一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法，以电气介数作为电网节点的负载并结合容量负载模型建立级联失效模型，采用最近邻的分配策略，分配失效节点负载时根据邻居节点的剩余容量调整分配参数，从而可以有效提高电网的鲁棒性，使得电网的级联故障得到很好的控制。本发明专利技术考虑了发电容量和负荷容量及其分布，可弥补已有模型假设潮流只沿母线间最短路径流动的不足。电网级联失效的鲁棒性受耐受参数及负载分配策略的影响。通过仿真，验证了本发明专利技术的优越性。通过本发明专利技术将有利于节约电网建设成本并获得鲁棒性的提升。

A method of establishing cascaded failure model based on electric medium

【技术实现步骤摘要】
一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法
本专利技术涉及一种考虑电气特性和拓扑特性的级联失效模型的提出和实现，属于智能电网级联故障

技术介绍
近年来，国内外相继发生了多起造成严重后果的电网大停电事故。2008年2月中国部分地区经历了一场50年一遇的雪灾，这次雪灾对湖南地区的电网设备造成了巨大的破坏，让450万人在没有电的情况下生活了两个星期之久。2012年7月30日和31日印度发生的史上影响范围最大的大规模停电事故，影响约6亿人口用电。实际上，停电的主要演变形式就是级联故障，其特征是从单个故障扩展到多个故障，甚至可能导致整个电网崩溃。停电严重影响了国民经济和社会生活，因此迫切需要采取更全面有效的方法来分析电网连锁故障的传播特性，从而为预防和控制电力系统的连锁故障提供理论依据。为了探索级联故障的传播机理和电网的鲁棒性能力，国内外的学者们从各个方向和角度，提出了许多关于电网级联故障模型。一部分研究者从经典电路理论和电网电气特性方面考虑，更多关注各元件的电气特性，利用电学定律和元件的物理特性对电网进行详尽的分析，然而这类方法的局限性也很大，只适合小规模网络，在面对节点数较大的网络时计算的维度会很大，很难完成。由于传统经典理论方法存在弊端，于是一些人就考虑利用现代复杂网络理论方法研究电网级联失效，其中“自组织临界”模型和“小世界”模型是受到广泛关注的两个模型。从统计的各项数据发现国内外的大电网大都存在小世界特性，而这大大促进了连锁故障的传播。以上的研究大多只从电网的拓扑结构考虑，忽略了电网本身的电气特性影响，因此，所建立的模型与实际的电网故障特性可能有很大的偏差。现有模型在分析级联故障与电网结构的关系时，大都以加权介数作为节点或边的负载，假设潮流只沿母线间最短路径流动，这与电力系统潮流按基尔霍夫定理传输不符，实际上在发生潮流转移时，功率是沿着所有可能的路径传播，而不仅仅是最短路径或是有效路径。电气介数概念是，将所有“发电－负荷”节点对之间注入单位电流时线路上的电流绝对值叠加作为节点和线路的关键性评价指标，同时考虑发电容量和负荷容量及其分布，该指标可弥补已有模型假设潮流只沿母线间最短路径流动的不足，能更真实地反映出各节点在全网功率传播中所起的作用，并且物理背景更符合电力系统实际。
技术实现思路
专利技术目的：考虑以往的介数指标假定系统潮流只按最短路径传输，而忽略了电力系统潮流传输的客观性，本专利技术提供一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法，本专利技术以电气介数作为电网节点的负载并结合容量负载模型建立级联失效模型，采用最近邻的分配策略，分配失效节点负载时根据邻居节点的剩余容量调整分配参数，从而可以有效提高电网的鲁棒性，使得电网的级联故障得到很好的控制。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法，包括以下步骤：步骤1，采集电网相关参数，生成电网网络的邻接矩阵；步骤2，根据电网的网络电气量，计算线路电气介数：其中，eBt(m,n)代表线路(m,n)的电气介数，(m,n)表示(m,n)表示节点m到节点n的线路，也就是网络的连边，G是发电机节点集合，L是负载节点集合，W1,i取发电机实际发电功率或额定功率，W2,j取负载的实际负荷或额定负荷，Iij(m,n)表示在发电负荷对(i,j)之间注入单位电流元时线路(m,n)上的电流；步骤3，电网节点分为发电机节点、传输节点和负荷节点，计算电网中每一个节点的初始负载，其中，eBt(n)表示电网中每一个节点的初始负载，f(n)为节点n的邻居节点集合，通过求得在发电负荷对(i,j)间注入单位电流元时节点n的电流；步骤4，按照容量负载模型，计算每一个节点的容量，Cn＝(1+α)eBt(n)其中，Cn是该节点的容量，α是模型的耐受参数；步骤5，攻击电网中的节点，其负载以如下的策略分配给邻居节点：其中，Pn→m为负载从n节点分配到邻居m节点的比例，f(n)是n节点邻居节点的集合，γ为一可变参数，控制负载分配的概率，设定节点n的初始负载为Ln；步骤6，失效节点的邻居节点分担失效节点的负载，并且按照如下规则进行负载的更新：L’m＝Pn→mL1,n+L2,m其中，L’m表示重分配后新的邻居节点负载，Pn→m是步骤5计算出来的负载从n节点分配到邻居m节点的比例，L1,n是节点n失效时的负载，L2,m是节点m的实时负载；步骤7，判断更新负载后的节点，其是否负载超过容量，如若L2,m>Cm，那么该节点失效，那么回到步骤5，继续这一负载再分配的过程；否则，到步骤8；步骤8，没有新产生的失效节点或者电网的节点全部失效，那么该级联失效的传播过程结束，根据衡量指标来衡量级联故障的发生程度。优选的：因为输入电流等于输出电流，在已知节点连边电流的基础上，对所有连边电流取绝对值再乘以得到节点电流，这反映了发电负荷节点对(i,j)间功率传输对节点n的占用情况，对所有发电负荷对求和得到全网功率传输时对节点n的占用情况；当节点n是发电节点或负荷节点时不需要乘以因为发电机节点只有输出，负荷节点只有输入。优选的：步骤8衡量指标有两种，分别是最大连通子图规模和负荷损失率。优选的：通常采用最大连通子图的规模来衡量电网的结构的鲁棒性程度：其中，G表示电网的结构的鲁棒性程度，n1和n1’分别代表故障前和故障后的最大连通子图的节点总数。优选的：负荷损失率计算方法如下：电网受到攻击后分解成若干个子网，得到任意子网a受到攻击后的负荷损失容量：式中，L″a是子网a的总的负荷需求，G″a是子网a的总的发电容量，如果总的发电容量大于总的负荷需求，则没有负荷损失；于是整个电网的负荷损失比例为：式中，L″max表示整个电网的总的负荷需求。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术基于复杂网络理论，将电网节点分为三类节点，发电机节点供电，传输节点传输功率，负载节点消耗功率。本专利技术认为实际上在发生潮流转移时，功率是沿着所有可能的路径传播，而不仅仅是最短路径或是有效路径。电网节点过载故障时，其负载会根据邻居节点的剩余容量以一个可调比例的分配策略分配负载给邻居节点，通过在IEEE118和IEEE300网络上的仿真并与其他模型进行对比，验证了本模型的有效性。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是IEEE118网络的γ和αm的关系。图3是IEEE300网络的γ和αm的关系。图4是不同攻击模式下IEEE118鲁棒性表现一。图5是不同攻击模式下IEEE118鲁棒性表现二。图6是不同攻击模式下IEEE300鲁棒性表现一。图7是不同攻击模式下IEEE300鲁棒性表现二。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，采集电网相关参数，生成电网网络的邻接矩阵；/n步骤2，根据电网的网络电气量，计算线路电气介数：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电气介数的电网级联失效模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集电网相关参数，生成电网网络的邻接矩阵；
步骤2，根据电网的网络电气量，计算线路电气介数：



其中，eBt(m，n)代表线路(m，n)的电气介数，(m，n)表示节点m到节点n的线路；G是发电机节点集合，L是负载节点集合，W1，i取发电机实际发电功率或额定功率，W2，j取负载的实际负荷或额定负荷，Iij(m，n)表示在发电负荷对(i，j)之间注入单位电流元时线路(m，n)上的电流；
步骤3，电网节点分为发电机节点、传输节点和负荷节点，计算电网中每一个节点的初始负载，



其中，eBt(n)表示电网中每一个节点的初始负载，f(n)为节点n的邻居节点集合，通过求得在发电负荷对(i，j)间注入单位电流元时节点n的电流；
步骤4，按照容量负载模型，计算每一个节点的容量，
Cn＝(1+α)eBt(n)
其中，Cn是该节点的容量，α是模型的耐受参数；
步骤5，攻击电网中的节点，其负载以如下的策略分配给邻居节点：



其中，Pn→m为负载从n节点分配到邻居m节点的比例，f(n)是n节点邻居节点的集合，γ为一可变参数，控制负载分配的概率，设定节点n的初始负载为Ln；
步骤6，失效节点的邻居节点分担失效节点的负载，并且按照如下规则进行负载的更新：
L′m＝Pn→mL1，n+L2，m
其中，L′m表示重分配后新的邻居节点负载，Pn→m是步骤5计算出来的负载从n节点分配到邻居m节点的比例，L1，n是节点n失效时的负载，L2，m是节点m的实时负载；
步骤7，判断更新负载后的节点，其是否负载超过容...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文波，宋玉蓉，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32