计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法技术

一种计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，包括：在传统电气介数的基础上，引入经济因子，构建评价支路重要度的指标；根据节点邻居信息以及集聚系数构建评价节点重要度的指标；基于支路和节点重要度指标，并引入网络整体抗毁性指标，构建考虑元件重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型；基于引导烟花算法对所述模型的实施步骤。本发明专利技术将线路重要度指标、节点重要度指标和网络抗毁性指标相结合，构建了考虑元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型，模型能够较为全面的评估电力系统中线路和节点的重要性，力求得到最为合理的骨干网架，有助于提高电网抵御停电事故的能力。本发明专利技术适用于电网骨干网架的构建和电网的重构计算。

Search method for backbone network frame with integrated importance of components and network survivability

A meter and components of integrated importance and network survivability backbone grid search method, including: Based on traditional electricalbetweenness, the introduction of economic factors, constructs the evaluation of the branch; according to the neighbor information and clustering coefficient of evaluation index construction of important nodes; index branch and node importance based on and the introduction of the overall network survivability index, construct the backbone network mathematical model of component importance and network survivability; guide the implementation steps of the fireworks algorithm based on model. The present invention will line importance index, node importance index and network survivability index together, construct the backbone network model and important elements of the integrated network survivability model can consider, lines and nodes importance evaluation of power system in a more comprehensive, and try to get the most reasonable as the backbone network, has the ability to help to improve the power grid to withstand the blackout. The invention is suitable for the construction of the backbone network frame of the power grid and the reconstruction calculation of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法
本专利技术涉及一种计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，属于电网骨干网架构建和电网重构计算领域。
技术介绍
随着输电网的大规模和多区域互联建设，电网对大范围停电事故的抵御能力逐步增强。但自然界中存在不可避免的极端天气和自然灾害，这些均会对电力设施带来不同程度的破坏以及造成不可抵御的大面积停电事故，进而造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。为了提高电网抵御停电事故能力以及有助于大停电后的供电恢复和重构，多采用在电网中构建骨干网架。为了找到一种最优的电网骨干网架的搜索方法，国内外专家学者展开了相关研究。现有骨干网架搜索方法主要是基本图论法和基于图论的人工智能方法。虽然这类方法能对电网骨架进行搜索，但这类方法没有全面的考虑到元件、线路和节点等电网各环节的重要度，在搜索电网骨干网架时存在不精确、不实用、不全面等问题，如：将元件重要性指标作为构成目标函数元素之一，但它们仅从结构方面评估元件重要度，没有考虑元件的其它属性；利用成本效益法选择重要支路，构建骨干网架，其支路重要度评价指标是从骨干网架的功能出发进行构建，不能反应支路对整个网络的重要程度。因此，到目前为止没有一种能综合考虑元件、线路和节点并同时考虑网络抗毁性的骨干网架搜索方法出现。烟花算法作为一种新型的群智能优化算法，由北京大学谭营教授于2010年提出，主要由爆炸算子、变异操作、映射规则和选择策略组成，由于其不弱于PSO的寻优效果得到广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法。本专利技术的技术方案是，计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，包括在传统电气介数的基础上，引入经济因子，构建评价支路重要度指标；根据节点邻居信息以及集聚系数构建评价节点重要度指标；基于支路和节点重要度指标，并引入网络整体抗毁性指标，构建考虑元件重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型；基于引导烟花算法对所述模型的实施步骤。本专利技术在传统电气介数的基础上，引进了表征发电机和负荷的社会属性的经济因子改进电气介数，设计了一种用于衡量线路重要度的评估指标的计算方法；将线路重要度作为边权重计算节点加权度，在考虑邻接节点间的紧密程度的基础上，基于加权度和集聚系数设计了一种用于衡量节点重要度的评估指标的计算方法；在考虑元件重要度的同时，引入网络抗毁性，设计了基于元件重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索模型，该模型在保证纳入重要程度高的元件的同时，还能使骨干网架具有较好的抗毁性；采用搜索能力强、收敛速度快、收敛精度高的引导烟花算法搜索骨干网架。所述评价支路重要度指标的构建方法如下：式中：Iij(l)为在“发电–负荷”节点对(i,j)间加上单位注入电流元后在线路l上引起的电流；Wi、Wj分别是考虑经济因子后发电机节点i和负荷节点j的综合权重；εi、εj分别是发电机节点i和负荷节点j的经济因子；ωi是发电机节点i的权重，取发电机的实际出力或额定值；ωj是负荷节点j的权重，取负荷实际值或峰值；NG、NL分别是系统发电机和负荷节点数。在所述构建方法中，式(1)是支路的重要度指标计算公式；式(2)、(3)分别用于计算发电机节点和负荷节点的综合权重，值得注意的是，本专利技术采用的是趋同化函数进行求解，以正确反应两者作用的综合结果。所述基于节点邻居信息以及集聚系数的评价节点重要度指标构建方法如下：式中：DW(i)表示节点i的加权度；Ri表示节点i所连支路集；Γi表示节点i的邻居节点集合；NB为网络节点数；ei表示节点i与其任意两个邻居节点之间所形成的三角形的个数；ki为节点i相邻节点数。在所述构建方法中，式(4)为节点重要度计算公式，式(5)为节点i加权度计算公式，式(6)为节点i与其邻居节点加权度之和计算公式，式(7)为节点i的集聚系数计算公式，式(8)为节点i的邻接节点间紧密程度计算公式。求得支路和节点重要度指标后，利用式(9)对相应指标进行归一化，其中，Fmax为相应指标的最大值，Fmin为相应指标的最小值，Fi为第i个(条)节点(支路)的重要度指标。利用式(9)处理后的元件重要度指标，其值越小，表示元件越重要。所述元件重要度指标可用于辨识网络重要节点和关键线路，但不能够整体评价网络抗毁性，所述网络整体抗毁性指标用下式表示：式中：λi、NC分别为网络所对应图的邻接矩阵的特征根以及特征根的数目；s为网络抗毁性指标。s值越大，表明网络抗毁性能力越好。所述考虑元件重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型以线路路数最小为目标：式中：xi表示支路i是否纳入骨干网架，xi＝1表示纳入，xi＝0表示不纳入；NL为网络支路数；B(i)表示支路i的重要度指标；P(j)表示节点j的重要度指标；Q表示骨干网架中支路端点集；s为骨干网架的网络抗毁性指标。骨干网架是一个包含规定的必须保障的重要电源节点、重要负荷节点、关键支路及其两端节点的、满足运行约束的电力网络。因此，所述骨干网架搜索模型所对应的约束条件如下：1)潮流约束潮流约束分为等式约束和不等式约束，如式(12)所示。2)连通性约束所构造的骨干网架在包含所必须保留的节点和支路的基础上，保证连通，不存在孤岛。本专利技术引导烟花算法(GFWA)是烟花算法(FWA)改进而来。在爆炸算子中每个烟花都会产生诸多爆炸火花，在烟花算法算法中没有充分利用爆炸火花的相关信息。为了提高对爆炸火花所具有信息的利用程度，引入引导向量和引导火花用于改进烟花算法性能，构建了引导烟花算法。引导烟花算法的主要操作包括爆炸算子、映射规则和选择策略，在爆炸算子中根据爆炸火花求得对应烟花的引导火花。引导向量是两组爆炸火花的质心之间的差，两组爆炸火花分别是由相同个数的具有好的适应度函数值和具有不良适应度函数值的爆炸火花构成。引导向量能够为寻优提供良好的方向，同时其能够根据与最优点的距离自适应调整自身长度。引导火花是将引导向量和与引导向量相对应的烟花叠加而获得，每一个烟花都有一个引导火花对应。引导火花提供了一种新的、简单的、设计合理且理论可靠和有效的方法来帮助进一步改进启发式算法中的信息利用，并且该理念可以容易地移植到大量基于群体的算法中。所述爆炸算子是烟花算法的法的核心部分，爆炸算子对烟花算法的性能起着至关重要的作用，主要包括确定爆炸强度、爆炸幅度。爆炸强度和爆炸幅度的计算原则是使适应度值更好的烟花在较小的范围内产生更多的火花，而适应度值较差的烟花在更大的范围内产生较少的火花。将烟花分为两类：普通烟花和核心烟花，核心烟花是当前烟花中适应度函数值最优的烟花，核心烟花处于不断更新的状态，其爆炸幅度与上一代核心烟花的爆炸幅度有关。所述烟花爆炸强度、爆炸幅度的计算公式如下：式中：Si、Ai分别为烟花Xi的爆炸强度和爆炸幅度；Ymax为当前全体烟花中适应度值最差的个体的适应度值；f(Xi)为第i个烟花个体的适应度值；m、n分别为用于控制爆炸强度和爆炸幅度的常数；t为当前迭代次数；ACF(t)为第t代核心烟花的爆炸幅度；ε为机器最小值，用于避免出现分母为零的情形；Cr、Ca分别为核心烟花爆炸幅度的缩小和放大因子，这里分别取0.9和1.2。在所述计算公式中，式(13)用于确定烟花爆炸强度，式(14)用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，其特征在于，所述方法包括在传统电气介数的基础上，引入经济因子，构建评价支路重要度指标；根据节点邻居信息以及集聚系数构建评价节点重要度指标；基于支路和节点重要度指标，并引入网络整体抗毁性指标，构建考虑元件重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型；基于引导烟花算法对所述模型的实施步骤；所述评价支路重要度指标构建方法如下：

【技术特征摘要】
1.一种计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，其特征在于，所述方法包括在传统电气介数的基础上，引入经济因子，构建评价支路重要度指标；根据节点邻居信息以及集聚系数构建评价节点重要度指标；基于支路和节点重要度指标，并引入网络整体抗毁性指标，构建考虑元件重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型；基于引导烟花算法对所述模型的实施步骤；所述评价支路重要度指标构建方法如下：式中：Iij(l)为在“发电–负荷”节点对(i,j)间加上单位注入电流元后在线路l上引起的电流；Wi、Wj分别是考虑经济因子后发电机节点i和负荷节点j的综合权重；εi、εj分别是发电机节点i和负荷节点j的经济因子；ωi是发电机节点i的权重，取发电机的实际出力或额定值；ωj是负荷节点j的权重，取负荷实际值或峰值；NG、NL分别是系统发电机和负荷节点数；在所述构建方法中，式(1)是支路的重要度指标计算公式；式(2)、(3)分别用于计算发电机节点和负荷节点的综合权重，采用趋同化函数进行求解，以正确反应两者作用的综合结果。2.根据权利要求1所述的计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，其特征在于，所述基于节点邻居信息以及集聚系数的评价节点重要度指标构建方法如下：式中：DW(i)表示节点i的加权度；Ri表示节点i所连支路集；Гi表示节点i的邻居节点集合；NB为网络节点数；ei表示节点i与其任意两个邻居节点之间所形成的三角形的个数；ki为节点i相邻节点数；在所述构建方法中，式(4)为节点重要度计算公式，式(5)为节点i加权度计算公式，式(6)为节点i与其邻居节点加权度之和计算公式，式(7)为节点i的集聚系数计算公式，式(8)为节点i的邻接节点间紧密程度计算公式；求得支路和节点重要度指标后，利用式(9)对相应指标进行归一化，其中，Fmax为相应指标的最大值，Fmin为相应指标的最小值，Fi为第i个节点的重要度指标；利用式(9)处理后的元件重要度指标，其值越小，表示元件越重要。3.根据权利要求2所述的计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，其特征在于，所述元件重要度指标可用于辨识网络重要节点和关键线路，但不能够整体评价网络抗毁性，其用下式表示：式中：λi、NC分别为网络所对应图的邻接矩阵的特征根以及特征根的数目；s为网络抗毁性指标。s值越大，表明网络抗毁性能力越好。4.根据权利要求1所述的计及元件综合重要度和网络抗毁性的骨干网架搜索方法，其特征在于，所述考虑元件重要度和网络抗毁性的骨干网架数学模型以线路路数最小为目标：式中：xi表示支路i是否纳入骨干网架，xi＝1表示纳入，xi＝0表示不纳入；NL为网络支路数；B(i)表示支路i的重要度指标；P(j)表示节点j的重要度指标；Q表示骨干网架中支路端点集；s为骨干网架的网络抗毁性指标；所述骨干网架是一个包含规定的必须保障的重要电源节点、重要负荷节点、关键支路及其两端节点的、满足运行约束的电力网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑春，朱文广，肖园，杨超，程虹，熊云，雷涛，
申请(专利权)人：国网江西省电力公司经济技术研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西,36