基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分研究.pdf

第４２卷第１１期２０１４年６月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０１．４２ＮＯ．１１Ｊｕｎ．１，２０１４基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分研究王旭阳，李红军，宋毅（国网北京经济技术研究院，北京１０００５２）摘要：目前，配电网设备改造计划安排主要依据设备的健康水平、运行年限等指标，改造项目间的协调优化尚有欠缺，分散无序的改造会导致配电网运行存在安全隐患。提出设备运行状态评分指标，利用改进凝聚聚类分析技术对配电网设备改造需求进行分析，用配电网拓扑结构联络关系作为约束判据，将需要改造的设备进行聚类分区划分。算例分析表明基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分方法优于传统的设备改造计划安排，能够统筹设备改造各类影响因素，为改造项目时序安排提供有效依据关键词：设备改造；设备状态水平；配电网拓扑结构；聚类分析；改造分区Ａｒｅａｄｉｖｉｓｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙ—ＷＡＮＧＸｕｙａｎｇ，ＬＩＨｏｎｇ￣ｕｎ，ＳＯＮＧＹｉ（ＳｔａｔｅＰｏｗｅｒＥｃｏｎｏｍｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００５２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｓｐｒｉｍａｒｉｌｙｄｅｐｅｎｄｏｎｔｈｅｈｅａｌｔｈｌｅｖｅｌ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｌｉｆｅａｎｄｏｔｈｅｒｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ａｎｄｎｏｗ，ｉｔｉｓｓｔｉｌｌｌａｃｋｉｎｇｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｖｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｍａｒｋｉｎｇｉｎｄｅｘｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｔａｔｕｓａｎｄｃｏｎｔａｃｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｔｏｃｌｕｓｔｅｒｔｈｅｄａｔａｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐａｒｔｉｔｉｏｎｓｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｉｖｉｄｅｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｒｏｇｒａｍｓ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｔａｔｕｓ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙ；ｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｉｖｉｓｉｏｎ中图分类号：ＴＭ７１５文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４・３４１５（２０１４）１１００１３－０８０引言设备改造是对现有落后的变压器、开关设备、线路等电网主要设备以及配套辅助设施进行的完善、配套或整体更新改造，对保障配电网安全运行至关重要。目前，配电网设备改造项目计划安排主要依据设备健康水平、运行年限与改造需求的紧急程度进行制定，尚未考虑项目之间协调优化，尤其是１０ｋＶ中压配电网具有结构复杂、设备数量庞大的特点，分散改造存在改造工作量大、安排停电或负荷转带次数多、停电损失大、用户供电可靠性降低等问题。聚类分析根据样本（或指标）间的相似性，将彼此之间相似程度较大的样本聚合为一类，形成一个层次分明的分类系统。聚类分析一般采用欧氏距离度量对象间的相似性，但仅依靠几何平均距离的相近性并不能充分保证时间序列的形态或轮廓的相似性ｌｌ。Ｊ。层次聚类算法，特别是凝聚式算法在计算上简单快捷，且能够得到相近的最终结果，其应用较为广泛［～１。本文选用改进凝聚算法（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｖｅ），基于设备运行状态评分指标的聚类分析，以配电网拓扑结构联络关系作为约束判据，采用将设备指标分组的方式，自下而上对设备改造进行聚类，将配电网内需要改造的设备划入不同的改造区域，对于不同改造分区内的设备可考虑同时开展改造安排，对同一改造分区内的设备，按照改造需求的轻重缓急进行统一改造规划安排，为配电网改造建设时序安排提供有效依据。１基于值距离的改进凝聚聚类算法凝聚聚类算法根据数据值之间距离的远近来判断数据之间的关系（相似性），将邻近数据聚合为若干个簇，进而对数据簇进行自下而上的聚类］。电力系统保护与控制各簇中的数据应该满足同簇内的数据差异度最小、不同簇内的数据差异度最大的原则。通常将配电网设备改造数据表示为ｍ行ｎ列的数据矩阵，在计…算数据间距离时，一般将其视为１，２，，个行相量，两个相量问的相似度用度量。表示相量墨，的距离，一般要求：１）对任意的Ｓ，ｔ，２０；当ｆ＝０时，；２）对任意的Ｓ，ｆ，ｆ＝ｆ；３）对任意的Ｓ，ｆ，ｋ，九。１．１改进凝聚聚类算法目前常用的聚类算法有基于划分和分层两类方法，传统的聚类算法一般存在难于确定聚类中心、高维空间存在无关维而掩盖有效簇、易产生无意义簇等缺点。本文选用内平方距离法，通过观察聚类过程中数据簇误差平方和的变化，准确反映簇的凝聚度，快速确定初始聚类中心，自下而上的对数据进行凝聚聚类。可以有效避免常用聚类算法的一些不足，如相邻的对象可能作为不同类的中心点而被分开。将数据簇视为包含着，ｚ个相似数据的圆形集合，内平方距离（Ｗａｒｄ）是指用两个数据簇内数据的欧氏距离总平方和作为两个数据簇间的距离，要求数据间距离必须是欧氏距离，其基本思想来自于方差分析，公式表示为√，ｗ）：（１）式中：ｖ，Ｗ为包含着不同数据的数据簇；，分别为数据簇ｖ，Ｗ中包含的数据个数；，分别为数据簇ｖ，Ｗ的中心；一ｌＪ为数据簇问欧『ＩｌＩ２式距离，适用于２、３维空间，表示两点之间最短距离。对于数据簇，其欧式距离为数据簇中心数—据相量之间的最短距离，ｗ（ｗ）（一）＿。１．２相关系数评价方法相关系数（ｃｏｐｈｅｎｅｔｉｃ）是用来对聚类结果进行校验的指标。对于实际的对象和具体的应用，不同的距离计算方法，会产生多个具有不同分叉的可供决策参考的分类结果。相关系数能够检验一定算法下产生的聚类结果和实际情况的相符程度，即检测聚类中各元素间的距离和计算产生的实际距离之间的相关性。相量，ｘ的相关系数表示为∑（一）（一一ｘ／）ｃ（２）———－旦＿－＿：（２）∑｛ＪＦＸｘｋ，一）ｌｆ（一）Ｊ｝ＬＬｋ＝ｌＪＬｋ＝ｌＪＪ相关系数的大小反映了聚类效果的好坏，相关系数越接近于１，说明聚类效果越好。可通过相关系数验证对比各种不同的距离计算方法和不同的系统聚类的聚类效果，选择合理的聚类划分结果。２设备评分指标设备评分指标包括设备状态水平评分指标与基于配电网拓扑结构的设备联络评分指标。对设备状态进行评分所依据的信息称为设备状态指标，文献［１０．１１１提出了包括设备运行年限、健康水平、是否存在家族质量缺陷或老化缺陷等在内的各类状态指标，此类指标的评分能够直观真实地反映出设备的运行状态，是设备改造分区划分的首要考虑因素；设备间联络状态评分指标，基于配电网拓扑结构反映了设备间转供转带负荷的能力，是设备改造分区划分的约束判据。２．１设备健康水平评分指标对设备健康水平评分，分值为０～１。０分则表示所有预试数据均远离注意值或与优质产品的出厂’值相近，且既没有经历不良工／兄，又没有家族质量缺陷史，无需改造更换；１分表示设备需要立即安排改造；其他情形的状态评分介于０分与１分之间。以断路器设备为例，由于油断路器在故障情况下存在爆炸的危险性，且电网中现存的多油或少油断路器均已运行多年，应改造更换为无油断路器。因此，断路器是否含油是断路器设备改造的重要判据，油断路器评分为０，无油断路器评分为１。对于电网内主要设备，如变压器、线路、断路器等，可将设备状态信息划分为两个层次，以变压器为例，其中一级指标有电气试验、油中溶解气体色谱分析、油质试验，每个一级指标下又包含着多个二级指标。对一级指标下的各项二级指标评分求平均值，得到一级指标的评分值。将一级指标评分求加权平均值，得到变压器健康水平评分ｌ】¨Ｊ。２．２设备运行年限评分指标变压器、线路、开关设备的设计寿命一般为３０年，对设备运行年限评分公式为＝Ｃ／Ｌ（３）式中：Ｃ为设备运行实际年限；为设备设计寿命。设备运行年限评分指标准确直观地反映了设备老旧程度，是指导设备改造更换的重要判据之一。２．３设备缺陷评分指标设备缺陷对电网安全生产运行影响极大，是影响设备改造的重要因素。导致设备需要改造的缺陷包括家族性缺陷和在重要试验项目、检修中发现的状态评价为严重状态的缺陷。设备缺陷评分，分值为０和１。０分表示既没有经历不良工况后产生的缺陷，又没有家族性缺陷，无需改造更换；１分表示设备经检修存在严重缺陷，需优先安排改造更换。王旭阳，等基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分研究．１５．２．４基于配电网拓扑结构的设备联络评分指标根据变电站、断路器及线路在配电网中位置与互联关系，对设备联络指标评分。联络指标评分分值为０、１、５０和１００，其中０分表示联络设备为设备自身，１分表示两个设备之间具有直接联络关系，５０分表示设各之间具有间接联络关系，１００分表示设备之间无联络关系。设备联络指标通常以矩阵形式表示，可以清晰地以数据形式反映配电网的网络拓扑结构与设备间转供转带负荷的能力。３基于设备评分指标的改造分区聚类分析基于配电网设备评分指标的改造聚类分区划分在设备评分指标数据基础上，形成设备问联络指标矩阵和设备运行状态水平指标矩阵，选用改进凝聚法，通过逐步融合数据点，自下而上地获得聚类。经相关系数评价后，综合考虑两类指标地影响因素，将配电网划分为若干个相对独立又能互送电力的改造分区，以达到各个分区内能够协调开展新建、改造项目，同时对电网供电能力影响最小的目的。改造分区划分流程如图ｌ。图１基于设备评分指标的改造分区聚类划分流程Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｄｉｓｔｒｉｃｔｄｉｖｉｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓ３．１基于设备状态评分指标的１１０ｋＶ电网改造分区聚类分析以某地区配电网为例，１１０ｋＶ网络拓扑结构如图２所示，网络中包含Ｔ１～Ｔ６共６个１１０ｋＶ变电站和Ｌ１～Ｌ６共６条ｌ１０ｋＶ架空线，其中Ｔ２￣Ｔ５变电站之间构成环网联络。图２１１０ｋＶ电网拓扑结构图Ｆｉｇ．２１１０ｋＶｇｒｉｄｔｏｐｏｌｏｇｙｄｉａｇｒａｍ统计示例电网中１１０ｋＶ变压器、线路设备的状态水平指标，包括设备的运行年限、健康水平、是否存在缺陷３个状态量，设备指标经评分后，可得到１２ｘ３的设备状态矩阵ｙ为Ｊ，＝年限应用凝聚聚类法根据聚类计算结果将设备状态水平指标数据聚合为４类，详细分类结果如表１所示。聚类方案在配电网拓扑图的划分结果如图３所示。表１１１０ｋＶ设备聚类结果Ｔａｂｌｅ１Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆ１１０ｋＶｅｑｕｉｐｍｅｎｔ相关方案距离计算方法聚类划分结果系数ＣＩ＝｛ＴＩ，Ｔ６，Ｌ６１数据间距离：Ｃ２＝｛Ｔ３，Ｔ４，Ｌ２，１ＥｕｃｌｉｄｅａｎＬ３，Ｌ４｝０．８９数据簇间距离：ＷａｒｄＣ３＝｛Ｔ５，Ｌ５）Ｃ４：＜Ｔ２，ＬＩ｝缺－＝＝－＿康＂卯∞建００Ｏ００（Ｏ０００ＯＯ鼯¨０００Ｏ０００Ｏ０００Ｏｋ．１６．电力系统保护与控制图３基于设备状态水平指标的聚类划分示意图Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｄｉｖｉｓｉｏｎｂａｓｅｄ０１１ｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓ３．２基于设备状态评分指标的１０ｋＶ电网改造分区聚类分析１０ｋＶ电网具有结构复杂、设备数量庞大等特点，以图４中Ｔ３变电站所联络的１０ｋＶ电网为例，截取典型的多分段适度联络网络拓扑结构如图５～图９所示，网络中包含ＤＴ１～ＤＴ５共５台配变、Ｌ１～Ｌ６共６条输电线路、ＣＢ１￣ＣＢ１３共１３台开关设备。算例以１１０ｋＶ变电站低压侧１０ｋＶ母线的供电图４１０ｋｖ电网拓扑结构图Ｆｉｇ．４１０ｋＶｇｒｉｄｔｏｐｏｌｏｇｙｄｉａｇｒａｍ区域为基本改造单元，统计区域内设备运行年限、健康水平等指标，分别求取各类设备指标评分加权平均值，作为基本改造单元的运行状态指标。以图４中Ｔ３变电站低压侧１０ｋＶ配电网改造单元Ｄ３的各类设备运行状态指标评分为例，如表２所示。同理，可得Ｔ１～Ｔ５变电站低压侧１０ｋＶ配电网改造单元Ｄ１～Ｄ５运行状态指标评分，如表３所示。表２Ｔ３变电站低压侧１０ｋＶ配网改造单元主设备指标Ｔａｂｌｅ２ＩｎｄｅｘｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｎｉｔｗｈｉｃｈｂｅｌｏｎｇｓｔｏＴ３ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ指标类型单台设备指标评分指标评分加权均值配电变压器运行年限指标ＤＴ１＝５／３０；ＤＴ２＝８／３０；ＤＴ３＝１３／３０￣ＤＴ４＝２１／３０：ＤＴ５＝７／３０：０＿３６配电变压器健康水平指标ＤＴ１＝Ｏ．２１；ＤＴ２＝０．４３；ＤＴ３＝０．６１；ＤＴ４＝０．７２；ＤＴ５＝０．２６：０４５ＣＢ１＝２／３０；ＣＢ２＝６／３０：ＣＢ３＝Ｉ２／３０；ＣＢ４＝９／３０；断路器运行年限指标ＯＩ３２…ＣＢ５＝１１／３０：是否为油断路器指标…ＣＢ１＝０：ＣＢ２＝０；ＣＢ３＝１：ＣＢ４＝０；ＣＢ５＝０￣０．２ｌ线路运行年限指标…Ｌ１＝２／３０；Ｌ２＝５／３０；Ｌ３＝１２／３０；Ｌ４＝６／３０；Ｌ５＝ｌ４／３０；０ｌ２８表３各１１０ｋＶ变电站低压侧１０ｋＶ配网改造单元主设备指标Ｔａｂｌｅ３ＩｎｄｅｘｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｎｉｔｗｈｉｃｈｂｅｌｏｎｇｓｔｏＴ１－Ｔ５ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ配电变压器配电变压器断路器油断路器线路运行项目运行年限健康水平运行年限占比年限・Ｄ１：Ｔ１变电站所带１０ｋＶ配网Ｏｌ２８Ｏ．２５０．２３０．Ｏ２０．２７Ｄ２：Ｔ２变电站所带１０ｋＶ配网Ｏ．８ＯＯ．７２０．６３０＿３３０．５７Ｄ３：Ｔ３变电站所带１０ｋＶ配网Ｏ．３６０．４５０＿３２Ｏ．１５０ｌ２８Ｄ４：Ｔ４变电站所带１０ｋＶ配网０．５５０．４８０．４６０．２３０．４９Ｄ５：Ｔ５变电站所带１０ｋＶ配网Ｏ．７２Ｏ．６３０，５４Ｏ．３２Ｏ．５５Ｄ６：Ｔ６变电站所带１０ｋＶ配网０－２４Ｏ．２１０．１９０．０１Ｏ．１８旭阳，等基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分研究．１７．根据表３，１０ｋＶ配电网Ｄ１～Ｄ５改造单元运行应用凝聚聚类法对设备联络状态数据进行聚类状态指标可表示为６￣５的矩阵ｚ：Ｄ１ＩＯ・２８Ｄ２ｌ０．８０ＩＤ３ｌ０．３６Ｄｄ１０．５５Ｄ５ｆ０．７２【Ｏ．２４０．２５Ｏ．２３Ｏ．Ｏ２０－２７Ｏ．７２０．６３０＿３３０．５７０．４５０．３２Ｏ．１５０－２８０．４８０．４６０－２３０．４９０．６３０．５４０－３２０．５５Ｏ．２ｌ０．１９０．０１０．１８应用凝聚聚类法对改造单元运行状态指标数据进行聚类划分，详细分类结果如表４所示。表４改造单元聚类结果相关方案距离计算方法聚类划分结果系数数据间距离：ＥｕｃｌｉｄｅａｎＣＩ￣｛ＤＩ，Ｄ６｝ｌＣ２｛Ｄ２，Ｄ５｝Ｏ．７ｌ数据簇间距离：ＷａｒｄＣ３＝｛Ｄ３，Ｄ４｝聚类方案的分类结果在配电网拓扑图中的划分如图５所示。一…ＩＯｋＶｆ￣ｊ图５基于改造单元状态指标聚类划分示意图Ｆｉｇ．５Ｓｃｈｅｍ￣ｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｄｉｖｉｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍ￣ｉｏｎｕｎｉｔｓｔａｔｕｓ３．３基于设备联络评分指标的电网改造分区聚类分析根据１１０ｋＶ电网拓扑结构图，结合设备联络评分指标，１１０ｋＶ电网中变压器和线路联络状态可表示为１２ｘ１２的矩阵：雏００ｌＯ０１ｌＯ０ＩＯ０１Ｏ０ＩＯ０ｌＯ０５０１００ｌ１１Ｏ０１Ｏ０１１Ｏ００（１ｌＯ０ｌＯ０５０５０ＩＯ０ｌＯ０ｌＯ０５０１Ｏ０ｌＯ０１Ｏ０ｌ１１Ｏ０ｌＯ００５０１Ｏ０ｌＯ０】Ｏ０１１ｌ５００ＩＯ０ＩＯ０ＩＯ０ＩＯ０ＩＯ０１０｛）ＩＯ００５０１Ｏ０１Ｏ０５０１Ｏ０Ｏ０ＩＯ０５００５０１Ｏ０５０ｌＯ００１｝１００１００５００５０１００１００Ｉ１００１００ＩＯ０５００５０５０１１Ｏ０５０５０ｌ００５００５０ｌ１１００１Ｏ０１００５０５００划分，详细分类结果如表５所示。表５基于设备联络指标的聚类结果Ｔａｂｌｅ５Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ相关方案距离计算方法聚类划分结果系数Ｃ１＝｛Ｔ１，Ｌ１｝数据间距离：Ｃ２＝｛Ｔ３，Ｉ＂４，Ｌ２，Ｌ３，１ＥｕｃｌｉｄｅａｎＬ４｝０．７ｌ数据簇间距离：ＷａｒｄＣ３＝｛Ｔ２，Ｔ５，Ｌ５｝Ｃ４＝｛Ｔ６，Ｌ６｝聚类方案分类结果在配电网拓扑图的划分结果如图６所示。图６基于设备联络指标的聚类划分结果示意图Ｆｉｇ．６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｄｉｖｉｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ４基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分若单一考虑配电网设备联络指标或运行状态指标进行改造分区聚类划分，其分区结果均存在一定缺陷。例如仅依据配电网联络指标的分区方案未考虑设备改造需求的紧急程度，可能导致某一分区设备改造需求较大，集中开展改造将会导致用户停电风险增加，电网安全运行水平降低；仅依据设备运行状态指标的分区方案无法兼顾设备间负荷转供关系，改造项目较为分散可能造成安排停电次数多、停电损失大等问题。因此设备改造分区方案应在考虑设备改造需求紧急程度的基础上，以设备拓扑联络关系为约束判据，综合各类影响因素，遵循不同分区内设备可同时改造，同一分区内设备有序改造的原则，以用户停电风险最小为目标，合理地划分设备改造分区。电力系统保护与控制将考虑１１０ｋＶ配电网设备联络指标的聚类分区划分结果作为约束判据，叠加于１１０ｋＶ和１０ｋＶ电网考虑设备运行状态水平的聚类分区划分结果之上，如图７所示。其中虚线分区为考虑配电网联络指标的聚类划分结果，实线分区为考虑设备运行状态指标的聚类划分结果。——基ｊ：ｌ０ｋＶ＿＿＿一基ｌ１０ｋＶ…基）１１０ｋＶ例络设备运行指标砹备运行指标拓扑结构指标图７聚类划分结果叠加示意图Ｆｉｇ．７Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄｄｉｖｉｓｉｏｎ对基于配电网联络结构与设备运行状态指标的分区聚类划分结果进行人工干预，综合考虑两类指标的影响因素，给出电网设备改造聚类分区建议方案。１）对于单联络变电站，线路改造一般与变电站改造配套进行。由于Ｔ１和Ｔ６变电站均为单线辐射状联络，线路改造过程中变电站会失去电力供应，且考虑到Ｔ１和Ｔ６变电站无网络联络关系，改造时互不影响，可以统一开展项目改造工作，将Ｔ１、Ｌｌ、Ｔ６、Ｌ６划入一个改造分区。２）考虑配电网拓扑联络关系，改造分区划分应始终以用户停电风险最小为目标。表１和表５中的两套分区方案均将Ｔ３、Ｔ４、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４聚合为一类，此种分区方式使得同一分区内设备总量较大，可能会导致出现设备同时改造影响供电可靠的问题。Ｔ３和Ｔ４变电站处于环网联络结构中，任意对其中某一变电站进行改造均不会影响环网中其他变电站的电力供应，但连接变电站Ｔ３的线路Ｌ２、Ｌ３若同时改造，则Ｔ３变电站将会失去电力供应，同理线路Ｌ３、Ｌ４也应避免同时改造。综合考虑设备运行状态指标，线路Ｌ２和Ｌ４的运行状态相对较差，而线路Ｌ３的运行状态相对较好，可考虑选择将Ｔ３、Ｔ４、Ｌ３划入一个改造分区，同时任意选择Ｌ２或Ｌ４纳入改造分区，则既可避免分区内设备总量过大同时改造影响供电可靠性，又可避免分区划分过于分散。本文选择将Ｔ３、Ｔ４、Ｌ２、Ｌ３划入同一改造分区，统一进行改造规划安排，按照设备改造需求的轻重缓急，合理安排线路Ｌ２、Ｌ３的改造时序。３）满足供电安全可靠性前提下，应结合设备改造需求对改造分区方案进行优化。对比表１和表５不同分区方案中相关系数，基于１１０ｋＶ设备状态水平指标分区方案的相关系数为Ｏ．８９，相比基于网络拓扑结构分区方案的０．７ｌ更接近于１，分区内设备相似度更高，方案划分更为合理。但结合网络连接拓扑关系，Ｔ２、Ｔ５变电站处于环网联络结构中，对其中任一变电站进行站内改造（不包括１１０ｋＶ侧母线改造）或对其所连接的１０ｋＶ电网进行改造均不会影响环网中其他变电站的电力供应，而对Ｔ２、Ｔ５变电站１１０ｋＶ侧母线进行改造时，Ｔｌ、Ｔ６变电站若无其他电源联络，必然会失去电力供应。结合设备改造需求紧急程度，同时避免改造分区过于分散，可选择将Ｔ２、Ｔ５、Ｌ４、Ｌ５划入统一改造分区，同时合理安排Ｔ２、Ｔ５变电站１１０ｋＶ侧母线改造时序。进行人工干预后的改造分区结果如图８和表６所示，最终改造分区划分结果与考虑配电网联络指标和设备运行状态指标聚类划分结果叠加示意图基本一致，验证了基于配电网拓扑结构聚类分区算法的有效性、合理性。图８同时考虑配电网联络指标和设备运行状态指标聚类划分结果示意图Ｆｉｇ．８Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｄｉｖｉｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｉｎｄｉｃａｔｏｒｓａｎｄｌｅｖｅｌｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓ表６同时考虑配电网联络指标和设备运行状态指标聚类划分结果Ｔａｂｌｅ６Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ方案指标选取聚类划分结果Ｃ１＝｛ＴＩ，ＬＩ，Ｔ６，Ｌ６｝１考虑综合指标Ｃ２＝｛Ｔ３，Ｔ４，Ｌ２，Ｌ３｝Ｃ３｛Ｔ２，Ｔ５，Ｌ４，Ｌ５）王旭阳，等基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分研究．１９．５结论本文基于凝聚聚类算法，依据配电网主要设备健康水平评分、运行年限评分和存在缺陷评分三类设备运行状态评分指标，对配电网设备进行聚类分析。在此基础上，提出用配电网拓扑结构联络关系作为约束判据，结合算例对设备改造项目进行聚类，给出了电网设备改造聚类分区划分建议方案。基于配电网拓扑结构聚类的设备改造分区划分方案合理，能够统筹设备改造各类影响因素，为改造项目时序安排提供有效依据。参考文献［１］崔和瑞，宋秀莉，葛曼倩．基于数据挖掘的ＦＮＮ短期电力负荷预测方法研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（２２）：５４－５７．ＣＵＩＨｅ．ｒｕｉ，ＳＯＮＧＸｉｕ－ｌｉ，ＧＥＭａｎ－ｑｉａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ—ＦＮＮｓｈｏｒｔｔｅｒｍｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏａｄｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｄａｔａｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（２２）：５４－５７．［２］贾慧敏，何光宇，方朝雄，等．用于负荷预测的层次聚类和双向夹逼结合的多层次聚类法［ＪＪ．电网技术，—２００７，３１（２３）：３３３６．———ＪＩＡＨｕｉｍｉｎ，ＨＥＧｕａｎｇｙｕ，ＦＡＮＧＣｈａｏｘｉｏｎｇ，ｅｔａ１．—Ｌｏａｄｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｂｙｍｕｌｔｉｈｉｅｒａｒｃｈｙｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｃｏｍｂｉｎｉｎｇｈｉｅｒａｒｃｈｙｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｗｉｔｈａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｔｗｏｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３１（２３）：３３．３６．［３］林济铿，罗萍萍，曹绍杰，等．基于数据挖掘技术的负荷曲线对故障反映相似性的研究［Ｊ］．电力系统自动化，２００５，２９（１）：２９－３３．—ＬＩＮＪｉ－ｋｅｎｇ，ＬＵＯＰｉｎｇｐｉｎｇ，ＣＡＯＳｈａｏ－ｊｉｅ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｏｆｌｏａｄｐｒｏｆｉｌｅｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｂａｓｅｄＯｉｌｄａｔａｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００５，２９（１）：２９３３．［４］刘兴伟。姚书怀．基于次聚类的语义Ｗｅｂ服务发现—算法【Ｊ］．计算机应用与软件，２００７，２４（７）：１７３１７８．———ＬＩＵＸｉｎｇｗｅｉ，ＹＡＯＳｈｕｈｕａｉ．ＡＤＨＣＳｂａｓｅｄｄｉｓｃｏｖｅｒｙｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｅｍａｎｔｉｃｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ，２００７，２４（７）：１７３１７８．［５］吴青，翟建设，赵旭赞．基于层次聚类的分层可扩展性编码算法的优化［Ｊ］．计算机应用与软件，２００７，２４（２）：４５．５２．ＷＵＱｉｎｇ，ＺＨＡＩＪｉａｎ－ｓｈｅ，ＺＨＡＯＸｕ－ｙｕｎ．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｌａｙｅｒｅｄｓｃａｌａｂｌｅｃｏｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｌａｙｅｒｃｌｕｓｔｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｔｉｗａｒｅ，２００７，２４（２）：４５－５２．［６］刘娜，高文胜，谈克雄．基于组合神经网络模型的电力变压器故障诊断方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１３，１８（２）：８２＿８６．——ＬＩＵＮａ，ＧＡＯＷｅｎｓｈｅｎｇ，ＴＡＮＫｅｘｉｏｎｇ．Ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｕｓｉｎｇａｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，１８（２）：８２－８６．［７］陈伟根，蔚超，凌云，等．油纸绝缘气隙放电特征信息提取及其过程划分【Ｊ］．电工技术学报，２０１１，２６（４）：７．１２．—ＣＨＥＮＷｅｉｇｅｎ，ＷＥＩＣｈａｏ，ＬＩＮＧＹｕｎ，ｅｔａ１．Ｆｅａｔｕｒｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆａｉｒ・ｇａｐｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｎＯｉｌ－ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓｐａｒｔｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｉＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２６（４）：７－１２．［８］李俭，孙才新，陈伟根，等．基于灰色聚类分析的充油电力变压器绝缘故障诊断的研究［Ｊ］．电工技术学报，２００２，ｌ７（４）：８０－８３．—ＬＩＪｉａｎ，ＳＵＮＣａｉ－ｘｉｎ，ＣＨＥＮＷｅｉｇｅｎ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙＯｉｌｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｏｆｏｉｌ－ｉｍｍｅｒｓｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｂａｓｅｄｏｎｇｒｅｙｃｌｕｓｔｅｒｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００２，１７（４）：８０８３．［９］郑晓雨，马进，贺仁睦，等．基于模型激励响应的负荷分类及泛化能力［Ｊ］．电工技术学报，２００９，２４（２）：１３２．１３８．ＺＨＥＮＧＸｉａｏ－ｙｕ，ＭＡ—］ｉｎ，ＨＥＲｅｎｍｕ，ｅｔａ１．Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏａｄｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｅｌｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，２４（２）：１３２－１３８．［１Ｏ］宋人杰，王晓东．输变电设备状态检修评估分析系统—的研究［Ｊ］．继电器，２００８，３６（９）：５４５７，６３．—ＳＯＮＧＲｅｎ－ｊｉｅ，ＷＡＮＧＸｉａｏｄｏｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｏｆｃｏｎｄｉｔｉｏｎ－ｂａｓｅｄ．２０．电力系统保护与控制［１１］［１２］ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｆｏｒｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ—ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００８，３６（９）：５４５７，６３．李新叶，李新芳．基于改进层次聚类的同家族变压器状态变化规律分析［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（１９）：１０４－１０８．—ＬＩＸｉｎ－ｙｅ，ＬＩＸｉｎｆａｎｇ．Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｒｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｔｈｅｓａｍｅｆａｍｉｌｙｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１９）：１０４１０８．胡蓬春，杨辉，王丽萍．１１０ｋＶ无人值班变电站综合自动化的改造现状及建议［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（４）：７９－８５．—ＨＵＰｅｎｇ・ｃｈｕｎ，ＹＡＮＧＨｕｉ，ＷＡＮＧＬｉｐｉｎｇ．Ａｃｔｕａｌｉｔｙａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎ１１０ｋＶｕｎａｔｔｅｎｄｅｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（４）：７９－８５．［１３］张永伍，谢颂果，任毅，等．旧变电站断路器失灵保护改造探讨［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（１）：１３２－１３８．—ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｗｕ，ＸＩＥＳｏｎｇ－ｇｕｏ，ＲＥＮＹｉ，ｅｔａ１．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｂｒｅａｋｅｒｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｏｌｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１）：１３２－１３８．收稿日期；２０１３－０８－２２；修回日期：２０１４－０１－２３作者简介：王旭阳（１９８７－），男，工学硕士，工程师，主要从事配电网规划、分布式电源等领域的研究；Ｅ．ｍａｉｌ：ｗａｎｇ１７２３４６３０９＠１６３．ｃｏｒｎ李红军（１９７卜），男，工学博士，高级工程师，主要从事从事配电网规划、电力信息化等领域的研究；宋毅（１９７７一），男，工学博士，高级工程师，主要从事配电网规划、电力技术经济等领域的研究。