一种大型电力系统脆弱线路辨识的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统脆弱线路辨识的方法。对电力系统的脆弱性分析一直是基于微分代数方程进行分析的，这种分析方法在分析大规模电力系统脆弱性时会出现组合爆炸的问题，需要消耗大量的计算时间。针对上述问题，本发明专利技术提出了使用带权重线路介数作为脆弱线路指标的辨识方法，定义线路的带权重线路介数为其因被网络中发电机与负荷之间的最短电气路径经过而承受的负载和，并采取将电力网络中线路的介数指标提高到与其相邻的所有线路中介数指标最高的介数值的办法修正。该方法能够较好地辨识电力网络中的脆弱线路，特别是能够辨识出那些承担功率不多但因其在电网结构中的特殊位置而对系统脆弱性有重大影响的线路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统安全防御
，特别涉及一种电力系统脆弱线路辨识的方法。
技术介绍
近年来，电力系统大停电事故的频发引起人们对大规模连锁故障和电力系统脆弱性的关注。对电力系统的脆弱性分析一直建立在微分方程组的基础之上，即通过对系统中各元件建立详细数学模型，以时域仿真的形式对系统进行动态分析。这种分析方法随着电力系统规模的不断扩大日益显示出其局限性①过于注重各个元件的个体动态特性，而忽视系统的整体行为；②详细的数学模型需要消耗大量的计算时间；③N-X脆弱性分析在大规模电网时又遇到组合爆炸的问题。因此迫切需要发展新的系统分析方法来研究复杂电力系统的脆弱性。近年来，复杂网络的研究为电力系统脆弱性分析开辟了一个新的方向。已有学者使用复杂网络理论对电力网络的脆弱性进行了分析孟仲伟等验证了中美两个大区电网都属于小世界网络，并定性分析了小世界网络特性对连锁崩溃的影响；丁明等从电网拓扑结构出发，分析了电网整体结构对连锁崩溃的影响，指出介数和度数较高的联络节点在保证电网连通性的同时，对故障的传播起着推波助澜的作用。相关文献(1)孟仲伟，鲁宗相，宋靖雁.中美电网的小世界拓扑模型比较分析[J].电力系统自动化，2004，28(15)21-24.(2)丁明，韩平平.基于小世界拓扑模型的大型电网脆弱性评估[J].中国电机工程学报，2005，25(增刊)118-122.
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种电力系统脆弱线路辨识的方法。它包括如下步骤(1)由电力网络的实际电网数据简化得到连接权矩阵{Eij}及发电机权重矩阵{Wi}；(2)根据连接权矩阵{Eij}，采用Floyed算法计算整个网络的最短电气距离矩阵{Lij}；(3)使用Floyed算法计算所有发电机与负荷间的最短电气路径集SL；(4)根据最短电气路径集SL，计算每条线路初步的带权重线路介数BLWeighted(m，n)； (5)对带权重线路介数进行修正得到最终的带权重线路介数BLWeighted(m，n)′；(6)使用冒泡法排序，那些带权重线路介数BLWeighted′特别高的线路即为脆弱线路。所述的电力网络的实际电网数据简化方法的步骤如下(1)考虑除电厂和变电站中的接线外的所有线路。本专利技术中的网络模型用于实际系统的脆弱性分析，因此要求其对物理系统有较高的建模精度；(2)网络中所有节点分为3个集合发电机节点集SG，负荷节点集SL，变电站节点集ST；(3)所有电力线路均简化为无向有权边，线路的权重定义为线路的电抗值；(4)合并同杆并架的输电线，不计并联电容支路，使模型成为简单图；(5)发电机的权重Wi定义为发电机i在当前运行方式下的有功功率输出。所述的最短电气路径是将网络中任意两点间的最短电气路径定义为两点间所有路径中沿线线路权重之和最小的路径；最短电气距离定义为最短电气路径的沿线线路权重之和。所述的初步的带权重线路介数BLWeighted(m，n)的计算方法是按照如下公式BLWeighted(m,n)=Σk∈SwWk]]>其中Sw表示经过线路(m，n)的最短电气路径的发电机序号的集合。所述的最终的带权重线路介数BLWeighted(m，n)′的修正方法是按照如下公式BLWeighted(m，n)′＝MAX(BLWeighted(m，i)，BLWeighted(j，n))其中(m，i)和(j，n)分别表示所有与节点m和节点n相连的线路。本专利技术能够辨识电力网络中的脆弱线路，特别是能够识别出那些承担功率不多但因其在电网结构中的特殊位置而对系统脆弱性有重大影响的线路。相对于基于时域仿真的脆弱性分析方法而言，该方法能够极大地减少计算量，加快计算速度。附图说明图1是计算最短电气路径时所存在问题的示意图；图2是示例电网示意图；图3是发电机32在不同故障时的转子速度偏差曲线；图4是带权重线路介数曲线；图5是华中-川渝电网骨干网架示意图。具体实施例方式本专利技术从复杂网络的角度，使用带权重线路介数作脆弱性指标来辨识电力网络中的脆弱线路。用复杂网络的思想研究电网特性，首先将电网简化为拓扑模型，其原则为(1)考虑除电厂和变电站中的接线外的所有线路。本专利技术中的网络模型用于实际系统的脆弱性分析，因此要求其对物理系统有较高的建模精度。(2)网络中所有节点分为3个集合发电机节点集SG，负荷节点集SL，变电站节点集ST，分别有NG、NL和NT个。(3)所有电力线路(输电线、变压器支路)均简化为无向有权边。线路的权重定义为线路的电抗值。并定义网络中任意两点间的最短电气路径为两点间所有路径中沿线线路权重和最小的路径。最短电气路径的沿线线路权重和为最短电气距离。(4)合并同杆并架的输电线，不计并联电容支路(消除自环和多重线路)，使模型成为简单图。(5)发电机的权重wi定义为发电机i在当前运行方式下的有功功率输出。经过简化电网就成为一张有n个节点和k条线路的稀疏连通图，由n×n阶连接权矩阵{Eij}和n×1阶权重矩阵{Wi}来表示。复杂网络理论中的线路介数BL是指线路被网络中所有节点之间最短路径经过的次数。实际电力系统中除网络拓扑结构外，发电机的分布和出力也对系统稳定性有着重大影响。因此这里定义了带权重线路介数BLWeighted。若线路(m，n)被发电机i与负荷j间的最短电气路径经过，则该线路需要承担发电机i所带来的负载Wi。定义线路(m，n)的带权重线路介数BLWeighted(m，n)为其因被网络中发电机与负荷之间的最短电气距离经过而承受的负载和，如式(1)所示。BLWeighted(m,n)=Σk∈SwWk---(1)]]>其中Sw表示经过线路(m，n)的最短电气路径的发电机序号的集合。该方法在计算最短电气距离时可能会绕过一些重要线路，如附图1所示。如果路径(1，3，4)相对于路径(1，2，4)更短，则所有从节点1到节点4的最短电气路径都会走路经(1，3，4)而绕过路经(1，2，4)，导致线路(1，2)和线路(2，4)的带权重线路介数远低于线路(1，3)和线路(3，4)。但是在实际系统中线路(1，2)与线路(1，3)中的任一线路的三相接地故障都会使得大量功率向故障点注入，导致从左向右输电通道的中断，也就是说两种故障对系统的影响是相近的。因此采取将电力网络中线路的介数指标提高到修正以前与其相邻的所有线路中介数指标最高的介数值的办法来弥补这个缺陷，如式(2)所示。BLWeighted(m，n)′＝MAX(BLWeighted(m，i)，BLWeighted(j，n)) (2) 其中(m，i)和(j，n)分别表示所有与节点m和节点n相连的线路。基于以上分析，给出辨识脆弱线路的实施步骤如下(1)由电力网络的实际电网数据根据上文中的简化原则进行简化，获得连接权矩阵{Eij}及发电机权重矩阵{Wi}。(2)根据连接权矩阵{Eij}，使用Floyed算法计算整个网络的最短电气距离矩阵{Lij}。(3)使用Floyed算法寻找所有发电机与负荷间的最短电气路径集SL。(4)使用式(1)对最短电气路径集SL进行处理，计算每条线路初步的带权重线路介数BLWeighted(m，n)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统脆弱线路的辨识方法，其特征在于，它包括如下步骤：（１）由电力网络的实际电网数据简化得到连接权矩阵｛Ｅ↓［ｉｊ］｝及发电机权重矩阵｛Ｗ↓［ｉ］｝；（２）根据连接权矩阵｛Ｅ↓［ｉｊ］｝，采用Ｆｌｏｙｅｄ算法计算整个网 络的最短电气距离矩阵｛Ｌ↓［ｉｊ］｝；（３）使用Ｆｌｏｙｅｄ算法计算所有发电机与负荷间的最短电气路径集Ｓ↓［Ｌ］；（４）根据最短电气路径集Ｓ↓［Ｌ］，计算每条线路初步的带权重线路介数Ｂ↓［ＬＷｅｉｇｈｔｅｄ］（ｍ，ｎ）； （５）对带权重线路介数进行修正得到最终的带权重线路介数Ｂ↓［ＬＷｅｉｇｈｔｅｄ］（ｍ，ｎ）′；（６）使用冒泡法排序，那些带权重线路介数Ｂ↓［ＬＷｅｉｇｈｔｅｄ］′特别高的线路即为脆弱线路。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统脆弱线路的辨识方法，其特征在于，它包括如下步骤(1)由电力网络的实际电网数据简化得到连接权矩阵{Eij}及发电机权重矩阵{Wi}；(2)根据连接权矩阵{Eij}，采用Floyed算法计算整个网络的最短电气距离矩阵{Lij}；(3)使用Floyed算法计算所有发电机与负荷间的最短电气路径集SL；(4)根据最短电气路径集SL，计算每条线路初步的带权重线路介数BLWeighted(m，n)；(5)对带权重线路介数进行修正得到最终的带权重线路介数BLWeighted(m，n)′；(6)使用冒泡法排序，那些带权重线路介数BLWeighted′特别高的线路即为脆弱线路。2.根据权利要求1所述的一种电力系统脆弱线路的辨识方法，其特征在于所述的电力网络简化方法的步骤如下(1)考虑除电厂和变电站中的接线外的所有线路。本发明中的网络模型用于实际系统的脆弱性分析，因此要求其对物理系统有较高的建模精度；(2)网络中所有节点分为3个集合发电机节点集SG，负荷节点集SL，变电站节点集ST；(3)所有电力线路均简化为无向有权边，线路的权重定义为线路的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹一家，陈晓刚，王绍部，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]