一種電網關鍵節點和關鍵支路的辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統分析領域，特別涉及一種電網關鍵節點和關鍵支路的辨識方 法。
【背景技術】
[0002] 近年來，世界范圍內頻發的由連鎖故障引起的大停電事故往往是由少量元件相繼 故障，繼而影響到電網該狀態下的關鍵節點和關鍵支路造成的。因此，辨識出電網實時狀態 下的關鍵節點和關鍵支路，加強對這些關鍵節點和關鍵支路的監視與保護，對提高電網強 度、降低停電事故的規模具有十分重要的意義。對于規模日益擴大的電網，利用復雜網絡 方法在電網的特性分析，以及關鍵節點和關鍵支路的辨識方面取得了很多有意義的成果， 但仍存在很多不足之處。各種領域的許多復雜系統都已用復雜網絡來進行描述，雖然建 模的方式各不相同，但其最基本的方法卻相同：即將網絡中個體與個體之間的聯系建立為 一個復雜網絡。文南犬《Reliability assessment to large-scale power grid based on small-world topological model》（作者：Ding M，Han P P ;來源：Proceedings ofthe 5th IEEE International Conference on Power System Technology. Chongqing :IEEE，2006 : 20-25)把支路阻抗作為距離權重，把支路潮流作為邊的權重，使建立的復雜網絡模型更接 近電網結構的物理特性，同時也考慮了電網運行參數，但忽略了兩者之間的聯系，僅作為兩 個獨立的參數使用。文獻《基于P、Q分解的有向加權拓撲模型下的電網脆弱性分析》（作 者：魏震波，劉俊勇，李俊等；來源：電力系統保護與控制，2010, 38 (24) :19-23)、《基于小 世界拓撲模型的大型電網脆弱性評估算法》（作者：丁明，韓平平；來源：電力系統自動化， 2006, 30 (8) :7-10)等采用了改進的最短路徑定義，即以任意2個節點間線路電抗值之和的 最小值代替最少邊數目。同時，文獻引入潮流作為支路權重，使介數的計算更符合電網的物 理特性，并在一定程度上同時考慮電網結構和潮流狀態的影響。但這些指標的計算大多是 基于潮流沿最短路徑傳輸的假設，且沒有深入探討電網潮流的狀態因素與電網結構之間的 關系。此外，以往的研究在建模過程中都忽略了電網中節點與支路的容量極限，不能反映容 量極限對電網運行的重要影響。
[0003] 專利方面，申請號為CN201310213277的專利《基于有功潮流介數的電力系統關鍵 節點辨識方法》給出了電網關鍵節點的辨識方法，通過計算電網各節點的有功潮流介數，在 一定程度上評價節點在電網中的關鍵程度，但存在評價角度較為單一的問題，有待進一步 完善。申請號為CN201310551784的專利《基于映射彈性勢能的電網關鍵支路識別方法》則 給出了電網關鍵支路的辨識方法，該專利基于電網的映射彈性網模型，計算支路N-I后電 網的映射彈性勢能的增量，從大到小進行排序，即得到電網支路的關鍵性排序，但僅從電網 彈性勢能的角度出發仍難以有效地評價電網的安全水平。
[0004] 潮流追蹤是指對一個特定的電網運行狀態，通過分析和計算，明確某個特定的負 荷是由哪些發電機供電、某個特定的發電機的功率輸送給哪些負荷，以及這兩個過程是通 過哪些輸電元件完成的。文獻《Tracing the flow ofelectricity》（作者：Bialek J ;來源： IEE Proceedings-Generation，Transmission and Distribution，1996,143(4) :313-320) 提出了基于上行潮流追蹤算法的電能傳輸路徑解析方法。
[0005] 本發明通過潮流追蹤解析出電網中發電節點與負荷節點間實際的電能傳輸路徑 來代替"最短路徑"，通過定義電能傳輸路徑的電氣路徑距離以及路徑傳輸能力，對已有的 電網復雜網絡模型進行了有效的改進，使其更符合電網實際的物理特性，從而為有效的分 析電網提供了更好的方法。基于改進的電網復雜網絡模型，從度數、介數方面建立了多角度 的系統的電網關鍵節點和關鍵支路評價指標，能辨識實時狀態下電網的關鍵節點和關鍵支 路。在此基礎上，有效監控、保護電網中的關鍵節點和關鍵支路，對于提尚電網強度、降低停 電事故規模有重要意義。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于，提供一種電網關鍵節點和關鍵支路的辨識方法，該方法從度 數、介數角度建立了電網關鍵節點和關鍵支路辨識的系列指標，綜合考量節點和支路在電 網連接中的樞紐作用、電能傳輸覆蓋的范圍以及承擔輸電任務的能力。通過對節點重要度 評價指標和支路重要度評價指標的計算，得到電網中各個節點和支路的重要度分布，然后 對各個節點和支路的重要度進行排序，選取重要度靠前的作為關鍵節點和關鍵支路，以便 加強對這些關鍵節點和關鍵支路的監視與保護，可提高電網強度、降低停電事故的規模。
[0007] 為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0008] -種電網關鍵節點和關鍵支路的辨識方法，該方法在有N個節點，M條支路的電網 中辨識出關鍵節點和關鍵支路，具體步驟如下：
[0009] a、計算各節點和各支路的有關指標：
[0010] al、計算每個節點的節點距離度du:
[0012] 其中，Cllj為節點i與節點j之間的支路的電氣距離，支路的電氣距離是指支路的 阻抗；
[0014] 1為與節點i直接相連的各支路的電氣距離之和；
[0015] a2、計算每個節點的節點能力度dCi:
[0017] 其中，Cl]為節點i與節點j之間的支路的傳輸能力，支路的傳輸能力是指支路的 傳輸極限；
[0018] dei為與節點i直接相連的各支路的傳輸能力之和；
[0019] a3、計算每個節點的節點樞紐介數私,：
[0021] 其中，G為電網中所有發電節點的集合，L為電網中所有負荷節點的集合;M(mn)為 連接節點m與節點η的電能傳輸路徑數，電能傳輸路徑是指連接某一發電節點與某一負荷 節點的由一條支路或多條首尾相連的支路組成的電能傳輸通道，采用潮流追蹤算法解析電 網的電能傳輸路徑；
[0023] ^4:為電網中經過節點i的電能傳輸路徑數與電網中電能傳輸路徑總數的比值；
[0024] a4、計算每個節點的節點距離介數每"
[0026] 其中，dmn(k)為連接節點m與節點η的第k條電能傳輸路徑的電氣路徑距離，電氣 路徑距離是指電能傳輸路徑各支路的電氣距離之和；wk為權重系數；
[0028] 其中，
為第k條電能傳輸路徑的傳輸功率；
[0029] 私即為電網中經過節點i的電能傳輸路徑的電氣路徑距離加權和與電網中所有 電能傳輸路徑的電氣路徑距離加權和的比值；
[0030] a5、計算每個節點的節點能力介數私：
[0032] 其中，cmn (k)為連接節點m與節點η的第k條電能傳輸路徑的路徑傳輸能力，路徑 傳輸能力是指電能傳輸路徑各支路傳輸能力的最小值；
[0033] 略即為電網中經過節點i的電能傳輸路徑的路徑傳輸能力加權和與電網中所有 電能傳輸路徑的路徑傳輸能力加權和的比值；
[0034] a6、計算每條支路的支路樞紐介數給?
[0036]其中，
[0038] 即為電網中經過支路e的電能傳輸路徑數與電網中電能傳輸路徑總數的比 值；
[0039] a7、計算每條支路的支路距離