(dǎo)致連鎖跳閘，甚至大面積停電[4-5]。采取快速有效的緊急控制措施消除斷面越限是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保障[6]。

斷面越限處置問題屬于電網(wǎng)緊急狀態(tài)輔助決策范疇，其數(shù)學(xué)模型是以控制代價最小為目標(biāo)的優(yōu)化問題，求解方法分為優(yōu)化規(guī)劃類算法和靈敏度算法兩類。其中，靈敏度算法從定性的物理概念出發(fā)，利用系統(tǒng)中某些量的變化關(guān)系來分析電網(wǎng)運行安全穩(wěn)定性，無需迭代，沒有收斂性問題，具有較高的計算精度和速度，是解決電網(wǎng)緊急狀態(tài)輔助決策問題常用的方法[2,7]。從平衡機是否參與斷面功率調(diào)整的角度，基于靈敏度的斷面越限緊急控制決策方法可以分為不考慮平衡機參與調(diào)整[8-11]和考慮平衡機參與調(diào)整[12-15]兩類。在不考慮平衡機參與調(diào)整方面，文獻[8]基于電氣剖分法建立了交直流電網(wǎng)系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線與送端機組的關(guān)聯(lián)關(guān)系并據(jù)此計算直流閉鎖后送端電網(wǎng)緊急控制策略；文獻[9]對比分析了靈敏度算法及粒子群算法在斷面越限控制策略計算中的應(yīng)用；文獻[11]基于相軌跡凹凸性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度對機組有功出力的靈敏度，提出了計及暫態(tài)穩(wěn)定約束的斷面功率調(diào)整方法。在考慮平衡機參與調(diào)整方面；文獻[12]提出了潮流跟蹤算法計算控制策略，但是該類算法適用條件往往不符合電網(wǎng)實際特點，例如：假設(shè)電網(wǎng)中不存在電力電子設(shè)備、假設(shè)電網(wǎng)中不存在環(huán)流等;文獻[13]針對反向等量配對調(diào)整法計算量大的問題，提出了基于廣義潮流轉(zhuǎn)移區(qū)域的局部靈敏度計算法，大幅度減少了靈敏度的計算量，但是廣義潮流轉(zhuǎn)移區(qū)域的形成過程仍然是針對全網(wǎng)節(jié)點進行的，仍需要占用一定的計算時間；文獻[15]將深度強化學(xué)習(xí)算法用于電網(wǎng)緊急控制決策中，通過數(shù)據(jù)分析計算切機策略。

上述方法均在一定程度上解決了斷面越限處置決策問題。然而，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、電力電子化特征日益凸顯，這些方法在實際應(yīng)用中具有一定的局限性。一方面，計算模型無法全面、真實地反映電網(wǎng)特點和調(diào)度控制要求，處置策略計算過程中未考慮實際電網(wǎng)中與斷面限額、控制要求緊密相關(guān)的電網(wǎng)運行穩(wěn)定規(guī)定、調(diào)度管理規(guī)程、事故處置預(yù)案等必要因素；另一方面，對于由上萬個計算節(jié)點構(gòu)成的實際電網(wǎng)而言計算量較大、計算速度仍然難以滿足在線輔助決策需求。為此，近年來隨著知識圖譜技術(shù)的推廣應(yīng)用，一些專家提出了將知識圖譜用于電網(wǎng)領(lǐng)域的先進理念[16-18]，并且在面向電網(wǎng)調(diào)度故障處理的知識圖譜框架及關(guān)鍵技術(shù)研究方面有所建樹[19-21]，提出了例如自底向上和自頂向下相結(jié)合的調(diào)度領(lǐng)域知識圖譜構(gòu)建方法[21]等，這些研究充分說明了構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域知識圖譜的必要性及可行性。

本文提出一種基于知識圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成方法，并將其與知識圖譜相結(jié)合，從而縮小靈敏度計算范圍，彌補計算模型的不足，提高計算速度和處置策略的實際可行性。

1 面向調(diào)度決策快速生成的調(diào)度領(lǐng)域知識圖譜的構(gòu)建

1.1 調(diào)度領(lǐng)域知識的特點及知識圖譜的適用性

電網(wǎng)調(diào)度異常及事故處理決策過程中通常需要考慮電網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定、調(diào)度管理細(xì)則、電網(wǎng)安全事故規(guī)程等相關(guān)控制要求及管理規(guī)定，這些知識具有：①來源多樣，包括調(diào)度規(guī)程等紙質(zhì)或電子文檔、調(diào)度自動化系統(tǒng)、調(diào)度員潮流等；②數(shù)據(jù)類型多，涉及詞、句、多個語句等不同顆粒度描述的文字、數(shù)學(xué)公式等；③交互復(fù)雜，除了要將相關(guān)知識展示給調(diào)度員外，還要與動態(tài)潮流計算、斷面越限處置策略計算頻繁交互；④無法用構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式量化其對電網(wǎng)異常及故障處置決策的影響等特點。因此，如何實現(xiàn)調(diào)度領(lǐng)域知識的電子化、系統(tǒng)化、交互化是確定調(diào)度領(lǐng)域知識模型構(gòu)建方法和工具需要解決的關(guān)鍵問題。

知識圖譜是一種用圖模型來描述知識和建模世界萬物之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的技術(shù)方法[22]，本質(zhì)是事物關(guān)系的可計算模型，基本用途是建立知識之間的直接關(guān)系，便于快速搜索和決策。相對于框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)等知識表示技術(shù)，知識圖譜在知識表示上采用更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的概念模型、本體術(shù)語和語法格式來建模和描述數(shù)據(jù)，并通過語義鏈接增強數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，從而更適用于知識來源多、搜索準(zhǔn)確度和速度要求高、需要利用知識來輔助決策分析的應(yīng)用場景。

因此，本文采用知識圖譜技術(shù)構(gòu)建電力調(diào)度領(lǐng)域知識模型。其根本目的是建立調(diào)度領(lǐng)域各類知識之間以及知識與實際電網(wǎng)運行之間的直接關(guān)系，便于實現(xiàn)知識的快速搜索和輔助決策，幫助調(diào)度員更好地理解電網(wǎng)運行機理。

1.2 電力調(diào)度領(lǐng)域知識圖譜構(gòu)建方法

構(gòu)建知識圖譜的一般流程如圖1所示[22]。首先，確定知識表示模型；然后，根據(jù)數(shù)據(jù)來源選擇不同的知識獲取手段導(dǎo)入知識；接著，綜合利用知識推理、知識融合、知識挖掘等技術(shù)對構(gòu)建的知識圖譜進行質(zhì)量提升；最后，根據(jù)場景需求設(shè)計不同的知識訪問與呈現(xiàn)方法。其中，知識表示是知識圖譜構(gòu)建的基礎(chǔ)與核心，它直接決定了知識的建模方法和管理方法。知識圖譜的知識表示方法（或稱數(shù)據(jù)模型）分為資源描述框架圖（resource description framework，RDF）和屬性圖兩種。相對于由3元組構(gòu)成的RDF圖，屬性圖模型由節(jié)點、關(guān)系、屬性、標(biāo)簽4種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并在此結(jié)構(gòu)上構(gòu)建各種圖算法。即：屬性圖模型充分利用了數(shù)據(jù)的圖性質(zhì)，從而可以方便地實現(xiàn)圖遍歷。

圖1 構(gòu)建知識圖譜的一般流程Fig.1 General flow of constructing a knowledge graph

本文采用屬性圖模型構(gòu)建調(diào)度領(lǐng)域知識圖譜。一方面，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型本質(zhì)就是圖，采用同樣基于圖性質(zhì)的屬性圖模型更加便于理解；另一方面，特高壓交直流大電網(wǎng)運行控制涉及到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、調(diào)度規(guī)程、穩(wěn)定規(guī)定、事故處置預(yù)案、安控策略等各類知識，內(nèi)容復(fù)雜而龐大，對其表示和管理的方法需要具備適用于復(fù)雜查詢的特點。調(diào)度領(lǐng)域知識屬性圖模型核心步驟和方法如下。

首先，確定面向電網(wǎng)異常及故障處置的調(diào)度知識來源。包括：主題詞標(biāo)準(zhǔn)類、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范類、電網(wǎng)調(diào)度管理細(xì)則類、電網(wǎng)調(diào)控必備動態(tài)知識類。其中：①主題詞標(biāo)準(zhǔn)類指《電力主題詞表》、《電網(wǎng)調(diào)控術(shù)語規(guī)范》、《電力行業(yè)詞匯第9部分電網(wǎng)調(diào)度》等用于規(guī)范節(jié)點名稱與種屬、指代等關(guān)系的知識；②電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范類指《電網(wǎng)運行準(zhǔn)則》、《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》、《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算技術(shù)規(guī)范》等用于說明電力計算基本概念、計算依據(jù)、運行要求的知識；③電網(wǎng)調(diào)度管理細(xì)則類指《電網(wǎng)調(diào)度管理條例及實施辦法》、《國家電網(wǎng)調(diào)度控制管理規(guī)程》以及各分省地調(diào)控中心的調(diào)控運行管理細(xì)則等用于說明異常及事故處置的基本原則、步驟的知識；④電網(wǎng)調(diào)控必備動態(tài)知識類指各實際電網(wǎng)的主網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定、電網(wǎng)事故處置預(yù)案、電網(wǎng)運行方式等，這些知識是調(diào)度員必須掌握的、且不斷更新的知識，如主網(wǎng)穩(wěn)定規(guī)定至少每年都需要制定。

然后，建立電力調(diào)度領(lǐng)域知識屬性圖模型，即：提取知識的節(jié)點、關(guān)系、屬性和標(biāo)簽。為了提高查詢效率，在構(gòu)建屬性圖模型時，節(jié)點和關(guān)系的屬性要盡量少，即建立瘦節(jié)點和關(guān)系。本文根據(jù)調(diào)度領(lǐng)域知識提取范圍、知識的用途，總結(jié)了以下幾個構(gòu)建調(diào)度領(lǐng)域知識屬性圖模型的基本原則：①定義型知識均表示為屬性。定義不需要再進行計算，可以作為終點的屬性，使模型更簡單。例如：《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》（DL755—2001）中關(guān)于系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)線定義：“系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線一般指省電網(wǎng)間或大區(qū)電網(wǎng)間的輸電線路。大區(qū)電網(wǎng)是幾個省電網(wǎng)互聯(lián)形成的電網(wǎng)。”，其屬性圖模型如圖2所示。②知識點的出處表示為節(jié)點或關(guān)系的屬性。將知識點的出處存儲在知識圖譜中，不僅可以讓調(diào)度員清晰地了解知識的來源，提高知識的可信度，而且可以實現(xiàn)方便地查詢到某出處的所有知識，將書籍“圖譜化”；③避免建立超級節(jié)點。所謂超級節(jié)點是指圖的某些部分全部連接到同一個節(jié)點上。由于圖遍歷時會遍歷與該節(jié)點的所有連接關(guān)系，以確定下一步遍歷路徑，超級節(jié)點的存在會大大降低查詢效率，因此要盡量避免建立超級節(jié)點。在調(diào)度領(lǐng)域知識中，對如“某區(qū)域電網(wǎng)”“已定義斷面”等比較寬泛的詞，建議采用標(biāo)簽方式表示。如圖3，某區(qū)域電網(wǎng)已定義斷面數(shù)據(jù)很多，在創(chuàng)建屬性圖模型時，將“已定義斷面”作為標(biāo)簽而非節(jié)點。

圖2 定義型知識的屬性圖模型表示方法Fig.2 Representation of property graph model for defined knowledge

圖3 利用標(biāo)簽避免建立超級節(jié)點Fig.3 Utilizing labels to avoid establishing super nodes

2 輸電斷面綜合功率靈敏度計算

2.1 輸電斷面功率靈敏度

一般地，輸電斷面指電網(wǎng)區(qū)域間聯(lián)系緊密、潮流方向相同的一組輸電線路的集合。輸電斷面功率靈敏度即構(gòu)成斷面的各輸電線路功率變化量與節(jié)點注入有功功率變化量之間的關(guān)系，其計算公式推導(dǎo)如下。

首先，利用網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣建立支路導(dǎo)納矩陣與節(jié)點導(dǎo)納矩陣關(guān)系，公式如下：

然后，基于網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點電壓方程，結(jié)合支路導(dǎo)納矩陣與節(jié)點導(dǎo)納矩陣關(guān)系得出支路電流與節(jié)點注入電流的相關(guān)度系數(shù)矩陣，公式如下：

設(shè)電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ凸灿衝個 計算節(jié)點，支路k的首末端計算節(jié)點號分別為i0、i1，則某支路k電流與任一計算節(jié)點i的相關(guān)度系數(shù)λk?i的計算公式如下：

接著，利用電流相關(guān)度系數(shù)矩陣推導(dǎo)出支路k功率變化量與節(jié)點i注入功率變化量之間的功率靈敏度βk,i，公式如下：

最后，利用支路功率與節(jié)點i注入功率變化量之間的功率靈敏度得出輸電斷面secj的傳輸功率與節(jié)點i注入有功功率變量之間的功率靈敏度βsecj,i為：

則輸電斷面功率變化量與節(jié)點注入功率變化量的關(guān)系式可用下式表示：

式中：A表示節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣，即表示電網(wǎng)節(jié)點與支路關(guān)聯(lián)關(guān)系的矩陣；YN表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣；YB表示支路導(dǎo)納矩陣；C(λ)為電流相關(guān)度系數(shù)矩陣；λk?i表示支路k電流與任一計算節(jié)點i的相關(guān)度系數(shù)，其物理含義是當(dāng)電網(wǎng)中只有節(jié)點i有單位注入電流，其他節(jié)點都沒有注入電流時，支路k的首末端節(jié)點i0、i1的 電壓差；yk表 示第k條支路的導(dǎo)納，當(dāng)其實部為正時，節(jié)點i注入電流減小則支路k電流減小，當(dāng)其實部為負(fù)時，節(jié)點i注入電流增大則支路k電流減小；xi0i表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點阻抗陣中的第(i0，i)個元素；Uk,B、φk,B分 別表示第k條支路的首端電壓模值和相角；Uk,B、φk,B分別表示第i個節(jié)點的電壓模值和相角；越大，表示節(jié)點i的功率變化對支路k的功率變化影響越大， βk,i>0表示節(jié)點i的注入功率增加會導(dǎo)致支路k的功率增加，βk,i<0 表示節(jié)點i的注入功率增加會導(dǎo)致支路k的功率減少；βsecj,i表 示斷面secj傳輸功率與節(jié)點i注入功率變量之間的功率靈敏度，S j表 示構(gòu)成斷面j的線路集合；ΔPk,B表 示支路k的功率變化量；ΔPi,N表 示節(jié)點i的功率變化量。

需要說明的是，消除斷面功率越限的控制變量理論上包括發(fā)電機節(jié)點有功功率和負(fù)荷節(jié)點有功功率。但是，在實際電網(wǎng)中，保證供電可靠性是調(diào)控決策基本原則，且按照電網(wǎng)調(diào)度控制管理規(guī)程，斷面越限處置原則優(yōu)先考慮供受端系統(tǒng)調(diào)整發(fā)電機有功功率，在無可調(diào)整機組有功出力時受端系統(tǒng)按照限電序位表切負(fù)荷。因此，本文主要研究機組調(diào)整策略的自動生成方法。但是，所提出的功率靈敏度計算模型及算法等原理同樣適用于負(fù)荷節(jié)點的調(diào)整。

2.2 考慮重載的斷面綜合功率靈敏度

避免新的運行風(fēng)險出現(xiàn)是電網(wǎng)調(diào)度決策時需要考慮的重要因素。因此，在消除斷面越限時要保證不出現(xiàn)新的線路或斷面越限，即越限斷面上的潮流應(yīng)降低且重載線路或重載斷面上的潮流也應(yīng)降低或至少不增加。為此，本文提出了考慮重載的斷面綜合靈敏度的概念，即：節(jié)點對越限斷面、重載斷面及重載線路（綜合線路集合）靈敏度的代數(shù)和。其數(shù)學(xué)模型可用下式表達：

式中：fSi表示節(jié)點 i對斷面和線路的綜合靈敏度；SC表示越限及重載斷面集合； LC表示越限及重載線路集合。

1）fSi>0 表明此節(jié)點為減出力節(jié)點，fSi<0

表明此節(jié)點為加出力節(jié)點。減出力節(jié)點意味著當(dāng)節(jié)點出力減少時，雖然越限斷面的潮流不一定降低，但越限斷面、重載斷面及重載線路的總潮流是降低的。

2）fSi=0時，則根據(jù)可調(diào)出力的大小確定調(diào)整節(jié)點，其調(diào)整量只用于平衡有功功率，對消除斷面越限是無效的。

3）在多個斷面越限或重載時，參與調(diào)整的控制節(jié)點集合要先排除掉會使越限或重載斷面功率增大的機組，即不能加劇越限或產(chǎn)生新的越限。

4）實際國、分、省電網(wǎng)運行控制過程中一般要求保持跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線、省間斷面?zhèn)鬏敼β时３植蛔儯虼?，實際電網(wǎng)消除斷面越限時，要排除掉對運行方式正常的跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線、省間斷面靈敏度較高的機組，盡量維持其功率傳輸值不變。

考慮重載的斷面綜合靈敏度反映了節(jié)點對各越限斷面、重載斷面及重載線路降低潮流的總體作用，采用此靈敏度對控制節(jié)點進行分類，能在消除斷面越限的同時，保證其他斷面或線路不越限。

3 基于反向等量配對調(diào)整法的處置策略計算方法

僅按照機組節(jié)點綜合靈敏度大小排序來選擇控制節(jié)點并調(diào)整出力的方法可能導(dǎo)致功率不平衡量完全由綜合靈敏度為零的機組承擔(dān)，這樣的處置策略在實際電網(wǎng)中受調(diào)控范圍等限制往往是不可行的。而且實際電網(wǎng)調(diào)度實踐中，并沒有平衡機的概念，調(diào)度員最關(guān)心的是斷面兩端的供受端系統(tǒng)分別有哪些機組出力可以調(diào)整，并保證調(diào)整后整個系統(tǒng)發(fā)用電仍平衡。因此，本文采用了反向等量配對調(diào)整法。

反向等量配對調(diào)整法是指在消除斷面越限過程中，每增加一臺機組的出力都找到一個與之配對的減出力的機組共同調(diào)整，且2臺配對機組的調(diào)整量的絕對值相同，反之亦然。配對原則是將對斷面功率靈敏度分別為正、負(fù)的2組發(fā)電機節(jié)點按照大小排序后依次對應(yīng)配對，形成正負(fù)靈敏度控制節(jié)點組。具體實現(xiàn)步驟如下：

1）控制節(jié)點分組。

將控制節(jié)點（即發(fā)電機節(jié)點）根據(jù)考慮重載的斷面綜合靈敏度（以下簡稱：綜合靈敏度）的大小分為3個子集：F+包括全部正靈敏度值，相應(yīng)的機組集合表示為Gplus；F?包括全部負(fù)靈敏度值，相應(yīng)的機組集合表示為Gminus； F0包括全部近似為零的靈敏度值，相應(yīng)的機組集合表示為G zero。

2）各控制節(jié)點子集排序。

①將集合 Gplus和 Gminus中 的機組分別按照下述原則進行排序：根據(jù)綜合靈敏度絕對值的大小按照降序排列，當(dāng)絕對值大小相等時，則根據(jù)機組消除越限的能力按照降序排列。其中，機組消除越限的能力指假定將機組有功出力調(diào)整到其上限或下限時，越限斷面S傳輸功率的變化量，計算公式如下：

式中：Ci為機組i的消除越限能力； Pimax、 Pimin分別為機組i的有功出力上限和下限。

②將Gzero中的機組分別按照可加出力大小和可減出力大小降序排列，其中，機組i的可加出力為出力上限與當(dāng)前出力之差；可減出力為當(dāng)前出力與出力下限之差。

3）控制節(jié)點配對。

將排序后的Gplus和 Gminus中 的機組依次兩兩配對，形成控制節(jié)點組，并計算各控制節(jié)點組的靈敏度，公式如下：式中：F S?i j為控制節(jié)點組ij對越限斷面S傳輸功率的綜合靈敏度。需要說明的幾種情況如下：

①一臺機組可與多臺機組進行順序配對調(diào)整。經(jīng)過一次配對調(diào)整，若越限斷面尚未消除，則控制節(jié)點組ij中必有一個達限值者不能再調(diào)。設(shè)控制節(jié)點j達下限不能再減，而控制節(jié)點i尚有加出力的余地，則i不變，在j所在的集合中按排序選下一個機組控制節(jié)點j′作為新的配對節(jié)點，重復(fù)上述配對計算，直到越限斷面消除結(jié)束。

②當(dāng)集合Gplus中機組沒有可減出力時，集合Gzero中的機組可以減出力。

③當(dāng)集合Gminus中機組沒有可加出力時，集合Gzero中的機組可以加出力。

④當(dāng)集合Gminus和Gzero中的機組均無出力調(diào)時，才考慮切負(fù)荷。

4）調(diào)整量計算。

對于所有越限斷面集合Sol中的任意一個斷面m，設(shè)其當(dāng)前功率為Pm，熱穩(wěn)定極限為Pmmax，考慮到靈敏度及調(diào)整量計算誤差等因素，定義可靠系數(shù) ξ<1，越限斷面m需要調(diào)整的功率量為：

則消除所有越限斷面需要調(diào)整的功率量為：

控制節(jié)點組ij需要調(diào)整的控制量ΔPt為：

當(dāng)加出力節(jié)點j為平衡機時，考慮到平衡機要擔(dān)負(fù)調(diào)頻等任務(wù)，在計算其可調(diào)量時，需預(yù)留一定裕度，可調(diào)量計算公式如下：

式中：Py為平衡機預(yù)留裕度，根據(jù)電網(wǎng)實際情況取值，例如取其最大出力值的10%；P j s為平衡機當(dāng)前出力。

同時，考慮到控制節(jié)點組ij的自身可調(diào)節(jié)量限制，控制節(jié)點組ij的實際調(diào)節(jié)量為上述3者的最小值，即：

每一次配對調(diào)整后，利用綜合靈敏度修正各越限斷面和重載支路的潮流，并修正各機組的可調(diào)裕度、控制節(jié)點組及斷面越限量和各控制節(jié)點組的調(diào)整量。

反向等量配對調(diào)整法不需要求解優(yōu)化模型即可得到調(diào)整量最小的控制決策，且不需進行有功安全校核，無收斂性問題，魯棒性強，具有很好的實用性。

4 基于知識圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成實現(xiàn)流程

盡管利用反向等量配對調(diào)整法消除斷面越限已經(jīng)簡化了大量的計算，(例如：每次控制節(jié)點按照調(diào)整量調(diào)整出力后，無需重新進行潮流計算，節(jié)約了計算時間)但是，對于規(guī)模比較大的實際電網(wǎng)而言，計算所有控制節(jié)點對斷面功率的綜合靈敏度計算量仍然很大。根據(jù)節(jié)點斷面功率靈敏度的計算公式可以看出，節(jié)點斷面功率靈敏度數(shù)值主要取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而實際電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和參數(shù)是不經(jīng)常發(fā)生變化的，因此，如果將實際電網(wǎng)中與已定義斷面相關(guān)性比較大的電廠作為知識進行存儲，則在控制決策過程中可以大大減少綜合靈敏度的計算規(guī)模?；陔娏φ{(diào)度領(lǐng)域知識圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成整體實現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 基于知識圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成實現(xiàn)流程圖Fig.4 A knowledge graph based fast generating process of transmission section overload disposal strategy for largescale AC/DC power grids

知識圖譜與斷面越限處置策略計算模塊的交互主要體現(xiàn)在：斷面越限處置策略計算模塊將當(dāng)前運行方式的越限斷面信息發(fā)送至知識圖譜，知識圖譜將越限斷面相應(yīng)的供受端系統(tǒng)發(fā)電機出力調(diào)整常用機組集合提取出來并反饋給計算模塊，然后，反向等量控制節(jié)點組的運算只需針對常用機組集合進行即可，無需進行全網(wǎng)計算。只有當(dāng)常用機組均不可調(diào)或返回集合為空時，才進行全網(wǎng)靈敏度計算。

另外，關(guān)于斷面的定義、正方向規(guī)定、穩(wěn)定規(guī)定、事故處置預(yù)案、供受端系統(tǒng)概念、斷面越限相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等靜態(tài)知識（即不隨運行方式變化而變化的知識）都可以通過知識圖譜實現(xiàn)增、刪、查、改及可視化展示。本文側(cè)重介紹斷面越限處置策略生成方法的研究，關(guān)于知識圖譜的詳細(xì)功能此處不再贅述。

5 仿真算例

以某電網(wǎng)A為算例對本文方法進行驗證。電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)3210個，發(fā)電節(jié)點數(shù)407個、負(fù)荷節(jié)點數(shù)2795個，由4個子網(wǎng)G1、G2、G3、G4構(gòu)成，見圖5。3個子網(wǎng)間斷面的構(gòu)成、正方向

規(guī)定、熱穩(wěn)定功率極限，當(dāng)前傳輸功率見表1。

表1 子網(wǎng)間斷面信息Table 1 Section information among subnetwork

5.1 算例1

驗證目標(biāo)：驗證基于綜合靈敏度的反向等量配對調(diào)整法計算模型的正確性及對單個斷面越限處置決策的有效性。

算例設(shè)計：當(dāng)前運行方式中sec2功率為1609 MW，大于斷面熱穩(wěn)極限值1400 MW，出現(xiàn)斷面越限情況。采用計算全網(wǎng)發(fā)電節(jié)點綜合靈敏度方法，不考慮與知識圖譜的交互，說明綜合靈敏度計算和反向配對形成控制節(jié)點組算法的正確性。

計算結(jié)果：計算全網(wǎng)發(fā)電機節(jié)點對越限斷面sec2的綜合靈敏度，并按照正、負(fù)、零分為3個集合，對正、負(fù)集合Gplus和Gminus中的元素按照大小排序，結(jié)果如表2所示。通過配對形成控制節(jié)點組并計算控制節(jié)點組的靈敏度，結(jié)果如表3所示。為了提高效率，可以每次選取正、負(fù)控制節(jié)點集合中的前幾位或綜合靈敏度絕對值大于某門檻值的控制節(jié)點配對，形成控制節(jié)點組。本算例中為了便于數(shù)據(jù)展示，截取前5個控制節(jié)點的數(shù)據(jù)進行說明。最終形成的消除斷面越限的處置策略如表4所示。斷面sec2的傳輸功率由1609.36 MW調(diào)整到1399.03 MW，低于1400 MW，越限消除，且未改變其余正常運行斷面sec1、sec3的傳輸功率值以及未引起其他線路重載或越限，滿足調(diào)整目標(biāo)。

表2 正負(fù)控制節(jié)點靈敏度信息Table 2 Sensitivity information of positive and negative control nodes

表3 反向配對形成的控制節(jié)點組信息Table 3 Information of control node groups formed by reverse pairing

表4 消除斷面越限的處置策略Table 4 Disposal strategy to eliminate transmission sections overload

5.2 算例2

驗證目標(biāo)：驗證基于綜合靈敏度反向等量配對調(diào)整法對多斷面同時越限處置決策的有效性。

算例設(shè)計：初始方式sec1、sec2、sec3同時越限，具體數(shù)據(jù)見表5。采用計算全網(wǎng)發(fā)電節(jié)點綜合靈敏度的方法，不考慮知識圖譜的交互，說明基于綜合靈敏度的反向等量配對調(diào)整法在多個斷面同時越限時的處置過程和計算的有效性。

表5 越限斷面信息Table 5 Information of transmission section overloads

計算結(jié)果：全網(wǎng)發(fā)電機節(jié)點對3個越限斷面的綜合靈敏度計算結(jié)果見表6，形成的控制節(jié)點組信息見表7，經(jīng)過第一次調(diào)整后sec1斷面越限消除，調(diào)整結(jié)果見表8。此時越限斷面?zhèn)€數(shù)發(fā)生了變化，需重新計算節(jié)點對越限斷面的綜合靈敏度、形成控制節(jié)點組并計算調(diào)整量，具體靈敏度數(shù)據(jù)限于篇幅此處不再詳列，見表8。經(jīng)過第2次調(diào)整后，sec2斷面越限消除，經(jīng)過第3次調(diào)整后，sec3斷面越限消除。整個調(diào)整過程耗時961 ms（含動態(tài)潮流計算時間），其中，每次全網(wǎng)發(fā)電機節(jié)點的綜合靈敏度計算均在121 ms左右。

表6 正負(fù)控制節(jié)點集合信息Table 6 Collection information of positive and negative control nodes

表7 反向配對形成的控制節(jié)點組信息Table 7 Information of control node groups formed by reverse matching

表8 消除斷面越限的處置策略Table 8 Disposal strategy to eliminate transmission sections overload

5.3 算例3

驗證目標(biāo)：驗證構(gòu)建知識圖譜對交直流大電網(wǎng)斷面越限快速處置決策的有效性和必要性。

算例設(shè)計：初始方式與算例2相同，考慮知識圖譜與處置策略計算環(huán)節(jié)的交互，通過給出統(tǒng)計的計算時間說明知識圖譜中經(jīng)驗性知識對提高處置策略計算速度的有效性和必要性。

計算結(jié)果：本算例針對電網(wǎng)A構(gòu)建的面向事故處置預(yù)案自動生成的知識圖譜包括2767個關(guān)系、613個標(biāo)簽、2842個節(jié)點。斷面越限處置策略計算軟件將越限斷面sec1、sec2、sec3的id號發(fā)送給知識圖譜后，獲取到的3個斷面供受端系統(tǒng)常調(diào)電廠信息如表9所示，耗時19 ms。計算這些電廠中所有可調(diào)機組對越限斷面的綜合靈敏度，最終調(diào)整結(jié)果與例2的計算結(jié)果相同，總耗時545 ms，比采用全網(wǎng)發(fā)電機節(jié)點靈敏度計算節(jié)約了43%的時間。

表9 越限斷面供受端電廠經(jīng)驗性知識Table 9 Experiential knowledge of sending- and receivingend power plants at both sides of transmission section overload

6 結(jié)論

本文提出的基于知識圖譜的交直流大電網(wǎng)斷面越限處置策略快速生成方法，通過采用基于功率靈敏度的反向等量配對調(diào)整法避免了繁瑣的優(yōu)化計算及調(diào)整過程中對系統(tǒng)頻率的影響，不需要頻繁地動態(tài)潮流計算，大大簡化了計算過程，提高了計算穩(wěn)定性。同時，通過基于屬性圖模型構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)建電力調(diào)度領(lǐng)域知識圖譜，實現(xiàn)功率靈敏度計算范圍的大大縮小，從而進一步提高了斷面越限處置決策的計算速度，并使調(diào)度控制領(lǐng)域相關(guān)理論及經(jīng)驗性知識電子化、結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、可視化。