CN104298872A - 一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略 - Google Patents
一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104298872A CN104298872A CN201410530796.1A CN201410530796A CN104298872A CN 104298872 A CN104298872 A CN 104298872A CN 201410530796 A CN201410530796 A CN 201410530796A CN 104298872 A CN104298872 A CN 104298872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power grid
- weak
- network
- stability analysis
- grid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 16
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000013486 operation strategy Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 2
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略，其包括根据电网拓扑建模计算强切除后电网的相对网络效率以及计算弱切除后电网的相对网络效率，比较弱切除后电网的相对效率与强切除后电网的相对效率，比较针对多个目标节点的弱切除策略是否能够达到或超越针对单个目标节点的强切除策略，确定网络拓扑结构的定量参数，实现在事故处理过程中对事故处理步骤提供弱切除策略，其不仅为电网稳定性分析算法的专家知识库增加一条规则，而且能够针对电网事故操作可能出现的各种情况得出参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向电网稳定性分析的弱切除策略。
背景技术
电力网络是典型的复杂网络，沙堆模型相关理论以及自组织临界理论已经被广泛引入到电网安全性分析中。在此基础上，基于电网的网络拓扑结构本身固有脆弱性的研究，将从电网的网络拓扑结构类型分析入手，寻找网络拓扑本身特性诱发大规模连锁故障的机理，为电力系统脆弱性评估提供规则依据。
电力系统复杂性研究的一项重要内容就是要研究特征参数存在的规律，即存在的复杂性，以及特征参数的变化对大停电和连锁故障演化的影响，从而揭示电网的结构属性与连锁故障演化的关系，即揭示存在的复杂性与演化复杂性的关系。实际上，一些研究人员已经开始了这方面的研究。通过分析电力网络自身的拓扑结构来研究连锁故障的传播机理和电力网络本身所固有的脆弱性，进而提出有针对性的预防和改善措施。拓扑结构是电力网络内在、本质的特性，一旦确定下来，必然对其性能产生重要影响。
在对网络拓扑结构分析的过程中，Watts等人于1998年提出的小世界网络模型引起了研究者的关注。研究发现，小世界网络广泛存在于生物学领域中的神经系统，基因网络以及社会领域中的科学协作网络和人际关系网。从网络动力学的角度看，各种网络行为可以在在具有小世界网络特性的电力网络上迅速传播，当一个节点发生故障时，由于小世界网络特性的存在，故障不仅仅影响该节点相邻的节点，而且能够影响到其他非邻近的节点，从而引起连锁反应，并最终导致整个电网发生大规模的连锁故障。
小世界网络是一种介于规则网络与随机网络之间的网络模型，其同时具备大的聚类系数和小的平均距离,长程连接是小世界网络中对信息传播路径和传播效率影响最大的因素。小世界网络的几何性质为:
式中：
是指与小世界网络具有相同节点数和相同平均度数的随即网络的聚类系数；是指与小世界网络具有相同节点数和相同平均度数的随即网络的特征路径长度，n是网络的节点数；k是每个节点的平均度数。
基于小世界拓扑模型的大型电网脆弱性评估综合算法得出结论：与受攻击节点类型有关，度数和介数较高的联络节点在保证电网连通性的同时，对故障的传播起着推波助澜的作用，电网故障的规模通常会因为这些节点的故障而迅速扩大，并最终引起网络的崩溃。一旦小世界电网中的那些关键环节受到破坏,常规的措施无法有效阻止故障的蔓延。小世界电网特殊的拓扑结构是造成其脆弱性的根本原因:小世界电网节点的非均质特性比较强,存在很少一部分长程连接,它们的存在提高了输电效率,并导致部分与长程连接相关的节点承担远远高于其他节点的输电负荷。同时,由长程连接形成的这些关键节点也是小世界电网中的脆弱环节,因此它们被切除后,电网内部输电路径发生巨大变化,并造成故障在小世界电网中迅速蔓延。
上述对于电网网络拓扑结构本身的研究只是得出2个结论：1、度数较高的联络节点在保证电网连通性的同时，对故障的传播起着推波助澜的作用；2、小世界电网节点的非均质特性造成了关键节点成为小世界电网中的脆弱环节。这两个结论从电网拓扑本身特性的角度定性地说明了高度数联络节点的重要性与电网节点非均质特性的危害，没有从人为调度操作的角度定量地说明实际电网运行中操作方法对于网络拓扑结构造成的影响，缺乏对“人”的因素之于电网安全的智能化研究。
发明内容
本项目旨在研究从电网网络拓扑结构的角度分析实际电网故障处理过程中操作策略对网络连通性造成的影响，进而在事故处理过程中对事故处理步骤提供经验证的指导策略，对电网事故处理中人为操作的部分进行智能化干预，将人为操作层面上的电网不安全因素影响尽量降低。在电网拓扑结合潮流的电网稳定性分析理论发展的同时，考虑“物”之外的“人”的影响因素，为电网运行中人为操作部分进行经验证的智能化理论控制支持，为电网稳定性分析算法的专家知识库增加一条规则，使得“经验型”调度上升为“智能化”调度。
为达到上述目的,本发明一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略，包括如下步骤：
步骤一：根据电网进行电网网络拓扑建模；
步骤二：计算单个目标节点的强切除后的相对网络效率；
步骤三：根据建立的电网网络拓扑，设定N表示电网网络拓扑中的节点个数；
步骤四：令N=2；
步骤五：计算删除目标节点的半数边、对目标节点的弱化、分布式删除边和分布式弱化边这四种弱切除策略的网络效率和相对网络效率；
步骤六：将所述四种弱切除策略的相对网络效率分别与步骤二中所述单个目标节点的强切除后的相对网络效率比较；
步骤七：如果所述四种弱切除策略的相对网络效率大于所述单个目标节点的强切除后的相对网络效率，则输出所述电网网络拓扑的定量参数N;反之，则令N=N+1,返回步骤五。
该面向电网稳定性分析算法的弱切除策略还包括所述建立的电网网络拓扑为加权拓扑模型以及步骤五中的所述四种弱切除策略的加权电网网络拓扑的平均距离计算公式为：
以及相对网络效率计算公式为：
其中，为加权电网的平均距离，表示最短路径经过的边数，N表示电网网络拓扑中的节点个数；为网络的初始效率值，其等于初始状态下所有输电路径长度的倒数和，为遭受攻击后网络效率值，其等于遭受攻击后所有输电路径长度的倒数和。
附图说明
图1示出了本发明弱切除策略规则验证与参数实验流程图;
图2示出了本发明电网网络拓扑结构事故处理切除策。
具体实施方式
图1为本发明的一实施例的电路原理图，其包括如下步骤：
步骤一：根据电网进行电网网络拓扑建模；
步骤二：计算单个目标节点的强切除后的相对网络效率；
步骤三：根据建立的电网网络拓扑，设定N表示电网网络拓扑中的节点个数；
步骤四：令N=2；
步骤五：计算删除目标节点的半数边、对目标节点的弱化、分布式删除边和分布式弱化边这四种弱切除策略的网络效率和相对网络效率；
步骤六：将所述四种弱切除策略的相对网络效率分别与步骤二中所述单个目标节点的强切除后的相对网络效率比较；
步骤七：如果所述四种弱切除策略的相对网络效率大于所述单个目标节点的强切除后的相对网络效率，则输出所述电网网络拓扑的定量参数N;反之，则令N=N+1,返回步骤五。
应用复杂网络的成果研究电网特性,首先要将电网简化为拓扑模型。简化原则可以简单描述为:节点(也称为顶点)就是发电机、联络变电站和边界变电站，边就是线路，对于电网的无权拓扑模型，各调边的权值相同，都为1,在电网的加权拓扑模型中，边的权值就是电网中线路的阻抗。将电力网络抽象为由n个节点, k条边组成的有权网络,包括n×n连接权矩阵 和n×1权重矩阵 。依据各节点在电网中的实际作用以及它们在拓扑结构中的位置,将节点分为电源节点、联络节点和终端节点，电能沿权值之和最小的输电路径从各电源节点输送到其他节点，并定义通过各节点的最短输电路径的条数，即节点的介数为其结构符合，简称负荷。
现实调度运行中当电网出现震荡，系统即将进入临界状态，调度员为了平衡发电机与负荷，通常采用的手法有切负荷与减负荷，以稳定整个系统、消除震荡，避免系统崩溃。不论切负荷或者减负荷，都面临着如下的“强切除”和“弱切除”问题。
针对调度运行中切负荷与减负荷操作作用于电网网络拓扑结构的实际情况，可以用如图2的五种策略概括。图2(A)表示对单个站的强切除，也就是对单个目标站的强攻击，即删除该站以及该站的所有连接线路, 图2 (B-E)是针对2 (A)单个站的强切除的四种弱化策略。图中对线路采用叉型标记就对应实际调度运行中的“切负荷”，即断开该线路；对线路作虚线化处理图就对应实际调度运行中的“降负荷”。2(B)和2 (C)表示对站的弱切除策略，其中图2 (B)表示删除目标站的半数线路，这里进行删除的半数线路是随机选择的;图2 (C)表示对目标站进行减弱，即将目标站的所有线路进行减弱。图2 (D)和2 (E)表示对线路的弱切除策略，其中2(D)表示分布式删除线路，即删除单个目标线路; 2 (E)表示分布式减弱线路，即减弱单个目标线路。在这里，减弱是针对线路（边）的弱切除策略，对应实际调度运行中的“降负荷”操作，即通过甩更低电压等级的负荷等方法来降低线路上的有功，这样相当于增大网络拓扑图中边的权值。前两种策略是针对节点的弱切除，后两种策略是针对边的弱切除。
这对加权电网拓扑结构，按照最短路径经过的边数计算加权电网中输电路径的长度，各输电路径长度的均值为加权电网的平均距离，则即可保证电能沿电抗值之和最小的路径输送，又使加权前后电网的平均距离具备可比性，用公式表示为
式中，为加权电网的平均距离，表示最短路径经过的边数，N表示电网网络拓扑中的节点个数；
在研究四种弱切除策略对网络效率的影响的过程中，以网络效率(Network Efficiency，NE)来描述攻击对整个网络造成的伤害，相对网络效率可表示为
其中，为网络的初始效率值，其等于初始状态下所有输电路径长度的倒数和，为遭受攻击后网络效率值，其等于遭受攻击后所有输电路径长度的倒数和，则为遭受攻击后的相对网络效率值。
由上述公式可知，增大网络拓扑图中边的权值，网络的传输效率就会被减小。对目标边的弱化，降低了目标边的传输效率，从而降低整个网络的传输效率。
在建模完成的电网网络拓扑模型上，应用计算机模拟研究了四种弱切除策略对网络效率的影响。将多个目标节点的四种弱切除策略分别与单个目标节点强切除策略进行基于网络连通性的效果比较(N1、N2、N3、N4通过实验获得)：删除N1个目标节点的半数边的弱切除能够超过单个目标节点的强切除的效果；对N2个目标节点的弱化在所有的切除次数下造成的网络伤害，能够超过了单个节点的强切除；N3次分布式删除边能够达到了删除单个节点的强切除的效果；N4次分布式弱化边能够达到删除单个节点的强切除的效果。通过实验确定是否四种针对多个目标节点的弱切除策略能够达到或超越针对单个目标节点的强切除策略，如果能够，那么N1、N2、N3、N4的确定将成为针对实验网络拓扑结构的定量参数。那么，得出的规则和参数就能够成为智能调度专家决策支持系统规则库中的规则和参量，作为整个电网稳定性分析算法中基于拓扑与操作策略的规则。
本发明研究从电网网络拓扑结构的角度分析实际电网故障处理过程中操作策略对网络连通性造成的影响，进而在事故处理过程中对事故处理步骤提供经验证的弱切除导策略，一来为电网稳定性分析算法的专家知识库增加一条规则；二来针对电网事故操作可能出现的各种情况实验得出参数N，该参数已经训练成熟，能够作为该电网拓扑的稳定性分析参数投入使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略，包括如下步骤：
步骤一：根据电网进行电网网络拓扑建模；
步骤二：计算单个目标节点的强切除后的相对网络效率；
步骤三：根据建立的电网网络拓扑，设定N表示电网网络拓扑中的节点个数；
步骤四：令N=2；
步骤五：计算删除目标节点的半数边、对目标节点的弱化、分布式删除边和分布式弱化边这四种弱切除策略的平均距离和相对网络效率；
步骤六：将所述四种弱切除策略的相对网络效率分别与步骤二中所述单个目标节点的强切除后的相对网络效率比较；
步骤七：如果所述四种弱切除策略的相对网络效率大于所述单个目标节点的强切除后的相对网络效率，则输出所述电网网络拓扑的定量参数N;反之，则令N=N+1,返回步骤五。
2.根据权利要求1所述的面向电网稳定性分析算法的弱切除策略，其特征在于，所述建立的电网网络拓扑为加权拓扑模型。
3.根据权利要求2所述的面向电网稳定性分析算法的弱切除策略，其特征在于，步骤五中的所述四种弱切除策略的加权电网网络拓扑的平均距离计算公式为：
以及相对网络效率计算公式为：
其中，为加权电网的平均距离，表示最短路径经过的边数，N表示电网网络拓扑中的节点个数；为网络的初始效率值，其等于初始状态下所有输电路径长度的倒数和，为遭受攻击后网络效率值，其等于遭受攻击后所有输电路径长度的倒数和。
4.根据权利要求2所述的面向电网稳定性分析算法的弱切除策略，其特征在于，步骤一的建模原则为发电机、联络变电站和边界变电站是节点，线路是边，电网中线路的阻抗是边的权值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410530796.1A CN104298872A (zh) | 2014-10-11 | 2014-10-11 | 一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410530796.1A CN104298872A (zh) | 2014-10-11 | 2014-10-11 | 一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104298872A true CN104298872A (zh) | 2015-01-21 |
Family
ID=52318595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410530796.1A Pending CN104298872A (zh) | 2014-10-11 | 2014-10-11 | 一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104298872A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105117849A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-02 | 湖南大学 | 基于电气LeaderRank算法的电网节点重要度评估方法 |
| CN110705879A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-17 | 国网山东省电力公司滨州供电公司 | 一种高比例可再生能源接入下的电网脆弱性评估方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101013812A (zh) * | 2007-02-07 | 2007-08-08 | 浙江大学 | 一种考虑高风险连锁故障路径的pmu配置方法 |
| CN103151774A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-06-12 | 武汉大学 | 一种小世界电网连锁故障抑制方法 |
-
2014
- 2014-10-11 CN CN201410530796.1A patent/CN104298872A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101013812A (zh) * | 2007-02-07 | 2007-08-08 | 浙江大学 | 一种考虑高风险连锁故障路径的pmu配置方法 |
| CN103151774A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-06-12 | 武汉大学 | 一种小世界电网连锁故障抑制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 谭谨: "复杂网络上的一般性打击策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科技辑》 * |
| 陈修涛: "基于复杂网络理论的电网连锁故障分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105117849A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-02 | 湖南大学 | 基于电气LeaderRank算法的电网节点重要度评估方法 |
| CN105117849B (zh) * | 2015-08-28 | 2018-08-21 | 湖南大学 | 基于电气LeaderRank算法的电网节点重要度评估方法 |
| CN110705879A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-17 | 国网山东省电力公司滨州供电公司 | 一种高比例可再生能源接入下的电网脆弱性评估方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109936133B (zh) | 考虑信息物理联合攻击的电力系统脆弱性分析方法 | |
| Wang et al. | The node degree distribution in power grid and its topology robustness under random and selective node removals | |
| CN107682195A (zh) | 基于复杂网络与大数据结合的通信网络鲁棒性评估方法 | |
| Gallos et al. | Simple and efficient self-healing strategy for damaged complex networks | |
| Wang et al. | Cascading risk assessment in power-communication interdependent networks | |
| CN108540204A (zh) | 用于卫星网络拓扑生成的快速收敛蚁群算法 | |
| CN104466959A (zh) | 电力系统关键线路辨识方法和系统 | |
| CN106067074B (zh) | 一种通过优化链路的开关状态来提升电网系统鲁棒性的方法 | |
| CN106056466B (zh) | 基于FP-growth算法的大电网关键线路识别方法 | |
| CN110350522A (zh) | 一种基于加权h指数的电力系统脆弱线路辨识方法 | |
| Chen et al. | Cyber-physical power system vulnerability analysis based on complex network theory | |
| CN104298872A (zh) | 一种面向电网稳定性分析算法的弱切除策略 | |
| CN108510162B (zh) | 一种有源配电网安全效能评估方法 | |
| Dong et al. | Constructing core backbone network based on survivability of power grid | |
| CN113917908A (zh) | 一种负载转移影响效应的智能电网脆弱性分析方法及装置 | |
| CN105072660A (zh) | 一种面向消防的无线传感器执行器网络的路由方法 | |
| CN104680263B (zh) | 基于粒子群算法的电力运输网络拓扑结构设计方法 | |
| CN110768260B (zh) | 一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法 | |
| CN107437799A (zh) | 一种确定电网骨干网架线路的评估方法 | |
| CN106961350B (zh) | 一种智能电网级联故障的仿真控制方法 | |
| Zhang | Model design of wireless sensor network based on scale-free network theory | |
| Guan et al. | Power grids vulnerability analysis based on combination of degree and betweenness | |
| CN112434437A (zh) | 考虑节点重组的装备保障超网络动态演化模型构建方法 | |
| CN115513944B (zh) | 一种基于不平衡耦合链路移除策略的电网鲁棒性提升方法 | |
| CN111818043B (zh) | 基于密母算法的双网耦合拓扑结构设计方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150121 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |