CN107437134A - 一种电网网架结构生存性评估方法 - Google Patents

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杜习超
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Abstract

本发明公开一种电网网架结构生存性评估方法，该方法包括：获取电网的各配置项的配置信息；所述配置项为预先确定且用于评估电网网架结构生存性的配置项；基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值；基于各初级评估指标的值以及各初级评估指标所属的次级评估类别以及次级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的各次级评估指标的值；基于各次级评估指标的值以及各次级评估指标预设的高级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的高级评估指标的值。本发明考虑影响电网网架结构生存性的内外因素，建立多级的评估指标，以实现对电网的生存性进行综合评估，提高了评估的可靠性，为电网规划奠定技术基础。

Description

一种电网网架结构生存性评估方法
技术领域
本发明涉及电网规划技术领域，具体涉及一种电网网架结构生存性评估方法。
背景技术
电网是保障社会经济发展和安全稳定的重要基础设施，但近些年来，多发的大停电事故、极端自然灾害和蓄意攻击等严重威胁到电网的安全运行。生存性评估用于评价系统在遭受各种扰动下完成其关键任务的能力。电网对生存性评估的引入，给电网的安全评估带来了新思路。电网网架结构生存性，是指电网提供基本服务的能力，即电网在面临攻击、失效和偶然事件的情况下仍然可以按照需求及时完成任务的能力。
近年来大停电事故的多次发生揭示了电网本身存在固有的安全隐患，极端自然灾害暴露了电网应对恶劣外部环境时的脆弱性，电网在蓄意攻击场景下的应对能力应当引起警惕。电网在“内忧外患”环境下的生存能力值得深思。现有的电网网架结构生存性评估或脆弱性评估理论已取得了许多成果但仍存在一些不完善的地方，如单纯从电网结构的角度考虑电网脆弱性而忽视了电网运行方式的影响，缺乏对于电网结构均衡性和脆弱性之间相互关联的深入分析和评价，少有从内因和外因相结合的角度对于电网正常运行方式下和电网扰动状态下的电网网架结构生存性的综合评判。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电网网架结构生存性评估方法。
为此目的，本发明提出一种电网网架结构生存性评估方法，包括：
获取电网的各配置项的配置信息；所述配置项为预先确定且用于评估电网网架结构生存性的配置项；
基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值；
基于各初级评估指标的值以及各初级评估指标所属的次级评估类别以及次级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的各次级评估指标的值；其中，所述次级评估指标与所述次级评估类别一一对应；
基于各次级评估指标的值以及各次级评估指标预设的高级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的高级评估指标的值。
可选的，所述获取电网的各配置项的配置信息，包括：
获取电网的线路数、各线路的负荷、各线路的电压、各线路的重要度、节点数、各节点的负荷、各节点的重要度、发电机台数、各发电机的负荷以及各发电机的重要度。
可选的，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
通过各初级评估指标模型，确定各初级评估指标的值；所述初级评估指标模型，包括：
线路生存率模型、节点生存率模型、电网负荷生存率模型、发电机裕度模型、电网负荷恢复度模型、电网线路功率裕度模型、电网母线电压平均波动模型、电网支线功率平均波动模型、电网聚集度模型以及电网凝聚度模型。
可选的，所述次级评估类别包括：抵抗性类别、恢复性类别、安全性类别以及连通性类别；
属于所述抵抗性类别的初级评估指标包括：线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率；
属于所述恢复性类别的初级评估指标包括：发电机裕度、电网负荷恢复度以及电网线路功率裕度；
属于所述安全性类别的初级评估指标包括：电网母线电压平均波动以及电网支线功率平均波动；
属于所述连通性类别的初级评估指标包括：电网聚集度以及电网凝聚度。
可选的，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于电网的线路数、节点数、电网预设的总负荷、电网预设的线路失效率、电网预设的节点失效率以及电网预设的负荷损失率，确定电网的线路生存数、节点生存数以及电网负荷生存量；
基于电网的线路生存数、节点生存数、电网负荷生存量、各线路的重要度以及各节点的重要度，确定线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率；所述线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率属于初级评估指标。
可选的，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于发电机台数、各发电机的负荷以及各发电机的重要度，确定发电机裕度；
基于节点生存数、各节点的负荷以及各节点预设的最大负荷，确定电网负荷恢复度；
基于线路生存数、各线路的负荷以及各线路预设的最大负荷，确定电网线路功率裕度；
其中，所述发电机裕度、电网负荷恢复度以及电网线路功率裕度属于初级评估指标。
可选的，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于节点生存数、各生存的节点的母线电压以及各节点的重要度，确定电网母线电压平均波动；
基于各生存的线路的支线负荷以及各线路的重要度，确定电网支线功率平均波动；
其中，所述电网母线电压平均波动以及电网支线功率平均波动属于初级评估指标。
可选的，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于节点生存数，确定各生存的节点的相邻节点数；
基于各生存的节点的相邻节点数以及各节点的重要度，确定电网聚集度以及电网凝聚度；
其中，所述电网聚集度以及电网凝聚度属于初级评估指标。
相比现有技术，本发明公开的电网网架结构生存性评估方法，考虑影响电网网架结构生存性的内外因素，建立多级的评估指标，实现对电网的生存性进行综合评估，提高了评估的可靠性，为电网规划奠定技术基础。
进一步地，本发明公开的电网网架结构生存性评估方法，从电网的抵抗性、恢复性、安全性和连通性四个方面出发，对电网的生存性进行了综合评估，提高了评估的可靠性，为电网规划奠定技术基础。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电网网架结构生存性评估方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电网网架结构生存性评估指标架构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例公开一种电网网架结构生存性评估方法，可包括以下步骤101～104：
101、获取电网的各配置项的配置信息；所述配置项为预先确定且用于评估电网网架结构生存性的配置项。
本实施例中，配置项例如：电网的线路数、各线路的负荷、各线路的电压、各线路的重要度、节点数、各节点的负荷、各节点的重要度、发电机台数、各发电机的负荷以及各发电机的重要度。
本实施例中，获取电网的各配置项的配置信息可以通过接收人工输入的方式来获取配置信息。
102、基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值。
本实施例中，初级评估指标例如：线路生存率、节点生存率、电网负荷生存率、发电机裕度、电网负荷恢复度、电网线路功率裕度、电网母线电压平均波动、电网支线功率平均波动、电网聚集度以及电网凝聚度。
本实施例中，线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率的确定方式包括图1中未示出的步骤1021和1022：
1021、基于电网的线路数、节点数、电网预设的总负荷、电网预设的线路失效率、电网预设的节点失效率以及电网预设的负荷损失率，确定电网的线路生存数、节点生存数以及电网负荷生存量。
本实施例中，线路失效率、节点失效率以及负荷损失率可根据经验或大量实验进行设置，以在知晓电网的线路数、节点数、电网预设的总负荷之后，预测电网遭遇自然灾害后的损失，为确定电网的生存性指标奠定基础。
1022、基于电网的线路生存数、节点生存数、电网负荷生存量、各线路的重要度以及各节点的重要度，确定线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率。
本实施例中，发电机裕度、电网负荷恢复度以及电网线路功率裕度的确定方式包括图1中未示出的步骤1023至1025：
1023、基于发电机台数、各发电机的负荷以及各发电机的重要度，确定发电机裕度。
1024、基于节点生存数、各节点的负荷以及各节点预设的最大负荷，确定电网负荷恢复度。
1025、基于线路生存数、各线路的负荷以及各线路预设的最大负荷，确定电网线路功率裕度。
本实施例中，电网母线电压平均波动以及电网支线功率平均波动的确定方式包括图1中未示出的步骤1026至1027：
1026、基于节点生存数、各生存的节点的母线电压以及各节点的重要度，确定电网母线电压平均波动。
1027、基于各生存的线路的支线负荷以及各线路的重要度，确定电网支线功率平均波动。
本实施例中，电网聚集度以及电网凝聚度的确定方式包括图1中未示出的步骤1028至1029：
1028、基于节点生存数，确定各生存的节点的相邻节点数。
1029、基于各生存的节点的相邻节点数以及各节点的重要度，确定电网聚集度以及电网凝聚度。
103、基于各初级评估指标的值以及各初级评估指标所属的次级评估类别以及次级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的各次级评估指标的值；其中，所述次级评估指标与所述次级评估类别一一对应。
本实施例中，次级评估权重可根据经验或大量实验进行设置，也可以通过线性判别分析(Linear Discriminant Analysis，LDA)方法或层次分析法确定，LDA方法和层次分析法均为成熟技术，在此不再赘述。
本实施例中，考虑影响电网网架结构生存性的内外因素，次级评估类别可包括：抵抗性类别、恢复性类别、安全性类别以及连通性类别。
本实施例中，属于所述抵抗性类别的初级评估指标包括：线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率。
抵抗性类别的初级评估指标反映了电网提供的对重要负荷供电这个基本服务对各种自然灾害的抵抗能力，指标值越大，说明电网对自然灾害的抵抗能力越强。
本实施例中，属于所述恢复性类别的初级评估指标包括：发电机裕度、电网负荷恢复度以及电网线路功率裕度。
恢复性类别的初级评估指标反映了电网在遭受自然灾害后，保留的部分能否恢复供电以及能恢复到什么程度的能力。指标值越大，说明电网恢复到其最大运行方式下的能力越强。
本实施例中，属于所述安全性类别的初级评估指标包括：电网母线电压平均波动以及电网支线功率平均波动。
安全性类别的初级评估指标反映了电网在运行过程中偏离额定运行状态的程度，指标值越大，说明电网安全性越差。
本实施例中，属于所述连通性类别的初级评估指标包括：电网聚集度以及电网凝聚度。
连通性类别的初级评估指标反映了电网的线路连通强度和节点凝聚程度。电网聚集度与电网的最短路径长度成正比，电网的最短路径长度越短，电网聚集度越小，电网的连通性越好。电网凝聚度与电网的最短电气距离成反比，电网凝聚度越大，网架连通性越好。
图2给出了本实施例提供的电网网架结构生存性评估指标架构。
104、基于各次级评估指标的值以及各次级评估指标预设的高级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的高级评估指标的值。即通过求各次级评估指标的值的加权平均值确定用于评估电网网架结构生存性的高级评估指标的值。
本实施例中，高级评估权重可根据经验或大量实验进行设置，也可以通过主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)方法确定，PCA方法为成熟技术，在此不再赘述。
相比现有技术，本实施例公开的电网网架结构生存性评估方法，考虑影响电网网架结构生存性的内外因素，建立多级的评估指标，实现对电网的生存性进行综合评估，提高了评估的可靠性，为电网规划奠定技术基础。
进一步地，本实施例公开的电网网架结构生存性评估方法，从电网的抵抗性、恢复性、安全性和连通性四个方面出发，对电网的生存性进行了综合评估，提高了评估的可靠性，为电网规划奠定技术基础。
在具体应用中，上述实施例中通过步骤1021至1029来确定各初级评估指标的值可简化为通过各初级评估指标模型，确定各初级评估指标的值。
初级评估指标模型，包括：线路生存率模型、节点生存率模型、电网负荷生存率模型、发电机裕度模型、电网负荷恢复度模型、电网线路功率裕度模型、电网母线电压平均波动模型、电网支线功率平均波动模型、电网聚集度模型以及电网凝聚度模型。
线路生存率模型如下：
其中，αL为线路生存率，L0为电网的线路数，Ls为电网的线路生存数，Ls＝L0－LF，LF为电网的线路失效数，vLi为生存的线路中第i条线路的重要度，vLj为电网的线路中第j条线路的重要度。
节点生存率模型如下：
其中，αB为节点生存率，B0为电网的节点数，Bs为电网的节点生存数，Bs＝B0－BF，BF为电网的节点失效数，vBi为生存的节点中第i个节点的重要度，vBj为电网的节点中第j个节点的重要度。
电网负荷生存率模型如下：
其中，αC为电网负荷生存率，C0为电网预设的总负荷，CF为电网损失的负荷。
发电机裕度模型如下：
其中，βG为发电机裕度，mG为发电机台数，vGi为电网的发电机中第i个发电机的重要度，CGimax为第i个发电机预设的最大负荷，CGi为第i个发电机的负荷，也即第i个发电机的实际负荷。
电网负荷恢复度模型如下：
其中，βC为电网负荷恢复度，Bs为电网的节点生存数，CBimax为生存的节点中第i个节点预设的最大负荷，CBi为生存的节点中第i个节点的负荷，也即生存的节点中第i个节点的实际负荷。
电网线路功率裕度模型如下：
其中，βL为电网线路功率裕度，Ls为电网的线路生存数，vLi为生存的线路中第i条线路的重要度，CL imax为生存的线路中第i条线路预设的最大负荷，CLi为生存的线路中第i条线路的负荷，即生存的线路中第i条线路的实际负荷。
电网母线电压平均波动模型如下：
其中，γL为电网母线电压平均波动，Bs为电网的节点生存数，vBi为生存的节点中第i个节点的重要度，γLi为生存的节点中第i个节点的母线电压波动，γLi的计算式如下：
其中，|Ui|、|Ui0|、|Ui max|及|Ui min|分别为生存的节点中第i个节点的母线当前电压幅值、额定电压幅值、电压上限值和电压下限值。
电网支线功率平均波动模型如下：
其中，λL为电网支线功率平均波动，Ls为电网的线路生存数，vLi为生存的线路中第i条线路的重要度，λLi为生存的线路中第i条线路的支线负荷，λLi的计算式如下：
其中，|Ci|、|Ci0|、|Ci max|及|Ci min|分别为生存的线路中第i条线路的支线当前负荷、额定负荷、负荷上限值和负荷下限值。
电网聚集度模型如下：
其中，为电网聚集度，为电网中生存的各节点的聚集度，为电网初始聚集度，其中，的计算式如下：
其中，Bs为电网的节点生存数，vBi为生存的节点中第i个节点的重要度，ki为生存的节点中第i个节点的聚集系数，ki的计算式如下：
其中，ni为生存的节点中第i个节点的相邻节点个数，ti为ni个相邻节点之间的边数，即线路数。
电网凝聚度模型如下：
其中，θ为电网凝聚度，θS为电网中生存的各节点的凝聚度，θ0为电网初始凝聚度，其中，θS的计算式如下：
其中，Bs为电网的节点生存数，dij为生存的节点中第i个节点和第j个节点之间最短线路之和，i和j属于1至Bs中任一整数。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种电网网架结构生存性评估方法，其特征在于，包括：
获取电网的各配置项的配置信息；所述配置项为预先确定且用于评估电网网架结构生存性的配置项；
基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值；
基于各初级评估指标的值以及各初级评估指标所属的次级评估类别以及次级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的各次级评估指标的值；其中，所述次级评估指标与所述次级评估类别一一对应；
基于各次级评估指标的值以及各次级评估指标预设的高级评估权重，确定用于评估电网网架结构生存性的高级评估指标的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网的各配置项的配置信息，包括：
获取电网的线路数、各线路的负荷、各线路的电压、各线路的重要度、节点数、各节点的负荷、各节点的重要度、发电机台数、各发电机的负荷以及各发电机的重要度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
通过各初级评估指标模型，确定各初级评估指标的值；所述初级评估指标模型，包括：
线路生存率模型、节点生存率模型、电网负荷生存率模型、发电机裕度模型、电网负荷恢复度模型、电网线路功率裕度模型、电网母线电压平均波动模型、电网支线功率平均波动模型、电网聚集度模型以及电网凝聚度模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述次级评估类别包括：抵抗性类别、恢复性类别、安全性类别以及连通性类别；
属于所述抵抗性类别的初级评估指标包括：线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率；
属于所述恢复性类别的初级评估指标包括：发电机裕度、电网负荷恢复度以及电网线路功率裕度；
属于所述安全性类别的初级评估指标包括：电网母线电压平均波动以及电网支线功率平均波动；
属于所述连通性类别的初级评估指标包括：电网聚集度以及电网凝聚度。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于电网的线路数、节点数、电网预设的总负荷、电网预设的线路失效率、电网预设的节点失效率以及电网预设的负荷损失率，确定电网的线路生存数、节点生存数以及电网负荷生存量；
基于电网的线路生存数、节点生存数、电网负荷生存量、各线路的重要度以及各节点的重要度，确定线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率；所述线路生存率、节点生存率以及电网负荷生存率属于初级评估指标。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于发电机台数、各发电机的负荷以及各发电机的重要度，确定发电机裕度；
基于节点生存数、各节点的负荷以及各节点预设的最大负荷，确定电网负荷恢复度；
基于线路生存数、各线路的负荷以及各线路预设的最大负荷，确定电网线路功率裕度；
其中，所述发电机裕度、电网负荷恢复度以及电网线路功率裕度属于初级评估指标。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于节点生存数、各生存的节点的母线电压以及各节点的重要度，确定电网母线电压平均波动；
基于各生存的线路的支线负荷以及各线路的重要度，确定电网支线功率平均波动；
其中，所述电网母线电压平均波动以及电网支线功率平均波动属于初级评估指标。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于各配置项的配置信息，确定用于评估电网网架结构生存性的各初级评估指标的值，包括：
基于节点生存数，确定各生存的节点的相邻节点数；
基于各生存的节点的相邻节点数以及各节点的重要度，确定电网聚集度以及电网凝聚度；
其中，所述电网聚集度以及电网凝聚度属于初级评估指标。
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