基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法技术

本发明专利技术公开了电力系统连锁故障预防与防御领域的基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，包括：确定影响电网自组织临界态的关键指标集；确定样本集中每一种运行状态下电网的自组织临界性；将原始物理指标集划分为物理层和因子层并基于正负理想变权理论，计算样本集中每个运行状态下物理层指标的权重；基于主成分法计算因子指标的表达式和维度，保证因子指标信息不重叠；基于物理层指标权重构建的一致性判断矩阵以及主成分信息表达因子，计算因子层指标的权重；采用秩和比综合评估方法，以因子层指标为输入，计算评估值；能够综合描述各因素对电网自组织临界态的影响机理，定量评估电网的自组织临界状态，并且计算速度较快。

Quantitative evaluation method for self-organized criticality of power grid based on multilevel variable weight theory

The invention discloses a power system cascading failure prevention and defense field variable weight theory multi level power grid based on self organized criticality of quantitative assessment methods, including: determining the key index of power grid since the critical state set effect; determining the sample concentration of self organized criticality of each grid operation state; the original physical index set divided into physical layer and layer and variable weight factor based on positive and negative ideal theory, calculate the sample concentration each operating state weight physical index; calculation formula and dimension index method based on principal component factor index, to ensure consistency of information do not overlap; physical layer index weights of constructing judgment matrix and principal component factor information expression based on the index weight calculation layer; using rank sum method than the comprehensive evaluation index to layer as input, calculation and evaluation to value; The influence mechanism of various factors on the self-organized critical state of power grid is comprehensively described, and the self-organized critical state of the grid is quantitatively evaluated, and the calculation speed is faster.

【技术实现步骤摘要】
基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法
本专利技术涉及电力系统连锁故障预防与防御领域
，具体地，涉及基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法。
技术介绍
随着大规模新能源，尤其风电的快速发展，风电的波动性给电网的安全运行带来诸多不稳定的因素，为了保证电网运行的稳定，风电往往需要采取风火耦合外送的方式进行，但由于常规火电技术出力以及爬坡率的因素限制，其有时难以跟踪风电的波动特性，若此时风电处于高峰时段，急剧的风电波动对电网的稳定性造成极大影响，可能引发大规模停电事故；且大规模风电集群接入使得电网结构极不均匀，风电接入点附近线路传输容量过大，该部分线路故障引发的大量潮流转移或电源缺失会对电网安全运行造成较大冲击，极易发生连锁故障。另一方面，我国新能源发电基地和负荷中心呈现逆向分布，为保证输电的可靠性及经济性，需要采用交直流联合运行的方式进行传输。在交直流电网中，大部分直流线路及部分高压交流线路作为电能传输的主要通道，具有较高的负荷水平，该部分线路发生故障或直流发生闭锁将会引起大规模潮流转移，很可能造成周围线路过载并进一步断开，引发更大规模的连锁故障事故。对于造成重大停电事故的连锁故障研究，传统上采用还原论的方法，以元件级故障为基础，从微观的角度还原连锁故障的发生过程，研究连锁故障的预防策略。但该方法无法掌握连锁故障发生的宏观规律，相同的元件级故障在不同的运行条件下引发连锁故障的概率也不相同，使得应用自组织临界理论研究连锁故障成为电网安全预警以及故障防御最前沿的课题之一。研究表明，国内外大多数电网均具有自组织临界特性，处于自组织临界态的电网，局部微小的扰动都会通过“多米诺”机制被放大，具有更高的安全运行风险，因此研究电网自组织临界态对于电网安全运行及连锁故障防御具有重要意义。目前针对自组织临界态的研究方法主要分为两种，其一是基于连锁故障仿真模型的研究方法，其二是基于关键影响因素的研究方法。前者通过以OPA为代表的连锁故障仿真模型，模拟电网连锁故障发生情况，统计停电规模与停电频次之间的关系，若其满足幂率尾特性，则说明目前电网处于自组织临界状态，但这种方法只能定性描述电网是否处于自组织临界态。因此有学者展开了基于关键影响因素的电网自组织演化机理研究，指出平均负载率、网络结构均匀程度、风电平均上网率是影响电网自组织临界态的重要影响因素，且随着熵值理论的发展，部分电力工作者将其应用到电网自组织临界态研究之中，提出了加权潮流熵、网络拓扑熵以及风电波动熵等丰硕的研究成果，为电网自组织临界态的定量评估奠定了重要的基础。但这些研究考虑因素过于单一，目前并没有考虑多因素多层次的电网自组织临界态综合评估体系，也无法定量描述电网自组织临界行为。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，以解决现有方法存在的上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，主要包括：步骤1：确定影响电网自组织临界态的关键指标集；步骤2：根据幂率尾特性以及条件风险价值确定样本集中每一种运行状态下电网的自组织临界性；步骤3：基于层次分析理论，将原始物理指标集划分为物理层和因子层并基于正负理想变权理论，计算样本集中每个运行状态下物理层指标的权重；步骤4：基于主成分法计算因子指标的表达式和维度，并保证因子指标包含的信息不重叠；步骤5：基于物理层指标权重构建的一致性判断矩阵以及主成分信息表达因子，计算因子层指标的权重；步骤6：采用秩和比综合评估方法，以因子层指标为输入，计算评估值。进一步地，所述步骤1包括以下步骤：确定样本集X，计算样本集X中每个样本状态的评估指标P，确定用于评估的指标集；所述评估指标包括P加权潮流熵HPw，具体计算公式为：其中，为(ku,(k+1)u)区间内所有线路负载率的平均值，p(k)为线路负载率处于(ku,(k+1)u)区间内的概率；所述评估指标包括平均负载率Lmean，具体计算公式为：其中，lj为第j条线路负载率，l_num为线路总条数；所述评估指标包括网络拓扑熵HN，具体计算公式为：其中，Ii为节点i的重要度；所述评估指标包括系统负荷容量比LC，具体计算公式为：其中，L为负荷集合，pLi为负荷节点i的有功功率；C为关键线路集合，为第j条线路的传输容量上限，γi为各关键线路的权值，其值等于各关键线路的负载率；所述评估指标包括风电日平均上网功率pw，具体计算公式为：其中，pij为第j个风电场在第i时刻的风电出力，n为对象电网中的风电场总个数，m为风电场出力采样总点数；所述评估指标包括风电波动熵Hwind，具体计算公式为：其中，v(k)为风电波动率处于(ku,(k+1)u)区间内的概率；所述评估指标还包括风电平均渗透率λ，具体计算公式为：其中，为第j个火电厂在第i时刻的有功出力，ph为日平均火电上网有功功率。所述确定用于评估的指标集，具体为对所述评估指标进行标准化处理，具体为：其中，Pi为第i个物理指标，μi为第i个物理指标的均值，其计算公式为为第i个物理指标的标准差。进一步地，所述步骤2具体为，根据幂率尾特性判定样本集中每个运行状态是否处于自组织临界态，并计算样本集中每个运行状态的风险价值VaR以及条件风险价值CVaR，根据幂率尾特性判定样本集中每个运行状态是否处于自组织临界态，幂率尾拟合公式为：lnN(Q)＝a-blnQ其中，N(Q)为负荷损失频度，Q为负荷损失量；若电网的负荷损失量与负荷损失频度满足上式，则说明电网处于自组织临界态,所述每个运行状态的风险价值VaR以及条件风险价值CVaR的计算公式分别为，其中，x为损失规模，p(x)为损失规模的密度函数，FVaR和FCVaR分别为风险价值和条件风险价值的值。进一步地，所述步骤3具体包括，构建双层指标体系，以所述评估指标为物理层指标，因子层指标物理层指标的线性组合；确定步骤1中指标集中指标的正理想集C*和负理想集C0；确定每个物理指标的虚拟评估状态以及虚拟微增评估状态计算每个物理层指标的“渐变”因子以及“突变”因子计算质权因子ωi，作为物理指标的权值，计算公式为：所述正理想集C*是样本集X中并不存在的虚拟的最佳评估状态，它的每一个物理指标值都是该属性的最优值，其计算公式为：式中，Pi*为指标Pi的正理想值；所述负理想集C0是样本集X中并不存在的虚拟的最差评估状态，它的每一个物理指标值都是该属性的最劣值，其计算公式为：式中，Pi0为指标Pi的负理想值，m为物理指标个数；所述虚拟评估状态是为体现指标Pi渐变程度虚拟构造出的评估状态，其计算公式为：所述虚拟微增评估状态是为体现指标Pi突变程度虚拟构造出的评估状态，其计算公式为：进一步地，所述“渐变”因子计算方法具体为，首先计算每一个虚拟评估状态与正负理想解的距离，计算公式为：然后计算每个物理指标的“渐变”因子计算公式为：所述“突变”因子计算方法具体为，首先计算每一个虚拟微增评估状态与正负理想解的距离，计算公式如下：然后计算每个物理指标的“突变”因子计算公式如下：进一步地，所述步骤4具体包括：首先，计算加权物理指标ωm×mPm×1的相关系数矩阵ρ，并计算相关系数矩阵ρ的特征值λ及其对应的单位正交化特征向量本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，其特征在于，包括：步骤1：确定影响电网自组织临界态的关键指标集；步骤2：根据幂率尾特性以及条件风险价值确定样本集中每一种运行状态下电网的自组织临界性；步骤3：基于层次分析理论，将原始物理指标集划分为物理层和因子层并基于正负理想变权理论，计算样本集中每个运行状态下物理层指标的权重；步骤4：基于主成分法计算因子指标的表达式和维度，并保证因子指标包含的信息不重叠；步骤5：基于物理层指标权重构建的一致性判断矩阵以及主成分信息表达因子，计算因子层指标的权重；步骤6：采用秩和比综合评估方法，以因子层指标为输入，计算评估值。

【技术特征摘要】
1.基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，其特征在于，包括：步骤1：确定影响电网自组织临界态的关键指标集；步骤2：根据幂率尾特性以及条件风险价值确定样本集中每一种运行状态下电网的自组织临界性；步骤3：基于层次分析理论，将原始物理指标集划分为物理层和因子层并基于正负理想变权理论，计算样本集中每个运行状态下物理层指标的权重；步骤4：基于主成分法计算因子指标的表达式和维度，并保证因子指标包含的信息不重叠；步骤5：基于物理层指标权重构建的一致性判断矩阵以及主成分信息表达因子，计算因子层指标的权重；步骤6：采用秩和比综合评估方法，以因子层指标为输入，计算评估值。2.根据权利要求1所述的基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：确定样本集X，计算样本集X中每个样本状态的评估指标P，确定用于评估的指标集；所述评估指标包括P加权潮流熵HPw，具体计算公式为：其中，为(ku,(k+1)u)区间内所有线路负载率的平均值，p(k)为线路负载率处于(ku,(k+1)u)区间内的概率；所述评估指标包括平均负载率Lmean，具体计算公式为：其中，lj为第j条线路负载率，l_num为线路总条数；所述评估指标包括网络拓扑熵HN，具体计算公式为：其中，Ii为节点i的重要度；所述评估指标包括系统负荷容量比LC，具体计算公式为：其中，L为负荷集合，pLi为负荷节点i的有功功率；C为关键线路集合，为第j条线路的传输容量上限，γi为各关键线路的权值，其值等于各关键线路的负载率；所述评估指标包括风电日平均上网功率pw，具体计算公式为：其中，pij为第j个风电场在第i时刻的风电出力，n为对象电网中的风电场总个数，m为风电场出力采样总点数；所述评估指标包括风电波动熵Hwind，具体计算公式为：其中，v(k)为风电波动率处于(ku,(k+1)u)区间内的概率；所述评估指标还包括风电平均渗透率λ，具体计算公式为：其中，为第j个火电厂在第i时刻的有功出力，ph为日平均火电上网有功功率。所述确定用于评估的指标集，具体为对所述评估指标进行标准化处理，具体为：其中，Pi为第i个物理指标值，μi为第i个物理指标的均值，其计算公式为为第i个物理指标的标准差。3.根据权利要求1或2所述的基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，其特征在于，所述步骤2具体为，根据幂率尾特性判定样本集中每个运行状态是否处于自组织临界态，并计算样本集中每个运行状态的风险价值VaR以及条件风险价值CVaR；根据幂率尾特性判定样本集中每个运行状态是否处于自组织临界态，幂率尾拟合公式为：lnN(Q)＝a-blnQ其中，N(Q)为负荷损失频度，Q为负荷损失量；若电网的负荷损失量与负荷损失频度满足上式，则说明电网处于自组织临界态；所述每个运行状态的风险价值VaR以及条件风险价值CVaR的计算公式分别为，其中，x为损失规模，p(x)为损失规模的密度函数，FVaR和FCVaR分别为风险价值和条件风险价值的值。4.根据权利要求3所述的基于多层级变权理论的电网自组织临界态定量评估方法，其特征在于，所述步骤3具体包括，构建双层指标体系，以所述评估指标为物理层指标，因子层指标物理层指标的线性组合；确定步骤1中指标集中指标的正理想集C*和负理想集C0；确定每个物理指标的虚拟评估状态以及虚拟微增评估状态计算每个物理层指标的“渐变”因子以及“突变”因子计算质权因子ωi，作为物理指标的权值，计算公式为：所述正理想集C*是样本集X中并不存在的虚拟的最佳评估状态，它的每一个物理指标值都是该属性的最优值，其计算公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：王方雨，刘文颖，蔡万通，夏鹏，朱丹丹，张雨薇，田浩，王贤，郭虎，郭红林，吕思琦，吕良，姚春晓，曾文伟，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11