一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，包括：结合电力贸易关联国家的地理位置信息、各国历年跨境电力贸易进出口数据，基于复杂网络理论建立以参与电力贸易的各国家作为节点，以国家间电力贸易进出口关系作为节点之间网络边的电力贸易网络，并加入贸易量信息构建得到有向加权网络；对有向加权网络计算网络中节点的点度数及度分布，并基于网络边及节点权重计算出有向加权网络中加权聚集系数、加权网络结构熵；分析得到电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征；选取所需区域，分析网络结构区域特征。本发明专利技术可针对性地对国家间跨境电力贸易网络进行分析，分析更加精准。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法
本专利技术涉及一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，属于跨境电网互联

技术介绍
全球能源互联(InternetofEnergy)构想的提出，代表着能源发展方式转变的未来方向，也是通过全球共同开发、共享资源推动能源革命的必然趋势。电能作为不同能源形式相互转化的枢纽，能将位于不同维度和坐标系的事物“一线相联”，跨境电力贸易成为构建全球能源互联的关键环节。根据2017年BP世界能源展望报告显示，电力部门在一次能源消费中的比例已经从1965年的25％左右上升到2015年的42％，并预计在2035年接近50％，并且在展望期内，全球新增能源消费将有超过2/3会用于发电。面对不断增加的全球电力需求以及国家间资源禀赋差异导致的电力供给失衡现状，建设全球电力能源网络，实现大范围内的资源配置显得尤为重要。同时，为了推动区域经济一体化，提升能源资源的利用效率，提高供电的可靠性并促进区域电力市场开放，国际范围内的跨国电网互联互通正在不断向前发展。自2013年以来，区域性互联互通工程已成为我国与沿线国家的合作重点。跨境电力互联互通是目前合作重点项目中亟需解决的重要课题，我国与其他国家的跨境电力贸易问题属于电力与经济的交叉学科，过去对电力贸易的研究较少，与之相关的研究主要集中在全球能源互联网这一新兴领域。作为全球能源互联网中重要的一环，跨境电力贸易的研究既是研究全球能源互联网如何实现的关键课题，也是对国际贸易理论的进一步补充。复杂网络是指具有自组织、自相似、小世界、无标度中部分或全部性质的网络。自然界和人类社会存在着各种各样的复杂网络，由跨境电力贸易活动而产生的贸易网络正是一种典型的复杂网络，其具有较大的聚集系数，且节点度数呈幂律分布，符合小世界特性和非标度网络特性。在电力贸易市场特征分析中，现有的分析研究大多集中于纯粹的网络特征，忽略电力贸易网络中电力这一商品的特殊性，且未考虑在跨境电力贸易场景下网络中边及节点的权重属性，导致得出的分析结果与真实情况有一定差距，不利于跨境电力贸易市场特征的真正发掘。电力贸易网络在建立过程中，各种精细的变化都有可能影响网络的拓扑结构，受到多方面因素的影响，与其他现实网络差异较大，在对复杂网络进行特征分析研究时，通常会选择度分布、聚集系数和网络结构熵这三个特征指标，来表征复杂网络的有序性、聚集性和异质性等网络结构区域特征。但在电力贸易网络中，区域间电力贸易不仅仅局限于有没有进行贸易，更为关键的特征在于贸易的双方指向和贸易中的电成交量。这是常规方法无法表征得到的，导致分析精度降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，解决现有的分析研究忽略电力贸易网络中电力的特殊性，且未考虑在跨境电力贸易场景下网络中边及节点的权重属性，导致得出的分析结果与真实情况有一定差距的问题。针对电力贸易网络的特殊性，改进聚集系数、网络结构熵计算方法，本专利技术提出基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，包括以下步骤：步骤1、结合电力贸易关联国家的地理位置信息、各国历年跨境电力贸易进出口数据，基于复杂网络理论建立以参与电力贸易的各国家作为节点，以国家间电力贸易进出口关系作为节点之间网络边的电力贸易网络，并加入贸易量信息构建得到有向加权网络；步骤2、对有向加权网络计算网络中节点的点度数及度分布，并基于网络边及节点权重计算出有向加权网络中加权聚集系数、加权网络结构熵；步骤3、根据计算出的点度数及度分布、加权聚集系数、加权网络结构熵分析得到电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征；步骤4、选取所需区域，分析得到该区域的电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤2中计算网络中节点的点度数ki，采用公式：ki＝kin,i+kout,i-kt公式中，节点的点入度度量其中，aj,i表示节点j向节点i的出口关系；节点的点出度度量其中，ai,j表示节点i向节点j的出口关系；kt为进出口贸易量的节点总数目。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2中计算网络中节点的度分布，采用公式：QTotal,i＝∑Qi,j+∑Qj,i其中，Qi,j表示由节点i流向节点j的出口电力贸易量；Qj,i表示由节点j流向节点i的出口电力贸易量。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2中计算加权聚集系数Cw，采用公式：其中，qi为节点权重系数，由节点贸易量Qi和网络总贸易量QN决定，N为节点个数；为考虑电力贸易网络边权重的节点i加权聚集系数；wij为节点i与节点j之间网络边的权重系数；wjk、wki分别为节点j与节点k之间、节点k与节点i之间网络边的权重系数。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2计算加权网络结构熵，具体为：基于网络边及节点权重，修正第i个节点的重要度Ii；根据第i个节点的重要度Ii，定义网络结构熵E为将定义网络结构熵E进行归一化，则得到网络标准熵为：其中，Emax为E取最大值，Emin为E取最小值；N为节点个数。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2中修正第i个节点的重要度Ii为：其中，ki为第i个节点的点度数，qi为节点权重系数，wij为节点i与节点j之间网络边的权重系数，N为节点个数。本专利技术采用上述技术方案，能产生如下技术效果：本专利技术的基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，在跨境电力贸易网络中，考虑交易量因素的权重网络更能够反映跨境电力贸易的强度，因此本专利技术在拓扑网络的基础上构建了有向加权网络；针对电力贸易网络的特殊性，改进聚集系数、网络结构熵计算。相比于其他方法，本专利技术所提方法具有如下优点：(1)本专利技术增加电力贸易量在电力贸易网络中的表示，并考虑电力贸易网络中边及节点的权重，改进网络特征聚集系数和网络结构熵的计算方法；(2)本专利技术针对性地对国家间跨境电力贸易网络设置场景进行分析，适应于国家间的电力互联互通工程，有利于深度挖掘电力贸易市场特征，为后续跨境电力贸易市场建设提供参考；(3)本专利技术提出的方法可以拓展到其他跨境电力贸易网络分析中，为国家间跨境电力贸易建设提供对策建议，促进全球能源互联网建设。附图说明图1为本专利技术的跨境电力贸易市场特征分析方法流程示意图。图2为本专利技术实施例中国家1990-2018年电力贸易网络规模图。图3(a)至(e)为本专利技术实施例中分别在1995、2000、2005、2010、2015年的跨境电力贸易网络。图4为本专利技术实施例中国家电力贸易节点度数概率分布。图5为本专利技术实施例中沿线国家电力贸易节点强度分布。图6为本专利技术实施例中2005、2010、2015年沿线国家电力贸易节点度数与节点强度散点图。图7为本专利技术实施例中2010年沿线国家电力贸易节点度数与聚集系数散点图。图8为本专利技术实施例中独联体及中东欧国家2005年与2015年电力贸易网络。图9为本专利技术实施例中东南亚国家2005年与2015年电力贸易网络。图10为本专利技术实施例中西亚国家、中国2005年与2015年电力贸易网络。具体实施方式下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、结合电力贸易关联国家的地理位置信息、各国历年跨境电力贸易进出口数据，基于复杂网络理论建立以各国家作为节点，以国家间电力贸易进出口关系作为节点之间网络边的电力贸易网络，并加入贸易量信息构建得到有向加权网络；步骤2、对有向加权网络计算网络中节点的点度数及度分布，并基于网络边及节点权重计算出有向加权网络中加权聚集系数、加权网络结构熵；步骤3、根据计算出的点度数及度分布、加权聚集系数、加权网络结构熵分析得到电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征；步骤4、选取所需区域，分析得到该区域的电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征。

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、结合电力贸易关联国家的地理位置信息、各国历年跨境电力贸易进出口数据，基于复杂网络理论建立以各国家作为节点，以国家间电力贸易进出口关系作为节点之间网络边的电力贸易网络，并加入贸易量信息构建得到有向加权网络；步骤2、对有向加权网络计算网络中节点的点度数及度分布，并基于网络边及节点权重计算出有向加权网络中加权聚集系数、加权网络结构熵；步骤3、根据计算出的点度数及度分布、加权聚集系数、加权网络结构熵分析得到电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征；步骤4、选取所需区域，分析得到该区域的电力贸易网络的度分布情况、聚集性和异质性的网络结构区域特征。2.根据权利要求1所述基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，其特征在于，所述步骤2中计算网络中节点的点度数ki，采用公式：ki＝kin,i+kout,i-kt公式中，节点的点入度度量其中，aj，i表示节点j向节点i的出口关系；节点的点出度度量其中，ai，j表示节点i向节点j的出口关系；kt为进出口贸易量的节点总数目。3.根据权利要求1所述基于复杂网络理论的跨境电力贸易市场特征分析方法，其特征在于，所述步骤2中计算网络中节点的度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蓓蓓，林凯颖，付蓉，范凯，郝宝欣，刘贞瑶，陈轩，
申请(专利权)人：东南大学，国网江苏省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32