(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210830849.6 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 国家电网公司华中分部 地址 430077 湖北省武汉市洪山区徐 东大 街47号 申请人 上海交通大 学 (72)发明人 王莹　党杰　施路炜　芮智　严正　 奚江惠　潘晓杰　余笑东　赵雄光　 袁鹏　杨丹　李春艳　张星　 卓谷颖　穆清　 (74)专利代理 机构 上海交达专利事务所 31201 专利代理师 王毓理　王锡麟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) H02J 3/00(2006.01) (54)发明名称 用于大电网暂态仿真的自适应分网方法 (57)摘要 一种用于大电网暂态仿真的自适应分网方 法， 基于电力系统原始数据与图结构的相似性将 电力系统映射为图结构后， 对图结构进行简化预 处理； 然后基于k ‑way思想， 利用改进后的密度峰 聚类方法进行初始分割； 对于初始分割结果， 基 于线性决定贪婪方法对初始分割结果进行分割 质量优化； 最后利用改进后的线性决定贪婪方法 优化图结构分割结果逆映射至电力系统中， 获得 用于电磁暂态并行仿真的电网分网结果。 本发明 得到的分网数量自由度更高， 各子网规模更均 匀， 子网间联络线数量更少， 能够极大的减少并 行仿真过程中的等待时间损耗和通讯时间损耗， 使得对于大电网的电磁暂态并行仿真获得数倍 至数十倍的加速效果， 且并行仿真结果与串行仿 真一致， 具有可靠性。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115203940 A 2022.10.18 CN 115203940 A 1.一种用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征在于， 先基于电力系统原始数 据与图结构的相似性将电力系统映射为图结构后， 对图结构进行简化预处理； 然后基于k ‑ way思想， 利用改进后的密度峰聚类方法进行初始分割； 对于初始分割结果， 基于线性决定 贪婪方法对初始分割结果进行分割质量优化； 最后利用改进后的线性决定贪婪方法优化图 结构分割结果逆映射至电力系统中， 获得用于电磁暂态并行仿真的电网分网结果。 2.根据权利要求1所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 所述的映 射， 包括： ①将母线映射为顶点、 ②将传输线和 变压器映射为边、 ③将其余元器件在不影响 图的拓扑结构的前提下并入母线映射成的顶点中， 所有元件的计算量均转化为顶点的点权 形式， 点权为： 其中： Wi 是指顶点vi的点权， 其等于该顶点包含的所有四种主要元器件的计算量之和， 由于变压器 和线路是两端节点共享， 因此对于单侧来说计算 量仅有其 一半。 3.权利要求1所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 所述的简化预 处理包括： 1)变压器浓缩： 在从电力系统到图结构的映射过程中， 节点被映射为顶点， 节点之间的 传输线、 变压器连接关系被映射 为边且避免在变压器处发生分割； 2)顶点浓缩： 线路的传输延时必须大于等于一个仿真步长， 即： τ≥tstep， 对由短线路连 接的顶点进行浓 缩， 得到浓 缩后的顶点， 即C顶点； 3)多层浓缩/粗化： 在进行 图分割前， 可对已有的无向图G＝G(V， E)进行多层浓缩操作 来进一步简化图结构。 4.权利要求3所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 为保证多层粗 化不会过度， 多层浓 缩/粗化的约束条件 包括： a)粗化后的顶点规模不 能超过给定大小， 为： 其中： Ntotal是网络中的节 点总数； K 是分解成的子网数量； E其表征每 个子网中所能容忍的最少顶点数； b)单次粗 化过程中， 一个顶点只允许被浓 缩一次。 5.权利要求1所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 所述的改进后 的密度峰聚类方法进 行初始分割， 包括： 选用密度峰聚类方法确定初始聚合中心， 并以具有 较高的局部密度且与更高密度点的距离较大作为选择聚类中心的依据， 具体包括： 局部密 度ρi＝∑jχ(dij‑dc)， 其中： ρi为数据点xi的局部密度； dij为数据点xi， xj之间的欧几里得距 离； dc＝max(dij)×α 为截断距离， α 为调节系数， 函数 对于每个数据点xi 与局部密度更高的数据点的距离 即数据点xi到所有比其密度更高的点的 距离的最小值之和； 对于局 部密度最大的点xk， 即数据点xk到其他任意点的 距离的最大值； 所述的改进后的密度峰聚类方法选择作为聚类中心的数据点的局部密度ρi和距离δi均 高于其他普通顶点。 6.权利要求5所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 所述的初始分权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115203940 A 2割， 进一步包括： 1)由于图中的顶点并不具有坐标， 对于直接相连的两顶点vi， vj， dij直接为顶点vi， vj之 间边的平均长度， 具体为： 由于前述的浓缩操作， 顶点vi， vj之间的边可能 远不止一条， 因此使用集 合Eij来表示； 2)对于截断距离dc＝max(dij)×α， 其中： α为调节系数， α∈(0， 1]； 在实际使用中， 为简 便考虑， 令α ＝1， 此时局部密度ρi就退化为顶点的出线度； 3)将顶点按局部密度ρi和距离δi两个属性作图， 从图的右上角中选取得到K个初始聚合 中心。 7.权利要求6所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 在获得初始聚 合中心后通过以下方式进 行初始中心扩展， 得到初具规模的小网络， 具体为： 检索初始聚合 中心的所有直接邻接顶点， 将其分配进对应的子图中， 使得每个子网得到一定程度的扩充， 使后续顶点分配过程有更多的可参考顶点且初始聚合中心的邻接顶点与之联系紧密， 应当 与之分配进同一子图， 因此相当于加快分网进程。 8.权利要求1所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 所述的初始分 割， 所述的基于线性决定贪婪方法对初始分割结果进行分割质量优化， 具体包括： 其中： Vk是一个顶点集； ω(Vk)是顶点集Vk的总计算量； C＝| V0|/K， |V0|是所有顶点的计算量之和； Adj(v)是指顶点vi的邻接顶点集合； 对于每一个顶点 vi， 都得到|Vk∩Adj(vi)|(1‑ω(Vk)/C)对应于各个顶点集合Vk(k＝1， 2， ......， K)的值， 而 这K个值中最大者， 就是约束函数f(vi)的值； 约束函数f(vi)的组成部分中， |Vk∩Adj(v)|代 表着顶点vi与集合Vk的关联性的大小； 1 ‑ω(Vk)/C则起着平衡各个顶点集(子图)的计算量 的作用。 9.权利要求1所述的用于大电网暂态仿真的自适应分网方法， 其特征是， 所述的逆映 射， 对于多层浓缩进行多层细化来优化分网结果， 具体包括： 对于初始聚类结果， 将子图映 射回上一层级， 细化图结构； 对细化后的图再使用多层细化LDG函数进行优化， 提高分割质 量； 不断重复上述 步骤， 直至多层浓 缩的影响被完全抵消； 所述的多层细化LDG函数具体为： 其中： naverage是全图顶 点的平均计算量； σn是顶点计算量的标准差； C＝ Ntotal/K， 代表每个子网的平均规模大小； A dj(vi1)是与顶点vi直接相连的邻接顶点， 而A dj (vi2)则是与Vk∩Adj(vi1)直接相连的邻接顶点； w则是间接邻接顶点的权重， 与网络中的总 节点数线性正相关； 对于一些在定义上即属于Adj(vi1)又属于Adj(vi2)的顶点， 统一将之置 入Adj(vi1)。 10.一种实现权利要求1～9中任一所述用于大电网暂态仿真的自适应分网方法的系 统， 其特征在于， 包括： 电力系统原始数据预处理单元、 电力系统网络分割单元及电力系统 电磁暂态并行仿真单元， 其中： 电力系统原始数据预处理单元根据输入的电力系统原始数 据， 进行电力系统网络到图结构的映射， 在此基础上再进依次行变压器浓缩、 顶点浓缩和多权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115203940 A 3