【技术实现步骤摘要】
一种输电网结构形态评估方法
本专利技术涉及电网评估
，尤其涉及一种输电网结构形态评估方法。
技术介绍
随着全世界范围内对于能源需求的不断增长以及战略储备态势的加强，能源已然成为影响未来社会可持续发展的根本性因素；面对化石能源的逐步短缺以及不断增长的环境压力等种种因素，在综合考虑经济发展、能源储备、能耗水平、需求预测、环境制约等多种条件下，大力发展并合理利用可再生能源已成为现阶段面对能源危机和环境恶化的重要途径；为了适应能源可持续发展的大环境，电网作为最重要的能源传输网络，必须对其当前发展形态进行转变和改善；在全球新能源变革的背景下，未来电力能源将逐步由传统化石能源向可再生能源转变，消纳高比例可再生能源已成为未来电力系统的必然发展趋势和重要能力；由于未来场景下的电力系统并没有确切清晰的结构可供研究，只能通过电网规模水平的发展、能源负荷分布预测及发展趋势、以及各行各业对电能需求的增长情况等对未来电力系统做出规划；因此，对于未来电力系统发展形态的综合评价在一定程度上可以具象化为对未来电力系统规划的综合评价；在综合考虑未来电力系统的各个特性的情况下，将建设安全可靠、灵活稳定、环保经济的能够消纳高比例可再生能源的电力系统作为目标，选择最符合电力系统未来发展形态的电力系统规划方案，对于电力系统的发展具有至关重要的意义；而由于电网建设的投资成本数额巨大，且需投入大量的时间和人力物力，同时需要投资的项目也很多，所以对于电网规划产生的大量待建项目不能尽数实现，往往受到投资预算或电网实际建设环境的限制，因此对电力系...
【技术保护点】
1.一种输电网结构形态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一：确定电力系统综合评价指标选取的基本原则/n确定电力系统综合评价指标选取的基本原则，一方面是要全面客观地对电网各个特性进行真实的反映，包括电网结构拓扑特性和运行特性，确保评价指标体系的实用性和可操作性，不遗漏任何重要指标；另一方面要考量电网实际情况，以及指标数据的获取性难易、计算难度等问题，保证计量的真实性，避免出现指标计算重复的问题，并且各指标之间应该具有内在的联系，与评价目的相一致，共同反映电网的特性；/n步骤二：确立描述实际电网的拓扑结构时的简化原则/n应用复杂网络理论分析电网结构，在描述实际电网的拓扑结构时对其进行简化分析，作出简化原则：/n(1)研究对象主要是输电网和配电网，同时不考虑发电厂和变电站的主接线结构，把发电机和低压侧母线上连接的电源和负荷均抽象为在相应母线上注入一定的有功功率；/n(2)电网拓扑模型中的节点只包括电源点、负荷节点、和中间节点，忽略大地零点，并且各个节点均默认为完全相同无差别的节点；/n(3)忽略传输线电压等级的差异、不同传输线的物理结构特性和电气参数特征的不同，即认为所有传输线的拓...
【技术特征摘要】
1.一种输电网结构形态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：确定电力系统综合评价指标选取的基本原则
确定电力系统综合评价指标选取的基本原则，一方面是要全面客观地对电网各个特性进行真实的反映，包括电网结构拓扑特性和运行特性，确保评价指标体系的实用性和可操作性，不遗漏任何重要指标；另一方面要考量电网实际情况，以及指标数据的获取性难易、计算难度等问题，保证计量的真实性，避免出现指标计算重复的问题，并且各指标之间应该具有内在的联系，与评价目的相一致，共同反映电网的特性；
步骤二：确立描述实际电网的拓扑结构时的简化原则
应用复杂网络理论分析电网结构，在描述实际电网的拓扑结构时对其进行简化分析，作出简化原则：
(1)研究对象主要是输电网和配电网，同时不考虑发电厂和变电站的主接线结构，把发电机和低压侧母线上连接的电源和负荷均抽象为在相应母线上注入一定的有功功率；
(2)电网拓扑模型中的节点只包括电源点、负荷节点、和中间节点，忽略大地零点，并且各个节点均默认为完全相同无差别的节点；
(3)忽略传输线电压等级的差异、不同传输线的物理结构特性和电气参数特征的不同，即认为所有传输线的拓扑特性都是相同的，且所有的边都不考虑其权重；
(4)在电网拓扑模型中，将所有输电线、变压器支路都抽象为边，且所有边都不考虑其方向；
(5)不考虑并联的电容支路，将同杆并架的输电线进行合并，以此来避免电网拓扑模型中出现的多重边和自环，从而形成一个简单图；
步骤三：基于复杂网络理论的电网结构类指标
根据步骤二的简化规则，一个具体网络可抽象为一个无向无权网络G＝(V,E)，其中V表示网络中所有节点的集合，E表示所有边的集合，节点数为n,边数为l，根据经典复杂网络理论中的定义选取如下重要参数来描述网络结构特性：
(1)节点度k
在复杂网络中，度对于单独节点来说是一个既简单又十分重要的属性，也是在复杂网络结构中研究最为广泛的一个参数，节点i的度数ki定义为与该节点相连接的所有边l的数量，
其中：ki为节点i的度数，lij为节点i与节点j相连的边，
节点的度越大则表明该节点在整个网络中的重要性越高，网络中每个节点都有各自的度，对所有节点i的度数ki求和并取平均值即可得到整个网络的节点平均度，记为<k>，
其中：ki为节点i的度数，n为总节点数，
(2)节点度分布P(k)
网络中节点度的分布状况可由分布函数P(k)来表示，即该网络中所有度为k的节点在整个网络的节点中所占比例，
其中：nk是节点度数为k的节点数，n为总节点数，
在表示网络连通性大小时用到度分布的概念，来对该网络中每个节点的度数进行总体描述，不同类型的网络通常会表现出截然不同的度分布特性，相反的，根据度分布的不同则可以区分不同类型的各种类型，如规则网络的度分布为δ分布，其分布函数的形状为单尖峰；而随机网络的度分布则与泊松分布相似，其分布函数在远离函数峰值的地方表现出指数下降的趋势，无标度网络的度分布则呈幂律分布，也称为无标度分布，在实际应用中，一般用累积分布的形式表征节点度分布，
其中：P(k)节点度分布函数，k为节点度，γ为度分布指数，
(3)节点度相关knn
度分布完全决定了不相关网络的统计性质，然而大量的真实网络网络都是相关的，不同度数的节点之间存在相互依赖性，在这个意义上，一个度数为k的节点连接到另一个度数为k'节点的概率与k有关，在这种情况下，引入条件概率Pc(k'|k)，定义为从度数为k的节点指向度数为k'节点的概率，
Pc(k'|k)＝Pc(k')≈k'P(k')(2-5)
其中：k'为节点度数，P(k')表示一个节点的度为k'的概率，
度相关即通过测量度数为k的节点的平均最近邻接连通性得到，判断连接的节点是否具有相同的属性，如相似度，
其中：k'为节点度数，条件PC(k'|k)表示一个节点度为k的节点指向度为k'的节点的概率，
(4)网络直径D
网络中节点i和j之间距离dij的定义为将这两个节点相连的最短路径所经过的边数，所以网络的直径D则定义为网络中任意两个节点之间的距离的最大值，
D＝maxdij(2-7)
其中：dij为节点i与节点j之间的最短路径所经过的边数，
(5)特征路径长度L
在网络的拓扑结构中，特征路径长度也称为网络的平均路径长度，其定义为网络中任意两节点之间距离的平均值，它是衡量一个网络中的质量或信息传输效率的一种方法，
其中：n为总节点数，dij为节点i与节点j间最短路径所经过的边数，
从全局角度来看，特征路径长度体现出了网络中各个节点之间联系的紧密程度，能对网络的整体结构特性有清晰的了解，对特征路径长度的具体计算，在图论领域中有应用广泛的算法，包括Dijkstra、Floyd算法，其主要思想为计算复杂网络中每两两配对的节点之间的最短距离；
(6)介数b
介数是衡量节点在网络中的中心性的一个标准指标，通过计算经过一个节点的最短路径数目，给出该节点在路径规划中的重要性信息，假定网络中两节点间的能量或者信息在传播过程中沿着节点间的最短路径，节点或边在网络传播过程中所起的作用则根据给节点或边通过的最短路径次数来表征，次数越多则贡献越大，其重要性也相应更大：
其中：njk为连接节点j和k的最短路径数，njk(i)为连接节点j和k并通过节点i的最短路径数，
(7)聚类系数C
聚类系数是描述一个网络的集聚性的参数，衡量网络节点聚集和离散的程度，假设节点i与ki个节点直接相连，那么对于无向网络来说，这ki个相邻节点之间可能存在的的边数最大为而实际存在的边数为Ei，则节点i的聚类系数定义为实际边数Ei与可能存在的总边数的比值：
其中：ki为节点i邻近的节点数，Ei为节点i与邻近节点相连的实际边数，
从几何角度可以定义为：
对整个网络所有节点的聚类系数Ci求平均即可得到网络的聚类系数C：
其中：Ci为节点i的聚类系数，n为总节点数，0≤C≤1，如果C＝0，则说明整个网络的所有点都是孤立的，没有互相的连接，如果C＝1，则说明网络中所有节点两两之间都有边连接，网络的C越大，表明整个网络的聚集程度越高；
(8)效率E
将公式(2-8)中的求和仅限于属于最大连接的节点对，考虑测地线(即两点间经历边数最少的简单路径)的调和平均值，并引入网络效率的定义：
其中：n为总节点数，测地线的边数dij为两节点i、j之间的距离，其倒数即为两节点间的效率，对网络中所有节点对的效率取平均值，得到整个网络的全局效率，衡量节点间的信息传递速度，当节点i、j之间没有路径连通时，dij＝∞，而E＝0，所以效率适合度量非全通网络；
(9)容错概率fc
在研究电网对于大型级联错误和攻击的容忍度时，常用的方法是寻找节点删除(不需要重新分配网络)和全局连通性(在删除节点之后连接部分的存在性和相对大小)的关系，传统的分析方法以渗透理论为基础，在这个意义上，网络渗透到临界概率以下与特定数量的边的存在与否相关，它的研究被映射到网络面对误差和攻击的标准渗透问题，根据复杂网络理论，在网络中存在一个大的连接部分的条件为：
其中：k为节点度数，P(k)为节点度分布函数，
对于随机删除的节点来说，其容错概率定义为：
考虑到电网各节点指数度分布，得到<k>＝γ以及<k2>＝2γ2，所以：
其中：γ为节点度分布指数；
步骤四：其他指标
考虑电网运行时的安全可靠问题，以及高比例清洁能源与分布式发电技术的接入，使得电网在运行过程中面临着不确定性的问题，选取如下指标以实现电网全方面综合的评价：
a、可靠性类指标：指电力系统按照规定条件下的质量和数量标准，将电力从电源端输送电力至受电端以满足供电负荷电力和电量需求的能力，通过定量的可靠性指标进行度量；
(1)线路负载率
该指标反映输电网220kV线路的利用率,具体分为线路最大负载率、最小负载率和平均负载率：
220千伏线路最大负载率＝线路年最大有功功率/线路热稳极限(2-17)
220千伏线路最小负载率＝线路年最小有功功率/线路热稳极限(2-18)
220千伏线路平均负载率＝线路年平均有功功率/线路热稳极限(2-19)；
(2)容载比Rs
指在规定供电区域内的变电设备总容量(kVA)与相对应的总负荷(kW)的比值，采用如下方法估算容载比：
其中:Sei为该电压等级变电站i的主变压器容量(kVA)，Pmax为该电压等级下的全网最大预测负荷(kW)，
(3)系统供电可靠率IASA
系统供电可靠率的定义为在一定规定时间内系统不停电的小时总数和要求满足的总供电小时数之比：
其中：g为负荷节点；ΩF为系统中所有类型的负荷节点的位置集合；为节点g的用户数；ug为负荷点g的平均停电持续时间(h/年)，
(4)系统平均停电持续时间ISAID
系统平均停电持续时间为在一定规定时间内系统中平均每个用户经受的总停电时间：
其中：ug为负荷点g的平均停...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔国柱，汪湲，王砥凡，王飞，魏飞，牟宏，张成相，王春义，蒋德玉，孙伟，顾洁，卢兆军，王东阳，张杰，谢红涛，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司临沂供电公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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