CN113688491B - 一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法 - Google Patents

一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，步骤是：S1：获取电力系统数据信息；S2：构造自对偶双向图；S3：建立故障断线模型；S4：计算断线敏感因子；S5：计算改进介数中心性指标；S6：计算关联结构洞特性指标；S7：计算归一化后的改进介数中心性指标；S8：计算归一化后的关联结构洞特性指标；S9：计算分配权重系数；S10：计算节点vi的综合性指标脆弱势能；S11：计算节点vi+1的综合性指标脆弱势能；S12：计算所有节点的综合性指标脆弱势能；S13：对脆弱势能降序排列，得到优先保护集合；该方法能实现电网脆弱线路的有效辨识，解决电网故障发生后输电线路间关联性问题，降低连锁故障的发生概率。

Description

一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法
技术领域
本发明涉及电力系统安全稳定运行技术领域，特别是涉及到一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法。
背景技术
电力系统是现代社会最复杂的网络之一，是为所有系统稳定运行提供电力的重要基础设施。随着全球能源互联网的迅速发展，促进了电网规模和功能的动态演化，电网的互联是未来发展趋势，但是大规模的互联对电网的稳定运行标准进一步提高。从以往大停电事故报告中可以看出，连锁故障的发生往往是由于威胁因素使得某一元件故障，引起电力系统中潮流重新分配，进而导致一系列线路过载事件的发生。除电力系统内部本身的演化对电力系统造成威胁以外，威胁因素还包括但不限于传统自然灾害(地震，台风，雪灾等)，偶发性事故(元件故障，保护失效，人为误操作等)以及网络攻击等恶意袭击。因此为保证电网的安全高效稳定运行，研究电力系统的脆弱性仍然是目前的电力建设关键问题之一。
目前电力系统脆弱性评估分析方法中，主要分为运行状态脆弱性评估和拓扑结构脆弱性。运行状态脆弱性评估基于系统暂态稳态的电气量特性，即分析了当脆弱支路故障发生时电网物理特性的改变导致的电气量参数变化；拓扑结构脆弱性评估分析了当脆弱支路故障发生时对网络结构造成的冲击，以及刻画了此时的网络拓扑特性。
虽然以系统暂稳态为依据构建的指标能真实有效地反映元件在电网中所占据的作用，但是以暂态为基础的指标计算所分析的是高纬度、非线性的大规模复杂电网，其具有较高的计算复杂度和时间复杂度，难以实现在线评估应用。纯粹的拓扑结构指标则忽略了电网的电气量特性而仅依靠复杂网络指标对其线路脆弱程度排序，不能真实地反映输电线路在电网中的关键作用。因此，脆弱线路的辨识需要进一步综合电力系统状态和复杂网络特性，构建一种新的评估体系具有重要的理论学术和工程应用意义。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，该方法结合电网线路间相关强度和关联结构洞特性，从全局和局部角度建立了脆弱势能指标模型，构建了一种能快速准确识别电力系统脆弱线路的指标评价体系，该方法能够实现电网脆弱线路的有效辨识，解决电网故障发生后输电线路间关联性问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，具体包括以下步骤：
S1：对电力系统运行进行监测，获取被监测系统的数据信息，包括电力系统运行状态参数、拓扑连接参数、线路电气参数；
S2：根据所述拓扑连接参数利用复杂网络理论构造相应的电网拓扑模型，并将所述电网拓扑模型转换成为一个只有节点和支路的自对偶双向图G＝(V，B)，将电力系统脆弱线路的辨识转换为自对偶双向图的关键节点排序，所述自对偶双向图中V表示节点集合，由电网中的发电机，变压器或负荷抽象而成，所述节点集合V为：
Figure BDA0003242290950000021
式(1)中
Figure BDA0003242290950000022
表示电网的输电线路，
Figure BDA0003242290950000023
表示电网中的输电线路数，
所述自对偶双向图中B表示支路集合，B中元素表示输电线路之间的连接关系，所述支路集合B为：
Figure BDA0003242290950000031
式(2)中
Figure BDA00032422909500000318
表示电网输电线路集合，
Figure BDA0003242290950000032
表示节点vi和节点vj的关联分量，其值取决于两个节点是否存在邻接关系；
S3：基于S2中自对偶双向图，根据S1中获取的电力系统运行状态参数计算潮流转移分布因子矩阵
Figure BDA0003242290950000033
并建立故障断线模型，所述潮流转移因子矩阵
Figure BDA0003242290950000034
的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000035
式(3)中XL表示电网线路电抗矩阵，MT表示线路的节点支路关联矩阵的转置，XB表示电网节点电抗矩阵；
S4：计算节点vi的脆弱指标，利用所述故障断线模型执行N-1预想事故，构造断线敏感因子
Figure BDA0003242290950000036
断线敏感因子
Figure BDA0003242290950000037
描述的是系统中线路
Figure BDA0003242290950000038
开断后，其余线路受断线影响后的有功功率的转移分布情况，当断线后其余线路的潮流收敛时，利用所述断线敏感因子
Figure BDA0003242290950000039
定义相邻节点vi到vj的支路bij的关联强度
Figure BDA00032422909500000310
所述断线敏感因了
Figure BDA00032422909500000311
的计算公式为：
Figure BDA00032422909500000312
式(4)中Pi j表示N-1预想事故下线路j开断后线路i的潮流，
Figure BDA00032422909500000314
表示线路j的初始潮流，
Figure BDA00032422909500000315
表示所述潮流转移分布因子矩阵的第i行元素，Mj表示线路j的节点支路关联向量，
Figure BDA00032422909500000316
表示所述潮流转移分布因子矩阵的第j行元素，
Figure BDA00032422909500000317
表示电网中的母线数量，
S5：从全局角度分析自对偶双向图节点的关键程度，在考虑节点间电气距离的情况下，修改介数中心性最短路径的定义得到改进介数中心性指标WBC(i)，用于描述节点vi在自对偶双向图中控制信息传递路径的相对全局性关键地位，所述改进介数中心性WBC(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000041
式(5)中
Figure BDA0003242290950000042
表示从节点vs到vt的最短电气距离数目，
Figure BDA0003242290950000043
表示从节点vs到vt的最短电气距离经过节点vi的数目，
所述节点vs到vt的最短电气距离
Figure BDA0003242290950000044
的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000045
式(6)中
Figure BDA0003242290950000046
表示节点vs到
Figure BDA00032422909500000410
的电气距离，
Figure BDA00032422909500000411
是属于节点vs到vt的路径上的中间节点；
S6：从局部角度分析自对偶双向图节点的关键程度，利用复杂网络中的结构洞指标量化节点的局部拓扑特征，将原始无权无向结构洞定义拓展到加权有向结构洞，所述加权有向结构洞的连接权重用相邻节点间关联强度表示，并且
Figure BDA0003242290950000047
由此得到节点vi改进后的关联结构洞特性指标CSH(i)，所述关联结构洞特性指标CSH(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000048
式(7)中
Figure BDA0003242290950000049
表示节点vi形成结构洞时，节点vj施加的约束，sij表示节点vi为维系与节点vj的连接关系而做出的贡献占总贡献之比，siq和sqj分别表示节点vi和节点vj为维系与共同邻居节点vq所做出的贡献占总贡献之比；
S7：将S5中得到的改进介数中心性指标WBC(i)归一化，得到归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)，所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000051
S8：将S6中得到的关联结构洞特性指标CSH(i)归一化，得到归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)，所述归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000052
S9：为全面地评估电力系统脆弱特性，基于所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)和归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)的仿真结果，分别对WBC*(i)和CSH*(i)施加分配权重系数μ和ζ，所述分配权重系数μ的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000053
式(10)中，avg(·)表示平均函数，var(·)表示方差函数，
所述分配权重系数ζ的计算公式为：
ζ＝1-μ (11)
S10：由于不同电网的运行状态和拓扑结构具有差异性，因此，根据S9计算出来的分配权重系数μ和ζ，对所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)和归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)进行加权求和，得到节点vi的综合性指标脆弱势能VPE(i)，所述节点vi的综合性指标脆弱势能VPE(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000054
S11：返回S4至S10，计算节点vi+1的综合性指标脆弱势能VPE(i+1)；
S12：重复S11，遍历节点集合V中所有节点，得到节点集合V中所有节点的综合性指标脆弱势能；
S13：根据各节点综合性指标脆弱势能值的大小进行降序排列，确定需加强保护的输电线路的顺序，选取排名靠前的NP条线路，依次添加到优先保护集合中，得到优先保护集合P。
进一步的，所述电力系统运行状态参数包括发电机注入功率及其线路载荷情况，所述拓扑连接参数包括母线数量、输电线路数量、母线与输电线路之间的连接情况，所述线路电气参数包括线路电抗矩阵。
进一步的，所述节点vi和节点vj的关联分量
Figure BDA0003242290950000061
为：
Figure BDA0003242290950000062
式(13)中Φ(·)表示映射算子，当输电线路
Figure BDA0003242290950000063
和输电线路
Figure BDA0003242290950000064
相邻接时，即
Figure BDA0003242290950000065
时，
Figure BDA0003242290950000066
取关联强度
Figure BDA0003242290950000067
否则取0。
进一步的，所述线路j的初始潮流
Figure BDA0003242290950000068
应满足的等式条件为：
Figure BDA0003242290950000069
式(14)中
Figure BDA00032422909500000610
表示线路j注入潮流，
进一步的，所述关联强度
Figure BDA00032422909500000611
的计算公式为：
Figure BDA00032422909500000612
式(15)中NCC(i，j)表示节点vi和vj相关分量，
Figure BDA00032422909500000613
表示由于节点vj的移除而受冲击的其余节点集合。
进一步的，所述节点vi和vj相关分量NCC(i，j)为：
Figure BDA00032422909500000614
式(16)中Pi ini表示节点vi的初始潮流，
Figure BDA0003242290950000072
表示由于节点vi的移除而受冲击的其余节点集合，ΔPi，j表示节点vi和vj的初始潮流之比，Pi max表示节点vi最大能承载的潮流。
进一步的，所述节点vi为维系与节点vj的连接关系而做出的贡献占总贡献之比sij的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000074
式(17)中Γ(vi)表示节点vi所有邻居节点集合。
进一步的，所述优先保护集合
Figure BDA0003242290950000075
本发明综合考虑网络拓扑结构、电力系统运行状态、线路故障关联特性对脆弱性的影响，从系统全局和局部两个角度全面地对输电线路进行脆弱性评估，并通过电网映射成的自对偶双向图将电力系统脆弱线路的辨识问题转变成自对偶双向图的关键节点排序问题。与现有的技术相比，本发明有益的效果为：
(1)采用改进介数中心性和关联结构洞建立新的脆弱性评价体系，比介数中心性和结构洞两个指标的传统定义更加注重电力系统本身的电气特性，从而对所有线路进行准确地脆弱性排序。
(2)采用本发明提出的方法，选取优先保护集合，对排名靠前的线路施加保护，能有效地降低连锁故障的发生概率，帮助调度员制定正确的策略，提高系统的鲁棒性。
附图说明
图1为融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法的流程图；
图2为通过映射转换后IEEE 14节点系统的自对偶双向图；
图3为故障断线模型；
图4为复杂网络介数中心性特征描述示意图；
图5为复杂网络结构洞特征描述示意图；
图6为IEEE 39节点系统依次断开优先保护集合线路后的极大连通系数仿真结果。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
S1：对电力系统运行进行监测，获取被监测系统的数据信息，包括电力系统运行状态参数、拓扑连接参数、线路电气参数；
S2：根据所述拓扑连接参数利用复杂网络理论构造相应的电网拓扑模型，并将所述电网拓扑模型转换成为一个只有节点和支路的自对偶双向图G＝(V，B)，将电力系统脆弱线路的辨识转换为自对偶双向图的关键节点排序，如图2所示，以IEEE14节点系统为例，所述自对偶双向图中V表示节点集合，由电网中的发电机，变压器或负荷抽象而成，所述节点集合V为：
Figure BDA0003242290950000081
式(1)中
Figure BDA0003242290950000082
表示电网的输电线路，
Figure BDA0003242290950000083
表示电网中的输电线路数，
所述自对偶双向图中B表示支路集合，B中元素表示输电线路之间的连接关系，所述支路集合B为：
Figure BDA0003242290950000091
式(2)中
Figure BDA0003242290950000092
表示电网输电线路集合，
Figure BDA0003242290950000093
表示节点vi和节点vj的关联分量，其值取决于两个节点是否存在邻接关系；
S3：基于S2中自对偶双向图，根据S1中获取的电力系统运行状态参数计算潮流转移分布因子矩阵
Figure BDA0003242290950000094
并建立故障断线模型，如图3所示，母线
Figure BDA0003242290950000095
到
Figure BDA0003242290950000096
的线路
Figure BDA0003242290950000097
的初始潮流为
Figure BDA0003242290950000098
从母线
Figure BDA0003242290950000099
注入额外潮流
Figure BDA00032422909500000910
和
Figure BDA00032422909500000911
流出
Figure BDA00032422909500000912
当
Figure BDA00032422909500000913
时，线路
Figure BDA00032422909500000914
的潮流等于0，等效于线路
Figure BDA00032422909500000915
断开，所述潮流转移因子矩阵
Figure BDA00032422909500000916
的计算公式为：
Figure BDA00032422909500000917
式(3)中XL表示电网线路电抗矩阵，MT表示线路的节点支路关联矩阵的转置，XB表示电网节点电抗矩阵；
S4：计算节点vi的脆弱指标，利用所述故障断线模型执行N-1预想事故，构造断线敏感因子
Figure BDA00032422909500000918
断线敏感因子
Figure BDA00032422909500000919
描述的是系统中线路
Figure BDA00032422909500000920
开断后，其余线路受断线影响后的有功功率的转移分布情况，当断线后其余线路的潮流收敛时，利用所述断线敏感因子
Figure BDA00032422909500000921
定义相邻节点vi到vj的支路bij的关联强度
Figure BDA00032422909500000922
所述断线敏感因子
Figure BDA00032422909500000923
的计算公式为：
Figure BDA00032422909500000924
式(4)中
Figure BDA00032422909500000925
表示N-1预想事故下线路j开断后线路i的潮流，
Figure BDA00032422909500000926
表示线路j的初始潮流，
Figure BDA00032422909500000927
表示所述潮流转移分布因子矩阵的第i行元素，Mj表示线路j的节点支路关联向量，
Figure BDA00032422909500000928
表示所述潮流转移分布因子矩阵的第j行元素，
Figure BDA00032422909500000929
表示电网中的母线数量，
S5：从全局角度分析自对偶双向图节点的关键程度，采用介数中心性指标，如图4所示，虽然节点vi的度数不是最高的，但是当节点vj，vk和vs所连接的三部分灰色节点相互传输时都必然要经过节点vi，当去掉节点vi后会造成网络传输的严重缺失，因此，在考虑节点间电气距离的情况下，修改介数中心性最短路径的定义得到改进介数中心性指标WBC(i)，用于描述节点vi在自对偶双向图中控制信息传递路径的相对全局性关键地位，所述改进介数中心性WBC(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000101
式(5)中
Figure BDA0003242290950000102
表示从节点vs到vt的最短电气距离数目，
Figure BDA0003242290950000103
表示从节点vs到vt的最短电气距离经过节点vi的数目，
所述节点vs到vt的最短电气距离
Figure BDA0003242290950000104
的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000105
式(6)中
Figure BDA0003242290950000106
表示节点vs到
Figure BDA0003242290950000107
的电气距离，
Figure BDA0003242290950000108
是属于节点vs到vt的路径上的中间节点；
S6：从局部角度分析自对偶双向图节点的关键程度，利用复杂网络中的结构洞指标量化节点的局部拓扑特征，如图5(a)所示，节点vi作为中间节点，其邻居节点之间没有任何冗余连接，当节点vq和vj之间建立连接关系时，形成了连通三角形如图5(b)所示，所以节点vq和vj进行传输时，可以通过vq→vi→vj或者vq→vj，由此削减了节点vi的重要程度，实际电网中元件存在电气耦合关系，因此将原始无权无向结构洞定义拓展到加权有向结构洞，所述加权有向结构洞的连接权重用相邻节点间关联强度表示，并且
Figure BDA0003242290950000109
由此得到节点vi改进后的关联结构洞特性指标CSH(i)，所述关联结构洞特性指标CSH(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000111
式(7)中
Figure BDA0003242290950000112
表示节点vi形成结构洞时，节点vj施加的约束，sij表示节点vi为维系与节点vj的连接关系而做出的贡献占总贡献之比，siq和sqj分别表示节点vi和节点vj为维系与共同邻居节点vq所做出的贡献占总贡献之比；
S7：将S5中得到的改进介数中心性指标WBC(i)归一化，得到归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)，所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000113
S8：将S6中得到的关联结构洞特性指标CSH(i)归一化，得到归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)，所述归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000114
S9：为全面地评估电力系统脆弱特性，基于所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)和归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)的仿真结果，分别对WBC*(i)和CSH*(i)施加分配权重系数μ和ζ，所述分配权重系数μ的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000115
式(10)中，avg(·)表示平均函数，var(·)表示方差函数，
所述分配权重系数ζ的计算公式为：
ζ＝1-μ (11)
S10：由于不同电网的运行状态和拓扑结构具有差异性，因此，根据S9计算出来的分配权重系数μ和ζ，对所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)和归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)进行加权求和，得到节点vi的综合性指标脆弱势能VPE(i)，所述节点vi的综合性指标脆弱势能VPE(i)的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000121
S11：返回S4至S10，计算节点vi+1的综合性指标脆弱势能VPE(i+1)；
S12：重复S11，遍历节点集合V中所有节点，得到节点集合V中所有节点的综合性指标脆弱势能；
S13：根据各节点综合性指标脆弱势能值的大小进行降序排列，确定需加强保护的输电线路的顺序，选取排名靠前的NP条线路，依次添加到优先保护集合中，得到优先保护集合P。
所述电力系统运行状态参数包括发电机注入功率及其线路载荷情况，所述拓扑连接参数包括母线数量、输电线路数量、母线与输电线路之间的连接情况，所述线路电气参数包括线路电抗矩阵。
所述节点vi和节点vj的关联分量
Figure BDA0003242290950000122
为：
Figure BDA0003242290950000123
式(13)中Φ(.)表示映射算子，当输电线路
Figure BDA0003242290950000124
和输电线路
Figure BDA0003242290950000125
相邻接时，即
Figure BDA0003242290950000126
时，
Figure BDA0003242290950000127
取关联强度
Figure BDA0003242290950000128
否则取0。
所述线路j的初始潮流
Figure BDA0003242290950000129
应满足的等式条件为：
Figure BDA00032422909500001210
式(14)中
Figure BDA00032422909500001211
表示线路j注入潮流，
所述关联强度
Figure BDA00032422909500001212
的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000131
式(15)中NCC(i，j)表示节点vi和vj相关分量，
Figure BDA0003242290950000132
表示由于节点vi的移除而受冲击的其余节点集合。
所述节点vi和vj相关分量NCC(i，j)为：
Figure BDA0003242290950000133
式(16)中Pi ini表示节点vi的初始潮流，
Figure BDA0003242290950000135
表示由于节点vi的移除而受冲击的其余节点集合，ΔPi，j表示节点vi和vj的初始潮流之比，Pi max表示节点vi最大能承载的潮流。
所述节点vi为维系与节点vj的连接关系而做出的贡献占总贡献之比sij的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000137
式(17)中Γ(vi)表示节点vi所有邻居节点集合。
所述节点vi为维系与节点vj共同邻居节点vq的连接关系而做出的贡献占总贡献之比siq的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000138
所述节点vj为维系与节点vi共同邻居节点vq的连接关系而做出的贡献占总贡献之比sqj的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000139
式(19)中Γ(vj)表示节点vj所有邻居节点集合。
所述优先保护集合
Figure BDA0003242290950000141
依次断开优先保护集合P中的线路，根据极大连通系数和剩余负荷百分比验证脆弱势能与其他方法的效果，并与其他方法进行比较，第x条线路开断后的极大连通系数的ψx的计算公式为：
Figure BDA0003242290950000142
其中
Figure BDA0003242290950000143
表示当前断线阶段极大连通分量中母线数量。
如图6所示，在IEEE 39节点系统下仿真，利用本发明提出的融合结构洞的脆弱是能排序方法与复杂网络度指标方法，参考下述文献[1]和[2]所用方法以及随机断线方法做比较可知，本发明指标脆弱势能的极大连通系数低于文献[1]和[2]中的指标，结果采用本发明提出的方法更能对系统中的脆弱线路准确评估，因此本发明在对优先保护线路的辨识上具有实用性。
用到的参考文献包括：
[1]复杂电网的关键输电线路识别(Identification of Critical TransmissionLines in Complex Power Networks，刊名：Energies)
[2]基于PageRank改进算法的电网脆弱线路快速辨识(二)：影响因素分析(Rapididentification of vulnerable lines in power grid using modified PageRankalgorithm Part II factors affecting identification results，刊名：中国电机工程学报)

Claims (8)

1.一种融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对电力系统运行进行监测，获取被监测系统的数据信息，包括电力系统运行状态参数、拓扑连接参数、线路电气参数；
S2：根据所述拓扑连接参数利用复杂网络理论构造相应的电网拓扑模型，并将所述电网拓扑模型转换成为一个只有节点和支路的自对偶双向图G＝(V，B)，将电力系统脆弱线路的辨识转换为自对偶双向图的关键节点排序，所述自对偶双向图中V表示节点集合，所述节点集合V为：
Figure FDA0003242290940000011
式(1)中
Figure FDA0003242290940000012
表示电网的输电线路，
Figure FDA0003242290940000013
表示电网中的输电线路数，
所述自对偶双向图中B表示支路集合，所述支路集合B为：
Figure FDA0003242290940000014
式(2)中
Figure FDA0003242290940000015
表示电网输电线路集合，
Figure FDA0003242290940000016
表示节点vi和节点vj的关联分量，其值取决于两个节点是否存在邻接关系；
S3：基于S2中自对偶双向图，根据S1中获取的电力系统运行状态参数计算潮流转移分布因子矩阵
Figure FDA0003242290940000017
并建立故障断线模型，所述潮流转移因子矩阵
Figure FDA0003242290940000018
的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000019
式(3)中XL表示电网线路电抗矩阵，MT表示线路的节点支路关联矩阵的转置，XB表示电网节点电抗矩阵；
S4：计算节点vi的脆弱指标，利用所述故障断线模型执行N-1预想事故，构造断线敏感因子
Figure FDA00032422909400000110
当断线后其余线路的潮流收敛时，利用所述断线敏感因子
Figure FDA00032422909400000111
定义相邻节点vi到vj的支路bij的关联强度
Figure FDA00032422909400000112
所述断线敏感因子
Figure FDA00032422909400000113
的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000021
式(4)中
Figure FDA0003242290940000022
表示N-1预想事故下线路j开断后线路i的潮流，
Figure FDA0003242290940000023
表示线路j的初始潮流，
Figure FDA0003242290940000024
表示所述潮流转移分布因子矩阵的第i行元素，Mj表示线路j的节点支路关联向量，
Figure FDA0003242290940000025
表示所述潮流转移分布因子矩阵的第j行元素，
Figure FDA0003242290940000026
表示电网中的母线数量；
S5：从全局角度分析自对偶双向图节点的关键程度，在考虑节点间电气距离的情况下，修改介数中心性最短路径的定义得到改进介数中心性指标WBC(i)，所述改进介数中心性WBC(i)的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000027
式(5)中
Figure FDA0003242290940000028
表示从节点vs到vt的最短电气距离数目，
Figure FDA0003242290940000029
表示从节点vs到vt的最短电气距离经过节点vi的数目，
所述节点vs到vt的最短电气距离
Figure FDA00032422909400000210
的计算公式为：
Figure FDA00032422909400000211
式(6)中
Figure FDA00032422909400000212
表示节点vs到
Figure FDA00032422909400000213
的电气距离，
Figure FDA00032422909400000214
是属于节点vs到vt的路径上的中间节点；
S6：从局部角度分析自对偶双向图节点的关键程度，利用复杂网络中的结构洞指标量化节点的局部拓扑特征，将原始无权无向结构洞定义拓展到加权有向结构洞，所述加权有向结构洞的连接权重用相邻节点间关联强度表示，并且
Figure FDA00032422909400000215
由此得到节点vi改进后的关联结构洞特性指标CSH(i)，所述关联结构洞特性指标CSH(i)的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000031
式(7)中
Figure FDA0003242290940000032
表示节点vi形成结构洞时，节点vj施加的约束，sij表示节点vi为维系与节点vj的连接关系而做出的贡献占总贡献之比，siq和sqj分别表示节点vi和节点vj为维系与共同邻居节点vq所做出的贡献占总贡献之比；
S7：将S5中得到的改进介数中心性指标WBC(i)归一化，得到归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)，所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000033
S8：将S6中得到的关联结构洞特性指标CSH(i)归一化，得到归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)，所述归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000034
S9：基于所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)和归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)的仿真结果，分别对WBC*(i)和CSH*(i)施加分配权重系数μ和ζ，所述分配权重系数μ的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000035
式(10)中，avg(·)表示平均函数，var(·)表示方差函数，
所述分配权重系数ζ的计算公式为：
ζ＝1-μ (11)
S10：根据S9计算出来的分配权重系数μ和ζ，对所述归一化后的改进介数中心性指标WBC*(i)和归一化后的关联结构洞特性指标CSH*(i)进行加权求和，得到节点vi的综合性指标脆弱势能VPE(i)，所述节点vi的综合性指标脆弱势能VPE(i)的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000041
S11：返回S4至S10，计算节点vi+1的综合性指标脆弱势能VPE(i+1)；
S12：重复S11，遍历节点集合V中所有节点，得到节点集合V中所有节点的综合性指标脆弱势能；
S13：根据各节点综合性指标脆弱势能值的大小进行降序排列，选取排名靠前的NP条线路，依次添加到优先保护集合中，得到优先保护集合P。
2.根据权利要求1所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述电力系统运行状态参数包括发电机注入功率及其线路载荷情况，所述拓扑连接参数包括母线数量、输电线路数量、母线与输电线路之间的连接情况，所述线路电气参数包括线路电抗矩阵。
3.根据权利要求2所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述节点vi和节点vj的关联分量
Figure FDA0003242290940000042
为：
Figure FDA0003242290940000043
式(13)中Φ(·)表示映射算子，当输电线路
Figure FDA0003242290940000044
和输电线路
Figure FDA0003242290940000045
相邻接时，即
Figure FDA0003242290940000046
时，
Figure FDA0003242290940000047
取关联强度
Figure FDA0003242290940000048
否则取0。
4.根据权利要求3所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述线路j的初始潮流
Figure FDA0003242290940000049
应满足的等式条件为：
Figure FDA00032422909400000410
式(14)中
Figure FDA0003242290940000051
表示线路j注入潮流。
5.根据权利要求4所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述关联强度
Figure FDA0003242290940000052
的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000053
式(15)中NCC(i，j)表示节点vi和vj相关分量，
Figure FDA0003242290940000054
表示由于节点vj的移除而受冲击的其余节点集合。
6.根据权利要求5所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述节点vi和vj相关分量NCC(i，j)为：
Figure FDA0003242290940000055
式(16)中Pi ini表示节点vi的初始潮流，
Figure FDA0003242290940000056
表示由于节点vi的移除而受冲击的其余节点集合，ΔPi，j表示节点vi和vj的初始潮流之比，Pi max表示节点vi最大能承载的潮流。
7.根据权利要求6所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述节点vi为维系与节点vj的连接关系而做出的贡献占总贡献之比sij的计算公式为：
Figure FDA0003242290940000057
式(17)中Γ(vi)表示节点vi所有邻居节点集合。
8.根据权利要求7所述融合关联结构洞的复杂电网优先保护集合确定方法，其特征在于，所述优先保护集合
Figure FDA0003242290940000058
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767848A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 西南交通大学 一种电力系统脆弱线路辨识及连锁故障预防方法
CN111160716A (zh) * 2019-12-10 2020-05-15 国网经济技术研究院有限公司 基于潮流介数的大电网脆弱性评估方法
CN113285828A (zh) * 2021-05-19 2021-08-20 湖南经研电力设计有限公司 复杂网络关键节点辨识方法及其电网关键节点辨识方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170214242A1 (en) * 2014-07-02 2017-07-27 North Carolina A&T State University System and method for assessing smart power grid networks

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767848A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 西南交通大学 一种电力系统脆弱线路辨识及连锁故障预防方法
CN111160716A (zh) * 2019-12-10 2020-05-15 国网经济技术研究院有限公司 基于潮流介数的大电网脆弱性评估方法
CN113285828A (zh) * 2021-05-19 2021-08-20 湖南经研电力设计有限公司 复杂网络关键节点辨识方法及其电网关键节点辨识方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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《电力系统脆弱性评估综述》;林攀 等;《智慧电力》;20210120;第49卷(第1期);正文第22-28页 *

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