CN105574614A - 基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统及方法，该系统包括EMS信息获取模块、线路拓扑重要度计算模块、线路关联系数计算模块、经济损失计算模块、隐性故障率计算模块、线路综合脆弱度计算模块和脆弱线路筛选模块；该方法为获取电力系统中各线路的潮流信息和历史信息，根据线路的潮流信息和历史信息得到各线路的拓扑重要度指标、关联系数指标、隐性故障率指标、以及断开线路所造成的经济损失指标，建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、关联系数指标、经济损失指标和隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标，通过设定临界脆弱度指标，得到电力系统中的脆弱线路。

Description

基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统稳态分析的技术领域，具体涉及基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统及方法。

背景技术

近年来，电力系统大停电事故在世界范围内的频繁发生，造成了严重的社会影响和巨大的经济损失，引起了人们对电网连锁故障传播机理和电力系统脆弱性的关注。大停电事故初期往往是少量元件相继故障，在事故扩大阶段则与电力系统中的脆弱环节有密切的联系。因此，从预防大停电事故的角度出发，辨识电力系统中的脆弱线路对加强该区域的拓扑稳定性、提高电力系统的可靠性、降低大规模停电事故的发生概率具有重要的指导作用。

针对线路的脆弱度评估，国内外也开展了一系列的研究工作，但是现有的技术中，却通常只是对单一指标进行研究计算，所以容易导致线路脆弱度的误判。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统及方法。

基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统，包括EMS信息获取模块、线路拓扑重要度计算模块、线路关联系数计算模块、经济损失计算模块、隐性故障率计算模块、线路综合脆弱度计算模块和脆弱线路筛选模块；

所述EMS信息获取模块，用于通过与EMS系统通信，获取电力系统中各线路的潮流信息及历史信息；所述线路的潮流信息包括：正常运行时线路的视在功率和电力系统发生故障时线路的视在功率；所述线路的历史信息包括：线路的失效时间、线路的抢修次数、线路的总检修次数、线路从误动到恢复的时间、线路从拒动到恢复的时间。

所述线路拓扑重要度计算模块，用于根据电力系统中线路的潮流信息、线路的历史信息、线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到各线路的拓扑重要度指标；

所述线路关联系数计算模块，用于根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标；

所述经济损失计算模块，用于根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标；

所述隐性故障率计算模块，用于根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标；

所述线路综合脆弱度计算模块，用于建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、线路的关联系数指标、线路的经济损失指标和线路的隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标；

所述脆弱线路筛选模块，用于根据各线路的综合脆弱度指标计算得到线路的临界脆弱度指标，将电力系统中综合脆弱度指标大于线路的临界脆弱度指标的线路作为重点监控的线路，即得到电力系统中的脆弱线路。

所述线路拓扑重要度计算模块包括：线路状态监控单元、设备检修记录单元、可靠性权重生成单元和线路拓扑重要度计算单元；

所述线路状态监控单元，用于根据电力系统中线路的潮流信息判断线路是否失效，即是否短路或断路，并记录线路的失效时间；

所述设备检修记录单元，用于根据电力系统中线路的历史信息得到线路的抢修次数和线路的总检修次数并记录；

所述可靠性权重生成单元，用于根据线路的失效时间计算线路的失效概率，根据线路的抢修次数和线路的总检修次数计算得到线路的故障严重率，根据线路的失效概率和线路的故障严重率计算出各线路的可靠性权重；

所述线路拓扑重要度计算单元，用于根据线路的可靠性权重计算得到线路两个端点的带权重度数，根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标。

所述隐性故障率计算模块包括硬件故障率计算单元、潮流隐性故障率计算单元和隐性故障率计算单元；

所述硬件故障率计算单元，用于根据线路从误动到恢复的时间和线路从拒动到恢复的时间计算得到该线路由硬件故障引起的继电保护失效概率；

所述潮流隐性故障率计算单元，用于根据电力系统中断开某一线路所造成的潮流信息的变化计算该线路断开后的潮流隐性故障率；

所述隐性故障率计算单元，用于根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标。

采用基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统进行线路脆弱度评估的方法，包括以下步骤：

步骤1：通过与EMS系统通信，获取电力系统中各线路的潮流信息及历史信息；

步骤2：根据电力系统中线路的潮流信息、线路的历史信息、线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到各线路的拓扑重要度指标；

步骤2.1：根据电力系统中线路的潮流信息判断线路是否失效，即是否短路或断路，并记录线路的失效时间；

步骤2.2：根据电力系统中线路的历史信息得到线路的抢修次数和线路的总检修次数并记录；

步骤2.3：根据线路的失效时间计算线路的失效概率；

步骤2.4：根据线路的抢修次数和线路的总检修次数计算得到线路的故障严重率；

步骤2.5：根据线路的失效概率和线路的故障严重率计算出各线路的可靠性权重；

步骤2.6：根据线路的可靠性权重计算得到线路两个端点的带权重度数；

步骤2.7：根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标。

所述根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标的具体方法为：

所述线路i的拓扑重要度指标B_i的计算公式为：其中，p和q为线路i的两个端点，L_p为与节点p相连的线路的集合，L_q为与节点q相连的线路的集合，r_l为线路l的可靠性权重，r_o为线路o的可靠性权重，n_it为线路i被网络中所有发电机与负荷之间最短路径经过的次数，α为线路两个端点带权重度数的权重，β为线路介数的权重。

步骤3：根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路本身的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标；

所述根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路本身的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标的具体方法为：

所述线路i的关联系数指标γ_i的计算公式为：

${\mathrm{\γ}}_i=\frac{1}{{(n-1)}^2}\left|\frac{S_{ibe}}{S_{to}}\right|\left(\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Σ}}\right|\frac{S_{ika}-S_{ikb}}{S_{ikb}}|+\underset{k=i+1}{\overset{n}{\Σ}}|\frac{S_{ika}-S_{ikb}}{S_{ikb}}\left|\right)\left(\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Σ}}\right|\frac{S_{ika}}{S_{k\max }}|+\underset{k=i+1}{\overset{n}{\Σ}}|\frac{S_{ika}}{S_{k\max }}\left|\right),$ 其中，为线路i的视在功率比重，S_ibe为线路i断开前线路i的视在功率，S_to为电力系统中所有线路总的视在功率，n为该电力系统中线路的总数目，k∈n，且k≠i，为线路i断开后线路k的过负荷裕度，S_ikb是线路i断开前线路k的视在功率，S_ika是线路i断开后线路k的视在功率，S_kmax为线路k可承受的极限视在功率。

步骤4：根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标；

所述根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标的具体方法为：

所述断开线路i所造成的经济损失指标W_i的计算公式为：W_i＝ω₁P_1ie+ω₂P_2ie+ω₃P_3ie，其中，ω₁为断开某一线路所造成的一级负荷的经济损失权重，ω₂为断开某一线路所造成的二级负荷的经济损失权重，ω₃为断开某一线路所造成的三级负荷的经济损失权重，P_1ie为断开线路i所造成的一级负荷的有功功率损失的标幺值，P_2ie为断开线路i所造成的二级负荷的有功功率损失的标幺值，P_3ie为断开线路i所造成的三级负荷的有功功率损失的标幺值。

步骤5：根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标；

步骤5.1：根据线路从误动到恢复的时间和线路从拒动到恢复的时间计算得到该线路由硬件故障引起的继电保护失效概率；

所述线路i由硬件故障引起的继电保护失效概率P_i1的计算公式为：其中，t_i1为线路i从误动到恢复的时间，t_i2为线路i从拒动到恢复的时间，t为预测的时间；

步骤5.2：根据电力系统中断开某一线路所造成的潮流信息的变化计算该线路断开后的潮流隐性故障率；

所述线路i断开后的潮流隐性故障率P_i2的计算公式为：其中，S_iha为与线路i相连的线路h在线路i断开后的视在功率，S_ihb为与线路i相连的线路h在线路i断开前的视在功率，n_ih为该电力系统中与线路i连接的线路数目，S_hmax为与线路i相连的线路h的极限视在功率，G_i为与线路i相连的线路的集合；

步骤5.3：将线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率的乘积作为线路的隐性故障率指标，得到各线路的隐性故障率指标。

步骤6：建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、线路的关联系数指标、线路的经济损失指标和线路的隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标；

所述建立的线路i的综合脆弱度指标函数V_i的计算公式为：其中，为规范化后的线路i的拓扑重要度指标，为规范化后的线路i的关联系数指标，为规范化后的线路i的经济损失指标，为规范化后的线路i的隐性故障率指标，e为自然底数，γ_i为线路i的关联系数指标，B_i为线路i的拓扑重要度指标，W_i为断开线路i所造成的经济损失指标，P_i为线路i的隐性故障率指标，maxB为电力系统各条线路中最大的拓扑重要度指标，minB为电力系统各条线路中最小的拓扑重要度指标，maxγ为电力系统各条线路中最大的关联系数指标，maxγ为电力系统各条线路中最小的关联系数指标，maxW为电力系统中某条线路断开后造成最大的经济损失指标，minW为电力系统中某条线路断开后造成最小的经济损失指标，maxP为电力系统各条线路中最大的隐性故障率指标，minP为指标系统各条线路中最小的隐性故障率指标，n为该电力系统中线路的总数目；

步骤7：根据各线路的综合脆弱度指标计算得到线路的临界脆弱度指标，将电力系统中综合脆弱度指标大于线路的临界脆弱度指标的线路作为重点监控的线路，即得到电力系统中的脆弱线路；

所述线路的临界脆弱度指标V′的计算公式为V′＝μV_max，其中，μ为灵敏度系数，V_max为电力系统最大的综合脆弱度指标。

本发明的有益效果是：

本发明通过综合考虑电力系统的拓扑结构和线路自身的状态以及经济因素，提出基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统及方法，解决了现有的脆弱线路辨识方法不能准确和全面的解决考虑脆弱线路的因素、综合评估线路脆弱度的问题；通过综合考虑线路的可靠性和拓扑结构，使线路的参数计算更为准确；通过综合考虑拒动和误动时间以及线路引起的潮流变化，使线路的隐形故障率更为准确；按1级负荷、2级负荷、3级负荷的损失的计算经济损失，保证了计算的合理性和准确性；计算简便，原理清晰，兼顾了计算的速度以及脆弱性的评估精度，为线路的脆弱度准确评估提供了可能，依据评估结果，进而可以采取及时的稳定控制措施，这为提高系统的安全稳定运行能力提供了很大帮助。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中IEEE9节点系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法的流程图；

图4为本发明具体实施方式中计算线路的拓扑重要度指标的流程图；

图5为本发明具体实施方式中根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

本实施方式中，以IEEE9节点系统为例，如图1所示，通过与EMS系统通信，获取IEEE9节点系统中9条线路在过去1年的时间内，各线路的失效时间、各线路的抢修次数、各线路的总检修次数、各线路从误动到恢复的平均时间、各线路从拒动到恢复的平均时间、正常运行时各条线路的视在功率和电力系统发生故障时线路的视在功率。

IEEE9节点系统在中各线路编号如表1所示：

表1IEEE9节点系统在中各线路编号

母线始末	1-4	4-5	5-6	3-6	6-7	7-8	8-2	8-9	9-4
										线路编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9

基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统，如图2所示，包括EMS信息获取模块、线路拓扑重要度计算模块、线路关联系数计算模块、经济损失计算模块、隐性故障率计算模块、线路综合脆弱度计算模块和脆弱线路筛选模块。

EMS信息获取模块，用于通过与EMS系统通信，获取电力系统中各线路的潮流信息及历史信息。线路的潮流信息包括：正常运行时线路的视在功率和电力系统发生故障时线路的视在功率；线路的历史信息包括：线路的失效时间、线路的抢修次数、线路的总检修次数、线路从误动到恢复的时间、线路从拒动到恢复的时间。

线路拓扑重要度计算模块，用于根据电力系统中线路的潮流信息、线路的历史信息、线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到各线路的拓扑重要度指标。

线路拓扑重要度计算模块包括：线路状态监控单元、设备检修记录单元、可靠性权重生成单元和线路拓扑重要度计算单元。

线路状态监控单元，用于根据电力系统中线路的潮流信息判断线路是否失效，即是否短路或断路，并记录线路的失效时间。

设备检修记录单元，用于根据电力系统中线路的历史信息得到线路的抢修次数和线路的总检修次数并记录。

可靠性权重生成单元，用于根据线路的失效时间计算线路的失效概率，根据线路的抢修次数和线路的总检修次数计算得到线路的故障严重率，根据线路的失效概率和线路的故障严重率计算出各线路的可靠性权重。

线路拓扑重要度计算单元，用于根据线路的可靠性权重计算得到线路两个端点的带权重度数，根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标。

所述线路关联系数计算模块，用于根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标。

经济损失计算模块，用于根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标；

隐性故障率计算模块，用于根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标。

隐性故障率计算模块包括硬件故障率计算单元、潮流隐性故障率计算单元和隐性故障率计算单元。

硬件故障率计算单元，用于根据线路从误动到恢复的时间和线路从拒动到恢复的时间计算得到该线路由硬件故障引起的继电保护失效概率。

潮流隐性故障率计算单元，用于根据电力系统中断开某一线路所造成的潮流信息的变化计算该线路断开后的潮流隐性故障率。

隐性故障率计算单元，用于根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标。

线路综合脆弱度计算模块，用于建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、线路的关联系数指标、线路的经济损失指标和线路的隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标。

脆弱线路筛选模块，用于根据各线路的综合脆弱度指标计算得到线路的临界脆弱度指标，将电力系统中综合脆弱度指标大于线路的临界脆弱度指标的线路作为重点监控的线路，即得到电力系统中的脆弱线路。

采用基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统进行线路脆弱度评估的方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：通过与EMS系统通信，获取电力系统中各线路的潮流信息及历史信息。

本实施方式中，通过与EMS系统通信，获取IEEE9节点系统中9条线路在过去1年的时间内，各线路的历史信息：各线路的失效时间、各线路的抢修次数、各线路的总检修次数、各线路从误动到恢复的平均时间、各线路从拒动到恢复的平均时间；各线路的潮流信息：正常运行时各条线路的视在功率和电力系统发生故障时线路的视在功率。

步骤2：根据电力系统中线路的潮流信息、线路的历史信息、线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到各线路的拓扑重要度指标，如图4所示。

步骤2.1：根据电力系统中线路的潮流信息判断线路是否失效，即是否短路或断路，并记录线路的失效时间。

本实施方式中，过去一年的时间内，IEEE9节点系统的9条线路中，线路i的失效时间记录为t_ie小时。

步骤2.2：根据电力系统中线路的历史信息得到线路的抢修次数和线路的总检修次数并记录。

本实施方式中，过去一年内，线路i的抢修次数记录为n_i，线路i的总检修次数记录为n_ito。

步骤2.3：根据线路的失效时间计算线路的失效概率。

本实施方式中，在过去一年时间内线路i的失效概率η_ie的计算公式如式(1)所示：

${\mathrm{\η}}_{ie}=\frac{t_{ie}}{8760}---\left(1\right)$

以IEEE9节点系统的9条线路中的线路8为例，线路8在过去一年的时间内，失效时间为120小时，则计算线路8的失效概率η_8e如式(2)所示：

${\mathrm{\η}}_{8e}=\frac{t_{8e}}{8760}=\frac{120}{8760}=0.0137---\left(2\right)$

其中，t_8e＝120为线路8的失效时间。

步骤2.4：根据线路的抢修次数和线路的总检修次数计算得到线路的故障严重率。

本实施方式中，线路i的故障严重率η_iq的计算公式如式(3)所示：

${\mathrm{\η}}_{iq}=\frac{n_i}{n_{ito}}---\left(3\right)$

以IEEE9节点系统的9条线路中的线路8为例，线路8的故障严重率η_8q如式(4)所示：

${\mathrm{\η}}_{8q}=\frac{n_8}{n_{8to}}=\frac{1}{20}=0.05---\left(4\right)$

其中，n₈为线路8的抢修次数为1，n_8to为线路8的总检修次数记为20。

步骤2.5：根据线路的失效概率和线路的故障严重率计算出各线路的可靠性权重。

本实施方式中，线路i的可靠性权重r_i如式(5)所示：

$r_i=\frac{{\mathrm{\η}}_{ie}+{\mathrm{\η}}_{iq}}{2}---\left(5\right)$

以IEEE9节点系统的9条线路中的线路8为例，线路8的可靠性权重r₈如式(6)所示：

$r_8=\frac{{\mathrm{\η}}_{8e}+{\mathrm{\η}}_{8q}}{2}=\frac{0.0137+0.05}{2}=0.03185---\left(6\right)$

步骤2.6：根据线路的可靠性权重计算得到线路两个端点的带权重度数。

本实施方式中，线路i两个端点为p和q，则线路i两个端点的带权重度数表示为其中，r_l为线路l的可靠性权重，r_o为线路o的可靠性权重，L_p为与节点p相连的线路的集合，L_q为与节点q相连的线路的集合。

步骤2.7：根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标。

本实施方式中，线路两个端点带权重度数的权重为0.9，线路介数的权重为0.1，以IEEE9节点系统的9条线路中的线路8为例，L₈为与节点8相连的线路的集合，L₉为与节点9相连的线路的集合，n_8t为该线路被网络中所有发电机与负荷之间最短路径经过的次数，因此得到线路8的拓扑重要度指标B₈如式(7)所示：

$\begin{array}{c}{B}_8=\mathrm{\α}(\underset{l\∈L_8}{\Σ}{r}_l+\underset{o\∈L_9}{\Σ}{r}_o)+{\mathrm{\βn}}_{8t}\\ =0.9*(0.0614+0.02955+0.02557)+0.1*6\\ =0.1649\end{array}---\left(7\right)$

步骤3：根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标。

本实施方式中，分别计算IEEE9节点系统的9条线路的关联系数，其中线路8断开前后其他线路的视在功率和各线路可承受的极限视在功率如表2所示：

表2线路8断开前后其他线路的视在功率和各线路可承受的极限视在功率

则计算得到线路8的关联系数指标γ₈如式(8)所示：

${\mathrm{\γ}}_8=\frac{1}{64}\left|\frac{S_{8be}}{S_{to}}\right|\left(\underset{k=1}{\overset{7}{\Σ}}\right|\frac{S_{8ka}-S_{8kb}}{S_{8kb}}|+\underset{k=9}{\overset{9}{\Σ}}|\frac{S_{8ka}-S_{8kb}}{S_{8kb}}\left|\right)\left(\underset{k=1}{\overset{7}{\Σ}}\right|\frac{S_{8ka}}{S_{k\max }}|+\underset{k=9}{\overset{9}{\Σ}}|\frac{S_{8ka}}{S_{k\max }}\left|\right)=0.9002---\left(8\right)$

其中，为线路8的视在功率比重，S_8be为线路8断开前线路8的视在功率，S_to为电力系统中所有线路总的视在功率，为线路8断开后线路k的过负荷裕度，S_8kb是线路8断开前线路k的视在功率，S_8ka是线路8断开后线路k的视在功率，S_kmax为线路k可承受的极限视在功率，该电力系统中线路的总数目n＝9。

步骤4：根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标。

本实施方式中，分别计算IEEE9节点系统的9条线路分别断开后所造成的经济损失，其中断开线路8所造成损失指标W₈如式(9)所示：

W₈＝ω₁P_18e+ω₂P_28e+ω₃P_38e＝0.6*0.05+0.3*0.2+0.1*0.4＝0.13(9)

其中，P_18e＝0.05为断开线路8所造成的一级负荷的有功功率损失的标幺值，P_28e＝0.2为断开线路8所造成的二级负荷的有功功率损失的标幺值，P_38e＝0.4为断开线路i所造成的三级负荷的有功功率损失的标幺值，ω₁＝0.6为断开某一线路所造成的一级负荷的经济损失权重，ω₂＝0.3为断开某一线路所造成的二级负荷的经济损失权重，ω₃＝0.1为断开某一线路所造成的三级负荷的经济损失权重。

步骤5：根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标，如图5所示。

步骤5.1：根据线路从误动到恢复的时间和线路从拒动到恢复的时间计算得到该线路由硬件故障引起的继电保护失效概率。

本实施方式中，分别计算IEEE9节点系统的9条线路由硬件故障引起的继电保护失效概率。线路8从误动到恢复的平均时间t₈₁为30分钟，线路8从拒动到恢复的平均时间t₈₂为30分钟，预测的时间为10080分钟，线路8在预测时间t内由硬件故障引起的继电保护失效概率P₈₁如式(10)所示：

$P_{81}=1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{8}t}=1-e^{-0.00014155*10080}=0.6837---\left(10\right)$

其中， ${\mathrm{\λ}}_8=\frac{t_{81}+t_{82}}{525600}=\frac{30+30}{525600}=\mathrm{0.00014155.}$

步骤5.2：根据电力系统中断开某一线路所造成的潮流信息的变化计算该线路断开后的潮流隐性故障率。

本实施方式中，以线路8为例，与线路8相连的线路分别为线路6、线路7和线路9。线路6、线路7和线路9在线路8断开前后的视在功率如表3所示：

表3线路6、线路7和线路9在线路8断开前后的视在功率

因此，计算出线路8断开后的潮流隐性故障率P₈₂如式(11)所示：

$P_{82}=\frac{1}{9}\left|\underset{h\∈G_8}{\Σ}\frac{S_{8ha}-S_{8hb}}{S_{8ha}}\right|\left|\underset{h\∈G_8}{\Σ}\frac{S_{8ha}}{S_{hmax}}\right|=0.7751---\left(11\right)$

其中，S_8ha为与线路8相连的线路h在线路8断开后的视在功率，S_8hb为与线路8相连的线路h在线路8断开前的视在功率，n_8h＝3为该系统中与线路8连接的线路数目，S_8hmax与线路8相连的线路h的极限视在功率，G₈为与线路8相连的线路的集合。

步骤5.3：将线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率的乘积作为线路的隐性故障率指标，得到各线路的隐性故障率指标。

本实施方式中，线路i的隐性故障率指标P_i的计算公式如式(12)所示：

P_i＝P_i1P_i2(12)

以线路8为例，线路8的隐性故障率P₈如式(13)所示：

P₈＝P₈₁P₈₂＝0.6837*0.7751＝0.5298(13)

步骤6：建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、线路的关联系数指标、线路的经济损失指标和线路的隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标。

本实施方式中，分别计算IEEE9节点系统的9条线路的综合脆弱度指标，其中，电力系统线路中拓扑重要度指标、关联系数指标、经济损失指标和隐性故障率指标的最大值和最小值如表4所示：

表4电力系统线路中拓扑重要度指标、关联系数指标、经济损失指标和隐性故障率指标的最大值和最小值

计算线路8的综合脆弱度指标函数V₈的计算公式如式(14)所示：

$V_8=\frac{(e^{B_8^{\′}}+e^{{\mathrm{\γ}}_8^{\′}}+e^{W_8^{\′}}+e^{P_8^{\′}})}{4e}=0.6058---\left(14\right)$

其中，规范化后的线路8的拓扑重要度指标B′₈如式(15)所示：

$B_8^{\′}=\frac{B_8-\min B}{\max B-\min B}=\frac{0.1649-0.0167}{0.5231-0.0167}=0.2927---\left(15\right)$

规范化后的线路8的关联系数指标γ′₈如式(16)所示：

${\mathrm{\γ}}_8^{\′}=\frac{{\mathrm{\γ}}_8-min\mathrm{\γ}}{max\mathrm{\γ}-\min \mathrm{\γ}}=\frac{0.9002-0.2634}{0.9462-0.2634}=0.9326---\left(16\right)$

规范化后的线路8的经济损失指标W′₈如式(17)所示：

$W_8^{\′}=\frac{W_8-\min W}{\max W-\min W}=\frac{0.13-0.0310}{0.4632-0.0310}=0.2059---\left(17\right)$

规范化后的线路8的隐性故障率指标P′₈如式(18)所示：

$P_8^{\′}=\frac{P_8-\min P}{\max P-\min P}=\frac{0.5298-0.2634}{0.9462-0.2634}=0.3902---\left(18\right)$

步骤7：根据各线路的综合脆弱度指标计算得到线路的临界脆弱度指标，将电力系统中综合脆弱度指标大于线路的临界脆弱度指标的线路作为重点监控的线路，即得到电力系统中的脆弱线路。

本实施方式中，分别计算IEEE系统中的9条线路的综合脆弱度指标如表5所示：

表5IEEE系统中的9条线路的综合脆弱度指标

计算得到的线路的临界脆弱度指标V′如式(19)所示：

$\{\begin{array}{c}{V}_{\max }={\mathrm{maxV}}_i=0.8654\\ V^{\′}={\mathrm{\μV}}_{\max }=0.6923\end{array}---\left(19\right)$

其中，μ为灵敏度系数，μ取0.8。

通过计算得到需要重点监控的线路集合为E＝{6，7}，即需要重点监控线路6和线路7。

Claims (10)

1.基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统，其特征在于，包括EMS信息获取模块、线路拓扑重要度计算模块、线路关联系数计算模块、经济损失计算模块、隐性故障率计算模块、线路综合脆弱度计算模块和脆弱线路筛选模块；

所述EMS信息获取模块，用于通过与EMS系统通信，获取电力系统中各线路的潮流信息及历史信息；所述线路的潮流信息包括：正常运行时线路的视在功率和电力系统发生故障时线路的视在功率；所述线路的历史信息包括：线路的失效时间、线路的抢修次数、线路的总检修次数、线路从误动到恢复的时间、线路从拒动到恢复的时间；

所述线路拓扑重要度计算模块，用于根据电力系统中线路的潮流信息、线路的历史信息、线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到各线路的拓扑重要度指标；

所述线路关联系数计算模块，用于根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标；

所述经济损失计算模块，用于根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标；

所述隐性故障率计算模块，用于根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标；

所述线路综合脆弱度计算模块，用于建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、线路的关联系数指标、线路的经济损失指标和线路的隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标；

所述脆弱线路筛选模块，用于根据各线路的综合脆弱度指标计算得到线路的临界脆弱度指标，将电力系统中综合脆弱度指标大于线路的临界脆弱度指标的线路作为重点监控的线路，即得到电力系统中的脆弱线路。

2.根据权利要求1所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统，其特征在于，所述线路拓扑重要度计算模块包括：线路状态监控单元、设备检修记录单元、可靠性权重生成单元和线路拓扑重要度计算单元；

所述线路状态监控单元，用于根据电力系统中线路的潮流信息判断线路是否失效，即是否短路或断路，并记录线路的失效时间；

所述设备检修记录单元，用于根据电力系统中线路的历史信息得到线路的抢修次数和线路的总检修次数并记录；

所述可靠性权重生成单元，用于根据线路的失效时间计算线路的失效概率，根据线路的抢修次数和线路的总检修次数计算得到线路的故障严重率，根据线路的失效概率和线路的故障严重率计算出各线路的可靠性权重；

所述线路拓扑重要度计算单元，用于根据线路的可靠性权重计算得到线路两个端点的带权重度数，根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标。

3.根据权利要求1所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统，其特征在于，所述隐性故障率计算模块包括硬件故障率计算单元、潮流隐性故障率计算单元和隐性故障率计算单元；

所述硬件故障率计算单元，用于根据线路从误动到恢复的时间和线路从拒动到恢复的时间计算得到该线路由硬件故障引起的继电保护失效概率；

所述潮流隐性故障率计算单元，用于根据电力系统中断开某一线路所造成的潮流信息的变化计算该线路断开后的潮流隐性故障率；

所述隐性故障率计算单元，用于根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标。

4.采用权利要求1、2或3所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估系统进行线路脆弱度评估的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过与EMS系统通信，获取电力系统中各线路的潮流信息及历史信息；

步骤2：根据电力系统中线路的潮流信息、线路的历史信息、线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到各线路的拓扑重要度指标；

步骤3：根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标；

步骤4：根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标；

步骤5：根据线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率计算得到各线路的隐性故障率指标；

步骤6：建立综合脆弱度指标函数，将线路的拓扑重要度指标、线路的关联系数指标、线路的经济损失指标和线路的隐性故障率指标作为综合脆弱度指标函数的输入数据，计算得到各线路的综合脆弱度指标；

步骤7：根据各线路的综合脆弱度指标计算得到线路的临界脆弱度指标，将电力系统中综合脆弱度指标大于线路的临界脆弱度指标的线路作为重点监控的线路，即得到电力系统中的脆弱线路；所述线路的临界脆弱度指标V'的计算公式为V'＝μV_max，其中，μ为灵敏度系数，V_max为电力系统最大的综合脆弱度指标。

5.根据权利要求4所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法，其特征在于，所述建立的线路i的综合脆弱度指标函数V_i的计算公式为：其中，为规范化后的线路i的拓扑重要度指标，为规范化后的线路i的关联系数指标，为规范化后的线路i的经济损失指标，为规范化后的线路i的隐性故障率指标，e为自然底数，γ_i为线路i的关联系数指标，B_i为线路i的拓扑重要度指标，W_i为断开线路i所造成的经济损失指标，P_i为线路i的隐性故障率指标，maxB为电力系统各条线路中最大的拓扑重要度指标，minB为电力系统各条线路中最小的拓扑重要度指标，maxγ为电力系统各条线路中最大的关联系数指标，maxγ为电力系统各条线路中最小的关联系数指标，maxW为电力系统中某条线路断开后造成最大的经济损失指标，minW为电力系统中某条线路断开后造成最小的经济损失指标，maxP为电力系统各条线路中最大的隐性故障率指标，minP为指标系统各条线路中最小的隐性故障率指标。

6.根据权利要求4所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：根据电力系统中线路的潮流信息判断线路是否失效，即是否短路或断路，并记录线路的失效时间；

步骤2.2：根据电力系统中线路的历史信息得到线路的抢修次数和线路的总检修次数并记录；

步骤2.3：根据线路的失效时间计算线路的失效概率；

步骤2.4：根据线路的抢修次数和线路的总检修次数计算得到线路的故障严重率；

步骤2.5：根据线路的失效概率和线路的故障严重率计算出各线路的可靠性权重；

步骤2.6：根据线路的可靠性权重计算得到线路两个端点的带权重度数；

步骤2.7：根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标。

7.根据权利要求4所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法，其特征在于，所述根据电力系统中的线路的视在功率比重、断开该线路前后其他线路的视在功率、以及断开该线路后其他线路本身的过负荷裕度，计算各线路的关联系数指标的具体方法为：

所述线路i的关联系数指标γ_i的计算公式为：

${\mathrm{\γ}}_i=\frac{1}{{(n-1)}^2}\left|\frac{S_{\mathrm{ibe}}}{S_{\mathrm{to}}}\right|\left(\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|\frac{S_{\mathrm{ika}}-S_{\mathrm{ikb}}}{S_{\mathrm{ikb}}}|+\underset{k=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|\frac{S_{\mathrm{ika}}-S_{\mathrm{ikb}}}{S_{\mathrm{ikb}}}\left|\right)\left(\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|\frac{S_{\mathrm{ika}}}{S_{k\max }}|+\underset{k=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|\frac{S_{\mathrm{ika}}}{S_{k\max }}\left|\right),$ 其中，为线路i的视在功率比重，S_ibe为线路i断开前线路i的视在功率，S_to为电力系统中所有线路总的视在功率，n为该电力系统中线路的总数目，k∈n,且k≠i，为线路i断开后线路k的过负荷裕度，S_ikb是线路i断开前线路k的视在功率，S_ika是线路i断开后线路k的视在功率，S_kmax为线路k可承受的极限视在功率。

8.根据权利要求4所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法，其特征在于，所述根据电力系统中断开某一线路所造成的一级负荷的有功功率损失、二级负荷的有功功率损失和三级负荷的有功功率损失计算断开线路所造成的经济损失指标的具体方法为：

所述断开线路i所造成的经济损失指标W_i的计算公式为：W_i＝ω₁P_1ie+ω₂P_2ie+ω₃P_3ie，其中，ω₁为断开某一线路所造成的一级负荷的经济损失权重，ω₂为断开某一线路所造成的二级负荷的经济损失权重，ω₃为断开某一线路所造成的三级负荷的经济损失权重，P_1ie为断开线路i所造成的一级负荷的有功功率损失的标幺值，P_2ie为断开线路i所造成的二级负荷的有功功率损失的标幺值，P_3ie为断开线路i所造成的三级负荷的有功功率损失的标幺值。

9.根据权利要求4所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法，其特征在于，所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5.1：根据线路从误动到恢复的时间和线路从拒动到恢复的时间计算得到该线路由硬件故障引起的继电保护失效概率；

所述线路i由硬件故障引起的继电保护失效概率P_i1的计算公式为：其中，t_i1为线路i从误动到恢复的时间，t_i2为线路i从拒动到恢复的时间，t为预测的时间；

步骤5.2：根据电力系统中断开某一线路所造成的潮流信息的变化计算该线路断开后的潮流隐性故障率；

所述线路i断开后的潮流隐性故障率P_i2的计算公式为：其中，S_iha为与线路i相连的线路h在线路i断开后的视在功率，S_ihb为与线路i相连的线路h在线路i断开前的视在功率，n_ih为该电力系统中与线路i连接的线路数目，S_hmax为与线路i相连的线路h的极限视在功率，G_i为与线路i相连的线路的集合；

步骤5.3：将线路的硬件故障引起的继电保护失效概率和断开该线路后的潮流隐性故障率的乘积作为线路的隐性故障率指标，得到各线路的隐性故障率指标。

10.根据权利要求6所述的基于多属性分析的电力系统线路脆弱度评估方法，其特征在于，所述根据线路的介数和线路两个端点的带权重度数得到出各线路的拓扑重要度指标的具体方法为：

所述线路i的拓扑重要度指标B_i的计算公式为：其中，p和q为线路i的两个端点，L_p为与节点p相连的线路的集合，L_q为与节点q相连的线路的集合，r_l为线路l的可靠性权重，r_o为线路o的可靠性权重，n_it为线路i被网络中所有发电机与负荷之间最短路径经过的次数，α为线路两个端点带权重度数的权重，β为线路介数的权重。