CN108449202A - 一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法。本发明考虑微电网安全准则条件以及运行约束下，以微电网网络结构求出的网络抗毁度评估微电网的可靠性全局指标，这一指标考虑实际微电网的全网保持连通的能力。在电力系统领域里，抗毁度则可以理解为当配电网络发生某种故障或者设备检修时，能够最大限度的保持网络的连通性，以此减少故障过程中负荷损失的能力。全连通网络是结构最紧凑的网络，也是抗毁度最强的网络。本发明通过对网络的抗毁度进行评价，可以通过实际网络与其对应节点数的全连通网络的结构性差异，利用基于等效最短路径数的网络抗毁度指标进行评价。

Description

一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及微电网可靠性评估，属于智能微电网领域，具体涉及一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法。

技术背景

目前，由分布式电源以及储能装置构成的微电网系统迅速发展，成为电力系统领域研究的新热点。受到现阶段微型电源制造技术水平的限制，微电网在经济性上的优势不能体现，提高供电可靠性方面的优势是推动微电网研究的主要动力。现有微电网可靠性评估主要针对引入微电网后对微电网可靠性带来的提升作用，但对于微电网自身可靠性评估的相关研究较为匮乏，因此客观、准确具有良好移植性的微电网可靠性评估方法显得十分必要，基于计算机程序判断不同网络结构抗毁度，建立了明确的数据参考指标，以评估不同微电网网络结构形态抗毁度数值。尤其对微电网规划阶段、微电网优化运行更具有适应性，具有十分重要的理论与现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案包括以下步骤：

步骤1、求取抽象出来的网络的邻接矩阵。

依照微电网实际连接关系图形成微电网拓扑图，并据此生成对应网络结构的邻接矩阵。

步骤2、求解对应网络结构等效最短路径数。

基于节点间最短路径数评估实际网络与全连通网络的结构差异，利用网络抗毁度评价网络可靠性。

步骤3、求解对应网络结构抗毁度指标

通过等效最短路径数的求解，得出一种网络抗毁度指标，该抗毁度指标是通过比较与抗毁能力最强的全连通网络的等效最短路径数的差异进行定义的，表明了目标网络与全连通网络抗毁度的差异。

步骤4、对比所有待选网络结构的抗毁度指标，选取相应网络结构。

本发明中，所述步骤(1)是通过下述方式实现的：

根据微电网的拓扑，将区域内各母线、重要设备作为对应节点，形成描述网络结构的邻接矩阵R，其维数即区域内所有变电站所有变压器，当节点i与节点j之间存在联络关系时，对应的元素R_ij、R_ji为1，其余元素为0。

本发明中，所述步骤(2)是通过下述方式实现的：

求解等效最短路径数。对于一个N节点的网络，如果节点i与节点j之间有m_ij条长度为k_min的最短路径，则节点i节点j之间的等效最短路径数为

其中，μ(k_min)是相应N节点全连通网络中节点间不大于k_min的路径数；显然，0<emij≤1，当且仅当2节点之间有直连边时，em_ij＝1。对于任意的节点i与j，若em_ij＝1，则为全连通网络。

采用一种基于网络邻接矩阵的k次幂的方法，计算网络所有节点之间最短路长和最短路径数

其中，矩阵M_k中，m_k(i,j)元素表示i,j节点之间长度为k的最短路径数目，公式中圈乘符号表示两个相乘矩阵对应元素相乘，矩阵右斜对角线上元素无意义。

本发明中，所述步骤(3)是通过下述方式实现的：

通过等效最短路径数的求解，可以得出一种网络抗毁度指标，该抗毁度指标是通过比较与抗毁能力最强的全连通网络的等效最短路径数的差异进行定义的，表明了目标网络与全连通网络抗毁度的差异：

其中，分子是全网的等效最短路径数之和，分母是N节点网络可建立连接的端对数目，该函数实际上表示网络的平均等效最短路径数。只有全连通网络任意节点之间的等效最短路径数为1，因而全网平均等效最短路径数Inv＝1，抗毁性最强，因其网络结构是最紧凑的，任意非全连通网络的平均等效最短路径数0<Inv<1，Inv越大，则网络结构越紧凑，抗毁性越强。

本发明中，所述步骤(4)是通过下述方式实现的：

对于步骤(3)不同网络结构的抗毁度数值进行比较，进行抗毁度排序，选择抗毁度数值较大的网络结构作为运行或规划方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有微电网可靠性评估从定性的角度，依照经验判断微电网可靠性，具有较大主观性；直接计算所有可靠性指标所需时间太多，而表征可靠性优劣的指标种类繁多，工作效率低下。

本发明从定量的角度对微电网可靠性进行评估，网络抗毁性是可靠性的一种确定性测度，它从网络拓扑结构的角度，研究连通性对网络安全可靠性的影响，是网络可靠性的一种静态指标。由于计算负荷小，实用性较强，这些特点有利于缩短实际微电网维护时间、用户停电时间，在辅助决策时更具有竞争性。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明在微电网可靠性评估中，提出了基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法。该方法考虑微电网安全准则条件以及运行约束下，以微电网网络结构求出的网络抗毁度评估微电网的可靠性全局指标，这一指标考虑实际微电网的全网保持连通的能力。在电力系统领域里，抗毁度则可以理解为当配电网络发生某种故障或者设备检修时，能够最大限度的保持网络的连通性，以此减少故障过程中负荷损失的能力。

全连通网络是结构最紧凑的网络，也是抗毁度最强的网络。对网络的抗毁度进行评价，可以通过实际网络与其对应节点数的全连通网络的结构性差异，利用基于等效最短路径数的网络抗毁度指标进行评价。

本发明的解决方案包括以下步骤：

步骤1、求取抽象出来的网络的邻接矩阵。

依照微电网实际连接关系图形成微电网拓扑图，并据此生成对应网络结构的邻接矩阵。

步骤2、求解对应网络结构等效最短路径数。

基于节点间最短路径数评估实际网络与全连通网络的结构差异，利用网络抗毁度评价网络可靠性。

步骤3、求解对应网络结构抗毁度指标

通过等效最短路径数的求解，得出一种网络抗毁度指标，该抗毁度指标是通过比较与抗毁能力最强的全连通网络的等效最短路径数的差异进行定义的，表明了目标网络与全连通网络抗毁度的差异。

步骤4、对比所有待选网络结构的抗毁度指标，选取相应网络结构。

本发明中，所述步骤(1)是通过下述方式实现的：

根据微电网的拓扑，将区域内各母线、重要设备作为对应节点，形成描述网络结构的邻接矩阵R，其维数即区域内所有变电站所有变压器，当节点i与节点j之间存在联络关系时，对应的元素R_ij、R_ji为1，其余元素为0。

本发明中，所述步骤(2)是通过下述方式实现的：

求解等效最短路径数。对于一个N节点的网络，如果节点i与节点j之间有m_ij条长度为k_min的最短路径，则节点i节点j之间的等效最短路径数为

其中，μ(k_min)是相应N节点全连通网络中节点间不大于k_min的路径数；显然，0<emij≤1，当且仅当2节点之间有直连边时，em_ij＝1。对于任意的节点i与j，若em_ij＝1，则为全连通网络。

采用一种基于网络邻接矩阵的k次幂的方法，计算网络所有节点之间最短路长和最短路径数

其中，矩阵M_k中，m_k(i,j)元素表示i,j节点之间长度为k的最短路径数目，公式中圈乘符号表示两个相乘矩阵对应元素相乘，矩阵右斜对角线上元素无意义。

本发明中，所述步骤(3)是通过下述方式实现的：

通过等效最短路径数的求解，可以得出一种网络抗毁度指标，该抗毁度指标是通过比较与抗毁能力最强的全连通网络的等效最短路径数的差异进行定义的，表明了目标网络与全连通网络抗毁度的差异：

其中，分子是全网的等效最短路径数之和，分母是N节点网络可建立连接的端对数目，该函数实际上表示网络的平均等效最短路径数。只有全连通网络任意节点之间的等效最短路径数为1，因而全网平均等效最短路径数Inv＝1，抗毁性最强，因其网络结构是最紧凑的，任意非全连通网络的平均等效最短路径数0<Inv<1，Inv越大，则网络结构越紧凑，抗毁性越强。

本发明中，所述步骤(4)是通过下述方式实现的：

对于步骤(3)不同网络结构的抗毁度数值进行比较，进行抗毁度排序，选择抗毁度数值较大的网络结构作为运行或规划方案。

Claims (5)

1.一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、求取抽象出来的网络的邻接矩阵；

依照微电网实际连接关系图形成微电网拓扑图，并据此生成对应网络结构的邻接矩阵；

步骤2、求解对应网络结构等效最短路径数；

基于节点间最短路径数评估实际网络与全连通网络的结构差异，利用网络抗毁度评价网络可靠性；

步骤3、求解对应网络结构抗毁度指标

通过等效最短路径数的求解，得出一种网络抗毁度指标，该抗毁度指标是通过比较与抗毁能力最强的全连通网络的等效最短路径数的差异进行定义的，表明了目标网络与全连通网络抗毁度的差异；

步骤4、对比所有待选网络结构的抗毁度指标，选取相应网络结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法，其特征在于所述步骤(1)是通过下述方式实现的：

根据微电网的拓扑，将区域内各母线、重要设备作为对应节点，形成描述网络结构的邻接矩阵R，其维数即区域内所有变电站所有变压器，当节点i与节点j之间存在联络关系时，对应的元素R_ij、R_ji为1，其余元素为0。

3.根据权利要求2所述的一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法，其特征在于所述步骤(2)是通过下述方式实现的：

求解等效最短路径数；对于一个N节点的网络，如果节点i与节点j之间有m_ij条长度为k_min的最短路径，则节点i节点j之间的等效最短路径数为

其中，μ(k_min)是相应N节点全连通网络中节点间不大于k_min的路径数；显然，0<emij≤1，当且仅当2节点之间有直连边时，em_ij＝1；对于任意的节点i与j，若em_ij＝1，则为全连通网络；

采用一种基于网络邻接矩阵的k次幂的方法，计算网络所有节点之间最短路长和最短路径数

其中，矩阵M_k中，m_k(i,j)元素表示i,j节点之间长度为k的最短路径数目，公式中圈乘符号表示两个相乘矩阵对应元素相乘，矩阵右斜对角线上元素无意义。

4.根据权利要求3所述的一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法，其特征在于步骤(3)是通过下述方式实现的：

通过等效最短路径数的求解，可以得出一种网络抗毁度指标，该抗毁度指标是通过比较与抗毁能力最强的全连通网络的等效最短路径数的差异进行定义的，表明了目标网络与全连通网络抗毁度的差异：

其中，分子是全网的等效最短路径数之和，分母是N节点网络可建立连接的端对数目，该函数实际上表示网络的平均等效最短路径数；只有全连通网络任意节点之间的等效最短路径数为1，因而全网平均等效最短路径数Inv＝1，抗毁性最强，因其网络结构是最紧凑的，任意非全连通网络的平均等效最短路径数0<Inv<1，Inv越大，则网络结构越紧凑，抗毁性越强。

5.根据权利要求4所述的一种基于网络抗毁度的微电网可靠性评估方法，其特征在于步骤(4)是通过下述方式实现的：

对于步骤(3)不同网络结构的抗毁度数值进行比较，进行抗毁度排序，选择抗毁度数值较大的网络结构作为运行或规划方案。