CN111160675B - 考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，该方法基于超文本主题搜索算法，结合潮流相关性计算电网中元件的枢纽值与权威值，并进一步考虑元件的运行可靠性水平对枢纽值与权威值进行加权，最终计算得到电网脆弱性。本发明采用运行可靠性加权的电网脆弱性评估方法可以有效定位电网的薄弱环节，兼顾了脆弱性评估与可靠性评估的优势，既能反映该元件的故障风险，又能反映该元件故障对余下系统造成的损失，同时分析了电网拓扑链接的可靠性在电力系统运行条件变化过程中的变化程度，实时定位电网薄弱环节与脆弱性环节，可在规划与运行阶段为电网的升级改造提供辅助决策。

Description

考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法
技术领域
本发明涉及考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，属于电力系统可靠性评估与复杂网络脆弱性领域。
背景技术
复杂网络理论是分析电网结构和演化的有效工具。20世纪60年代Erdōs和Rényi共同创立的随机图理论。标志着人们开始了对复杂网络的研究，二人提出的ER随机网络模型也成为了研究复杂网络的基本模型。随后，Watts和Strogatz建立了小世界网络模型，揭示了小世界特性这一在实际网络中存在的重要特性，并说明了少量的随机连接会对网络拓扑结构产生重大的影响。Barabasi和Albert揭示了实际网络的无标度性质，并建立了一个无标度网络模型，揭示了增长和择优机制在复杂系统自组织演化过程中的普遍性。至此，复杂网络理论成为科学研究热点，受到物理学、生物学等学科的广泛关注。通过考虑输电线的阻抗、潮流相关性等因素对拓扑连接进行赋值，突出复杂网络研究与电网的电气特性联系，显著改善了研究效果。基于此得到的电网脆弱性评估结果，可有效定位电网的薄弱环节，即电网中故障后果影响较大的环节。然而，以往根据脆弱性定位的电网薄弱环节往往是电气拓扑中的关键联络环节，这些环节的可靠性往往较高，不易发生故障。
但是，传统的基于复杂网络理论识别脆弱线路的研究更多地从电网拓扑结构的角度出发，忽略了电网物理运行特性的问题。可见，现有的评估电网脆弱性的方法还有待改进。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，该评估方法结合了复杂网络分析的效率与电力系统运行可靠性评估的实时性，可更为有效地定位电力系统薄弱环节。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供的一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，该方法基于HITS算法，结合潮流相关性计算电网中元件的枢纽值与权威值，并进一步考虑元件的运行可靠性水平，对枢纽值与权威值进行加权，最终计算得到电网脆弱性，具体包括：基于HITS算法进行电网脆弱性评估，得到元件i的电网枢纽值h(i)与权威值a(i)；基于运行可靠性理论，计算元件i的实时停运率；计算元件i的实时可靠度Ri(t)；计算电网脆弱性的可靠性加权值，所述可靠性加权值包括可靠性加权枢纽值hrw(i)和可靠性加权权威值arw(i)。
其中，元件i在此轮迭代中，权威值为所有指向元件i的元件枢纽值之和，采用下式计算：
at+1(i)＝∑ht(j)
元件i的枢纽值为该元件指向的元件的权威值之和，采用下式计算：
ht+1(i)＝∑at(j)
式中，t为迭代次数；j为元件编号；at+1(i)为第t+1次迭代中元件i的权威值；ht+1(i)为第t+1次迭代中元件i的枢纽值。
元件的实时停运率采用输电线运行可靠性模型，模型描述如下式：
式中，LRated为额定传输容量，LLimit为传输容量极限；d为当前运行条件下，输电线实测的潮流大小；λ0为输电线停运率历史统计平均值；k、c为形状系数，n为变化速率系数；Td为动作时限；λ(d)为输电线停运率。
元件i的实时可靠度Ri(t)通过上述的元件的实时停运率来计算，具体计算如下式：
R(t)＝e-λt
式中，t为时间；e为自然常数。
根据上述元件i的实时可靠度Ri(t)来计算可靠性加权权威值和可靠性加权枢纽值：
所述可靠性加权权威值，通过下式计算：
所述可靠性加权枢纽值，通过下式计算：
式中，h(i)为元件i的枢纽值；a(i)为元件i的权威值；a(i)与h(i)是at+1(i)与ht+1(i)的迭代后的收敛值。
本发明具有以下优点及突出的技术效果：
本发明提出的一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，其优点在于，解决传统复杂网络研究忽略了电网物理运行特性的问题，借鉴网页链接关系分析的HITS算法，将潮流相关性作为电网拓扑关系的补充，计算得到电网的枢纽节点与权威节点；在此基础之上，考虑电网运行条件下元件的实时可靠性水平，对电网枢纽节点与权威节点进行可靠性加权得到最终的电网脆弱性评估结果。
本发明运行可靠性加权的电网脆弱性评估结果可以有效定位电网的薄弱环节，兼顾了脆弱性评估与可靠性评估的优势，既能反映该元件的故障风险，又能反映该元件故障对余下系统造成的损失，同时分析了电网拓扑链接的可靠性在电力系统运行条件变化过程中的变化程度，实时定位电网薄弱环节与脆弱性环节，可在规划与运行阶段为电网的升级改造提供辅助决策。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的原理及具体实施过程做进一步的清楚、完整地说明。
本发明提供的一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，该方法基于HITS算法，结合潮流相关性计算电网中元件的枢纽值与权威值，并进一步考虑元件的运行可靠性水平，对枢纽值与权威值进行加权，最终计算得到电网脆弱性。
本发明评估方法包括四个部分，其评估步骤也可以按照以下四个部分的依次进行，但不限于此；
第一部分：基于HITS算法进行电网脆弱性评估，得到元件i的电网枢纽值h(i)与权威值a(i)；
第二部分：基于运行可靠性理论，计算元件i的实时停运率；
第三部分：计算元件i的实时可靠度Ri(t)；
第四部分：计算电网脆弱性的可靠性加权值，所述可靠性加权值包括可靠性加权枢纽值hrw(i)与可靠性加权权威值arw(i)。
其中，i表示电网中的元件；Ri(t)为t时刻元件i的可靠度；hrw(i)为元件i的可靠性加权枢纽值；arw(i)为元件i的可靠性加权权威值。
其中，超文本主题搜索算法(Hypertext-Induced Topic Search，HITS)是由康奈尔大学的Jon Kleinberg博士于1998年首次提出。Kleinberg通过对互联网网页(或网站)间联系的研究，将网页分为两类，即枢纽站(hubs)和权威站(authorities)。因此，每个网页都有两个级别，分别为根据枢纽值排序的枢纽级别，以及根据权威值排序的权威级别。其中，根据网页的连接关系，权威级别表示具有较高价值的网页，具有更多指向它的页面；而枢纽级别表示指向较多权威网页的网页。本发明电网脆弱性评估是基于该算法进行的。
其中，电力系统运行可靠性评估理论，是采用时变的元件停运率、停运概率代替常规可靠性评估中固定不变的停运率及停运概率，并将元件的停运按停运因素不同，划分为元件老化失效、元件偶然失效、元件不正常运行保护动作三类，可以分析元件及系统在实时运行条件下的可靠性与故障风险。电网在运行过程中虽然拓扑链接关系未改变，但是拓扑中的节点与支路随着系统运行条件变化而变化，故，电网的脆弱性环节也因之改变，因此，本发明结合运行可靠性评估研究内容，重新研究了电网脆弱性评估方法。该方法通过运行可靠性加权进行脆弱性评估，其结果不仅体现了元件在拓扑连接关系中的重要性，更体现了这些电气元件自身的可靠度，以及元件故障后对系统及其他元件可靠性造成的影响，使脆弱性评估的结果可以体现电力系统的真实问题。
具体评估方法如下：
在第一部分中，电网中的线路的权威值与枢纽值均反映了电网的脆弱性，其中，权威值级别反映了线路受其他线路故障的影响，枢纽值反映了该线路故障后对电网中其他线路产生的影响；
元件i在此轮迭代中，权威值即为所有指向元件i的元件枢纽值之和：
at+1(i)＝∑ht(j) (1)
元件i的枢纽值即为该元件指向的元件的权威值之和：
ht+1(i)＝∑at(j) (2)
式中，t为迭代次数；j为元件编号(线路中除了元件i以外的元件编号)；at+1(i)为第t+1次迭代中元件i的权威值；ht+1(i)为第t+1次迭代中元件i的枢纽值。其中，a(i)与h(i)是at+1(i)与ht+1(i)的迭代后的收敛值。
在第二部分中，考虑元件停运率随着负荷水平变化速度的问题，采用改进的输电线运行可靠性模型，以准确的描述了元件停运率，模型描述如下式：
式中，LRated为额定传输容量，LLimit为传输容量极限；d为当前运行条件下，输电线实测的潮流大小；λ0为输电线停运率历史统计平均值；k、c为形状系数，n为变化速率系数；Td为动作时限；λ(d)为输电线停运率。
在第三部分中，元件i的实时可靠度Ri(t)，短时间内不考虑元件的修复过程，元件的实时可靠度根据上述输电线停运率来计算，通过下式计算：
R(t)＝e-λt (4)
式中，t为时间；e为自然常数；Ri(t)为t时刻元件i的可靠度；λ即为第二部分中的输电线停运率λ(d)。
在第四部分中，可靠性加权的电网脆弱性指标，根据元件i的实时可靠度Ri(t)计算。考虑运行可靠性的电网权威值与枢纽值分别通过下式计算：
式中，h(i)为元件i的枢纽值；a(i)为元件i的权威值；a(i)与h(i)是at+1(i)与ht+1(i)的迭代后的收敛值；hrw(i)为元件i的可靠性加权枢纽值；arw(i)为元件i的可靠性加权权威值；Ri(t)为t时刻元件i的可靠度。
本发明运行可靠性加权的脆弱性评估方法，可以有效定位电网的薄弱环节；不仅能反应这些电气元件自身的可靠度，还能在反应元件故障后对系统及其他元件可靠性造成的影响；分析了电网拓扑链接的可靠性在电力系统运行条件变化过程中的变化程度，实时定位电网薄弱环节与脆弱性环节，可在规划与运行阶段为电网的升级改造提供辅助决策，可以更真实的体现体现电力系统的问题，使得电网能够安全、可靠地运行。
以上对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，其特征在于，该方法基于HITS算法，结合潮流相关性计算电网中元件的枢纽值与权威值，并进一步考虑元件的运行可靠性水平，对枢纽值与权威值进行加权，最终计算得到电网脆弱性，具体包括：
基于HITS算法进行电网脆弱性评估，得到元件i的枢纽值h(i)与权威值a(i)；
基于运行可靠性理论，采用改进的输电线运行可靠性模型，计算元件i的实时停运率；描述如下式：
式中，LRated为额定传输容量，LLimit为传输容量极限；d为当前运行条件下，输电线实测的潮流大小；λ0为输电线停运率历史统计平均值；k、c为形状系数，n为变化速率系数；Td为动作时限；λ(d)为输电线停运率；
根据输电线停运率，计算元件i的实时可靠度Ri(t)；
根据元件i的实时可靠度Ri(t)，计算电网脆弱性的可靠性加权值，所述可靠性加权值包括可靠性加权枢纽值hrw(i)和可靠性加权权威值arw(i)；
其中，元件i在此轮迭代中，权威值为所有指向元件i的元件枢纽值之和，采用下式计算：
at+1(i)＝∑ht(j)
元件i的枢纽值为该元件指向的元件的权威值之和，采用下式计算：
ht+1(i)＝∑at(j)
式中，t为迭代次数；j为元件编号；
at+1(i)为第t+1次迭代中元件i的权威值；ht+1(i)为第t+1次迭代中元件i的枢纽值；
所述可靠性加权权威值通过下式计算：
所述可靠性加权枢纽值通过下式计算：
式中，h(i)为元件i的枢纽值；a(i)为元件i的权威值；
a(i)与h(i)是at+1(i)与ht+1(i)的迭代后的收敛值。
2.根据权利要求1所述的一种考虑运行可靠性的电网脆弱性评估方法，其特征在于，元件i的实时可靠度Ri(t)通过下式计算：
R(t)＝e-λt
式中，t为时间；e为自然常数。
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