一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法技术

本发明专利技术公开了属于电网脆弱性评估领域的一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法。针对待评估电网，求取潮流方程的雅克比矩阵，并对该矩阵进行奇异值分解，求取最小奇异值对系统状态变量的灵敏度；根据隐函数求导规则，获取最小奇异值对控制变量的灵敏度；挑选出最小奇异值对节点输入有功功率的灵敏度，并对该数据向量归一化；根据信息熵定义，并结合加权熵理论，求取本发明专利技术方法定义的雅克比矩阵最小奇异值灵敏度熵；利用考虑可信度的犹豫模糊决策法，综合潮流熵、最小奇异值、最小奇异值灵敏度熵3个指标定义电网脆弱性综合评估指标。本发明专利技术能够评估多状态下电网脆弱性，也能够有效地辨识电网的脆弱环节。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法
本专利技术属于电网脆弱性评估
，特别涉及一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法。
技术介绍
近些年，世界范围内发生了较多的连锁故障大面积停电事故，其与电网脆弱环节有紧密联系，因此，电网脆弱性评估与脆弱环节辨识已成为国内外学者关注的焦点，既有助于把握电网脆弱性随系统运行变化的规律，又能够筛选出电网脆弱环节，对预防连锁故障具有重要意义。目前，电网脆弱性评估方法模型主要有基于复杂网络理论的模型、基于事故链理论的模型。利用复杂网络理论对电网脆弱性的评估主要考虑了系统的网络拓扑模型，从静态电网结构的角度进行评估，未计及电网参数或电气特征，一些学者逐渐引入线路电抗指标、直流潮流计算的电气介数、元件可靠性参数等进行改进，使评估模型更符合电力系统的实际。基于连锁故障事故链的评估模型多用于分析连锁故障发生过程中的脆弱环节，这些研究有助于认识连锁故障演化规律，主要有基于蒙特卡罗理论仿真分析的电网连锁故障模型，结合事故链集合和结构重要度评估电网脆弱性，以及基于风险理论和保护事故链模型的电网脆弱性评估模型，该类方法的物理意义明确，但适用于离线情况下评估电网的脆弱性。针对现有电网脆弱性评估方法存在的不足，本专利技术目的是提供一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法。电网脆弱性不仅取决于线路潮流分布等结构信息，也应计及直接影响电网正常输电的系统电压稳定性。本专利技术的最小奇异值灵敏度熵综合灵敏度和信息熵表征了系统电压承受负荷波动的能力，此外，综合潮流熵、最小奇异值和最小奇异值灵敏度熵建立的电网脆弱性评估模型也可用于辨识系统脆弱环节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法，包括如下步骤：1)对于有p个独立节点、q个PV节点的电力系统，求取潮流方程的雅克比矩阵，表达式为：式(1)中，P为节点注入功率；θ为节点电压功角差；U为节点电压。2)对式(1)的雅克比矩阵进行奇异值分解，表达式为：式(2)中，若J∈Pc×c，V和U均为c×c的正交矩阵；Λ为奇异值δi(i＝1，2，…，c)组成的非负对角阵；vi和ui分别为V和U中δi所对应列向量。3)求取最小奇异值对状态变量xk(k＝1，2，…，2(p-1))的灵敏度，表达式为：式(3)中，V和U为式(2)中的正交矩阵；为雅克比矩阵对状态变量的偏导数，ei和fi分别为节点i的电压实部和虚部。4)根据隐函数的求导规则，式(3)可表达为：式(4)中，yj(j＝1，2，…，2(p-1))为系统的控制变量。式(4)的矩阵形式表达为：式(5)中，X＝[x1，x2，…，x2(p-1)]Y＝[P1，Q1，…，P(p-q-1)，Q(p-q-1)，Pp-q，Vp-q，…，Pp-1，Vp-1]5)对式(5)进行转换，得到最小奇异值对控制变量的灵敏度为：6)在无功补偿充足的情况下，可假设PQ节点的无功功率与PV节点的电压值能够保持。那么，考虑节点有功功率对最小奇异值灵敏度的影响，基于式(6)获取最小奇异值对节点i有功功率的灵敏度为：式(7)中，i＝1，2，…，p-1。7)对式(7)灵敏度值归一化，表达式为：8)根据信息熵定义，结合加权熵理论，求取本专利技术方法定义的潮流方程雅克比矩阵的最小奇异值灵敏度熵。9)综合最小奇异值灵敏度熵、最小奇异值和潮流熵3个指标共同表征电网脆弱性。所述最小奇异值灵敏度熵，计算公式如下：Hs基于加权熵理论将最小奇异值灵敏度平均值加权到信息熵中，其中，最小奇异值灵敏度平均值绝对值越大，说明系统节点功率增大后致使最小奇异值快速减小，系统安全性相对越低；反之，说明最小奇异值应对系统节点功率变化能力越强，系统安全性相对越高。在相同的最小奇异值灵敏度平均值下，由信息熵理论可知，Hs越大，最小奇异值灵敏度值分布越不均衡，系统中某些节点功率随机变化将对系统最小奇异值的冲击非常大，系统电压稳定性风险越高；反之，系统电压安全性相对越高，系统运行状态相对越安全。因此，Hs越大，电网脆弱性越严重；反之，系统当前运行状态面临负荷冲击风险越小。所述综合最小奇异值灵敏度熵、最小奇异值和潮流熵3个指标共同表征电网脆弱性计算电网脆弱性综合指标的步骤为：步骤301：潮流熵为成本型指标，则第k个运行状态归一化后的潮流熵为：式(10)中，N为电网的运行状态数，H′IN(k)为第k个运行状态的潮流熵。步骤302：最小奇异值为效益型指标，则第k个运行状态归一化后的最小奇异值为：式(11)中，δ′min(k)为第k个运行状态的最小奇异值。步骤303：最小奇异值灵敏度熵为成本型指标，则第k个运行状态归一化后的最小奇异值灵敏度熵为：式(12)中，H′s(k)为第k个运行状态的最小奇异值灵敏度熵。步骤304：对于第k个运行状态，电网的脆弱性综合评估指标为：η(k)＝ω1HIN(k)+ω2δmin(k)+ω3Hs(k)(13)式(13)中，ω1为潮流熵影响权重因子；ω2为最小奇异值影响权重因子；ω3为最小奇异值灵敏度熵影响权重因子。本专利技术的有益效果是弥补了最小奇异值在表征系统节点的电压稳定时存在的局限性，提出了一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法，该方法综合最小奇异值、潮流熵和最小奇异值灵敏度熵3个指标共同表征电网脆弱性，以便于评估电网脆弱性或者辨识电网脆弱环节。附图说明图1为一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法流程图。图2为IEEE39节点系统接线图。图3为IEEE39节点系统攻击仿真图。具体实施方式本专利技术提出一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作详细说明。图1所示为一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法流程图，包括如下步骤：1)对于有p个独立节点、q个PV节点的电力系统，求取潮流方程的雅克比矩阵，表达式为：式(1)中，P为节点注入功率；θ为节点电压功角差；U为节点电压。2)对式(1)的雅克比矩阵进行奇异值分解，表达式为：式(2)中，若J∈Pc×c，V和U均为c×c的正交矩阵；Λ为奇异值δi(i＝1，2，…，c)组成的非负对角阵；vi和ui分别为V和U中δi所对应列向量。3)求取最小奇异值对状态变量xk(k＝1，2，…，2(p-1))的灵敏度，表达式为：式(3)中，V和U为式(2)中的正交矩阵；为雅克比矩阵对状态变量的偏导数，ei和fi分别为节点i的电压实部和虚部。4)根据隐函数的求导规则，式(3)可表达为：式(4)中，yj(j＝1，2，…，2(p-1))为系统的控制变量。式(4)的矩阵形式表达为：式(5)中，X＝[x1，x2，…，x2(p-1)]Y＝[P1，Q1，…，P(p-q-1)，Q(p-q-1)，Pp-q，Vp-q，…，Pp-1，Vp-1]5)对式(5)进行转换，得到最小奇异值对控制变量的灵敏度为：6)在无功补偿充足的情况下，可假设PQ节点的无功功率与PV节点的电压值能够保持。那么，考虑节点有功功率对最小奇异值灵敏度的影响，基于式(6)获取最小奇异值对节点i有功功率的灵敏度为：式(7)中，i＝1，2，…，p-1。7)对式(7)灵敏度值归一化，表达式为：8)根据信息熵定义，结合加权熵理论，求取本专利技术方法定义的潮流方程雅克比矩阵的最小奇异值灵敏度熵。9)综合最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法，其特征在于，该方法的基本步骤如下：1)对于有p个独立节点、q个PV节点的电力系统，求取潮流方程的雅克比矩阵，表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种考虑最小奇异值灵敏度熵的电网脆弱性评估方法，其特征在于，该方法的基本步骤如下：1)对于有p个独立节点、q个PV节点的电力系统，求取潮流方程的雅克比矩阵，表达式为：式(1)中，P为节点注入功率；θ为节点电压功角差；U为节点电压。2)对式(1)的雅克比矩阵进行奇异值分解，表达式为：式(2)中，若J∈Pc×c，V和U均为c×c的正交矩阵；Λ为奇异值δi(i＝1，2，…，c)组成的非负对角阵；vi和ui分别为V和U中δi所对应列向量。3)求取最小奇异值对状态变量xk(k＝1，2，…，2(p-1))的灵敏度，表达式为：式(3)中，V和U为式(2)中的正交矩阵；为雅克比矩阵对状态变量的偏导数，ei和fi分别为节点i的电压实部和虚部。4)根据隐函数的求导规则，式(3)可表达为：式(4)中，yj(j＝1，2，…，2(p-1))为系统的控制变量。式(4)的矩阵形式表达为：式(5)中，5)对式(5)进行转换，得到最小奇异值对控制变量的灵敏度为：6)在无功补偿充足的情况下，可假设PQ节点的无功功率与PV节点的电压值能够保持。那么，考虑节点有功功率对最小奇异值灵敏度的影响，基于式(6)获取最小奇异值对节点i有功功率的灵敏度为：

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，岳贤龙，顾雪平，仲悟之，叶小晖，邱丽君，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：河北,13