基于电气距离的复杂电网关键节点识别

深入研究电力系统复杂网络特性及连锁故障传播机理对预防大停电事故至关重要。在分析电力网潮流分布机理的基础上,针对经典复杂网络模型不能很好地结合决定网络潮流分布定律的问题,提取蕴含于电网特征参数中的物理信息,根据叠加原理计算得出电网节点间电气距离,基于电气距离提出了网络节点电气耦合连接度的概念。建立基于节点电气耦合连接度的电力系统复杂网络特性辨识模型。与已有复杂电网模型相比,该模型更符合电力系统实际。通过对IEEE标准示例系统的计算,揭示电网内在的异质结构特性,并将该指标应用于电力网关键节点识别。对IEEE 39节点系统和湖南某地区电网进行分析计算,时域仿真结果表明,所提指标比拓扑度指标更为合理有效。     

基于重要度评价矩阵的电网关键节点辨识

电网中存在某些脆弱环节对系统连锁故障有重要影响,如何有效识别这些脆弱环节是目前的一个重要研究内容。以IEEE 39节点系统作为测试算例,在直流潮流优化模型下,研究了电网部分节点移除对电力系统连锁故障的影响,采用了最大供电区域指标校验节点损失代价。并基于复杂网络特征参数及电网物理特性,定义了电网节点重要度矩阵,构造了一种电网关键节点辨识模型。该模型综合考虑节点及其相邻节点度值、节点效能值和线路的电抗值来表征电网节点重要度。仿真结果表明,电网的高度数节点不一定是引起连锁故障的关键节点,节点在整个网络中的效能值及其相邻节点度数是决定其关键程度的共同影响因素,该算法可以有效识别电网中的关键节点。     

基于连锁过载故障发生机理的关键线路辨识

电网关键线路的辨识,对于预防由单一故障引发的大面积停电事故具有重要意义。本文提出一种基于连锁过载故障发生机理的关键线路辨识方法。根据支路开断引起电力系统潮流转移特性,分析了连锁过载跳闸的发生机理,并推导得到连锁过载保护动作判据。根据该判据,定义功率转移指标和电网潮流熵指标来量化反映支路开断后引起的潮流转移程度和支路负载率分布情况。综合这两项指标对电网关键线路进行辨识,通过两种攻击模式下网络效能的降低来验证所辨识关键线路的合理性。最后以IEEE-39节点系统为例进行仿真计算,验证了所提方法的合理性与有效性。     

复杂电网连锁故障下的关键线路辨识

电力系统存在的少数关键线路在导致系统大规模连锁故障发生的过程中起关键作用,因此快速识别电力网络中关键的输电线路,特别是连锁故障过程中系统的关键线路,对有效实施过负荷连锁跳闸控制策略,预防电力系统大面积停电有着重要的意义。大停电事故一般伴随着线路有功潮流的大规模转移,针对此特征,提出潮流转移度指标,基于电力系统静态安全域分析的思想建立关键线路评估模型,提出一种电力系统连锁故障过程中关键线路的辨识方法。结合IEEE 30节点标准算例系统,利用OPA大停电模型构造了某次连锁故障过程,仿真验证了所提辨识方法的正确性。     

一种综合潮流追踪和链接分析的电力系统关键节点识别方法

将一种基于链接分析的思路应用于电力系统安全评估,结合潮流追踪技术提出一种考虑系统运行状态的关键节点识别方法。基于潮流追踪结果定义了系统节点链接强度以及负荷重要性评价的新指标,并利用系统链接强度同时考虑系统实际潮流方向建立了电网的加权有向图。借鉴基于链接分析的PageRank算法思路,建立了基于电网加权有向图链接强度的节点重要度计算评价模型,实现了关键节点的有效识别。所提出的识别方法可基于系统当前实际网络结构和潮流分布,从电网全局能量传输的角度,识别出对系统安全运行起关键作用的重要节点。利用IEEE39节点系统作为算例对所提出的关键节点识别方法进行了验证,并通过与已有的关键节点识别方法进行比较,表明该方法所得到辨识结果更加符合电力系统的运行实际。     

基于负荷介数和电气欧拉距离的电网关键环节辨识

为有效辨识电网关键环节,预防连锁故障,本文提出负荷介数和电气欧拉距离作为关键节点和线路的辨识依据。首先考虑电网中节点和线路的差异性提出负荷介数;然后结合线路介数和最大传输功率提出电气欧拉距离。该方法考虑线节点全局重要度、线路加权介数、线路度平均值以及最大传输功率对电网潮流分布的影响,将电网作为有向加权网络处理,计及电网节点度分布的差异性和线路功率传输约束,符合电力系统实际应用。通过IEEE 39节点系统的仿真计算和已有方法的对比,验证了本文所提方法的有效性。     

基于广义节点及熵理论的电网脆弱节点电压辨识方法

在电力系统中为了避免发生一系列的连锁故障,需要给出评估电网中最具关键性的脆弱节点的相应指标和模型,考虑到传统直流输电系统对交流电网换相电压敏感性,提出一种基于广义节点及熵理论的电网脆弱节点电压辨识方法,该方法结合熵的一般性原则,将电网受到冲击时广义节点的奇异值熵、潮流分布和转移熵三者统一起来共同作为电网脆弱节点的辨识依据,并采用熵权值法修正AHP方法的手段获得综合权重系数,充分考虑了各指标的主客观影响因子,采用层次分析法和熵权值法获得脆弱节点综合评估模型的权重系数。最后通过IEEE 39节点系统仿真结果验证了该方法对于电网整体性脆弱节点辨识的有效性和实际运用价值,证实了该方法可以有效衡量交流电网电压突变量对直流输电系统影响。     

基于改进PageRank算法的电网关键节点辨识方法

考虑电网和互联网具有相似的复杂网络特性,该文提出一种基于改进PageRank算法的大电网关键节点辨识方法。首先,以电网拓扑和潮流方向为基础,构建原始电网Google矩阵;然后,考虑节点类型在负荷供电和功率传输中的不同贡献,对原始Google矩阵进行修正以得到衍生矩阵;最后,考虑节点失效对系统功率波动和电压偏移的影响,融入电网安全因素,基于PageRank算法对节点重要度进行排序,辨识出影响负荷供电和系统安全的关键节点。以IEEE 39节点系统为例进行仿真,通过模拟对节点的蓄意攻击,并与其他方法进行比较,验证了所提方法的有效性。     

基于事故链模型的电网关键线路辨识

确定电力系统中具有关键作用的线路对于避免连锁故障具有重要意义,为此,基于事故链模型提出了一种辨识电网中关键线路的方法。初始故障由系统负荷水平、线路故障率、线路负载率及关联系数等因素确定,使用事故概率重要度和设备在网络中的拓扑重要度作为事故链中间环节的预测,建立了基于事故链的连锁故障仿真模型。在事故链的风险评估基础上,考虑线路在事故链中位置、造成事故的严重程度等因素建立关键线路的重要度指标,通过该指标可以辨识对电力系统连锁故障产生重要影响的关键线路。以IEEE 39节点系统为算例,验证了该方法的有效性。该方法可以提高电网运行的可靠性,减少大停电事故的发生。     

基于综合重要度的电网关键线路辨识方法

更加精准快速识别出电网关键线路，对提高电网运行的稳定程度以及预防电网连锁故障具有重要意义。文章首先基于复杂网络理论提出改进潮流介数指标，从结构角度判别系统受到功率扰动后线路的脆弱程度；然后基于熵理论，提出计及线路负载率的加权潮流转移熵指标，克服原有指标中只考虑转移潮流分布均匀性的不足；最后建立包括以上2种指标的综合重要度评估指标，更加全面地衡量线路在电力系统中的重要程度。通过对IEEE 39节点系统进行仿真，得出了不同攻击方式下系统的改进网络传输效率变化曲线图，证明了综合重要度指标的有效性，对预防电力系统连锁故障具有重要意义。     

复杂电网级联事故下的重要线路辨识

实现电网级联事故中的关键输电线路准确辨识,对大范围的电力供应中断事故的预防及控制有着重要意义。首先,运用能量函数,结合直接法的建模思路,将事故过程中的潮流转移、电压波动等诸多复杂电气量变化统一至能量函数框架内,准确量化线路之间的能量关联关系,构造出适用于级联事故分析的复杂网络模型;然后,在PTDF网络能力的启发下,以上述复杂网络模型为执行环境,提出线路能量流量的概念,用于评估网络线路在级联事故发生过程中的关键程度;最后,通过改进OPA模型在IEEE-39节点系统进行级联事故仿真,并求取Pearson相关系数,验证了线路重要度指标的有效性,为电网安全运行和稳定性控制控制提出合理化建议。     

面向互联电网连锁故障安全防控的关键支路辨识

随着电网互联紧密程度的提高,抵御连锁性故障成为关键问题。在一定场景下,电网关键载流支路故障会引发过载型连锁反应,威胁系统安全运行,对于此类关键线路的筛选和辨识具有重要意义。据此,在考虑无功电压的改进直流潮流模型的基础上,推导和构建了过载型连锁故障动态演化模型。该模型考虑连锁故障过程中系统功率平衡和电压稳定装置的调节作用以及系统的校正控制措施,并较为准确地模拟支路失效后互联系统连锁故障的动态演化过程,进而研判连锁故障对系统功能和结构的影响。在此基础上,提出了电网载流支路的重要度评估指标,通过大规模连锁故障模拟计算,获得各载流支路的重要度指标,最终实现电网关键支路的有效辨识。以IEEE 39节点系统为算例,验证了所提模型和方法的有效性。     

基于故障链聚类算法的电网关键线路辨识

研究连锁故障发展机理以及辨识故障演化路径中的关键线路,对揭示电力系统薄弱环节、降低连锁故障风险具有重要意义。为此,文中提出一种基于故障链聚类算法的电网关键线路辨识方法。首先,建立改进的基于直流潮流法的电力系统解列模拟器(DCSS)连锁故障仿真模型,配合随机化学(RC)法高效生成含详细时序信息的故障链集合;然后,以编辑距离为相似性指标实现对故障链的层次聚类,分类后的故障链集合不仅可以降低后续数据挖掘的难度,而且能够更加全面地识别出不同连锁故障演化模式中的薄弱环节;最后,以Matpower 2383节点系统为例,根据关键线路扩容后系统风险水平的下降程度评估各类算法所辨识线路的重要性。结果表明文中方法能更好降低系统连锁故障风险水平,证明了所提模型及算法的有效性。     

基于改进节点重要度贡献矩阵的电网关键节点识别

电网中少数关键节点的故障可能会引发连锁故障,从而对电网的安全稳定运行造成巨大影响。因此,识别出电力系统的关键节点并进行重点保护对预防重大停电事故具有重要意义。在此背景下,该文提出了基于改进节点重要度贡献矩阵的电网关键节点的识别方法。首先,基于功率转移分布因子(power transfer distribution factors,PTDF)定义改进的电气距离,在此基础上提出了反映节点间连通性的节点效率指标;接着,为了更好地体现节点的局部和全局重要性,对节点重要度贡献矩阵进行改进,并提出基于改进节点重要度贡献矩阵的节点重要度评估方法;然后,为了比较不同关键节点识别方法的优劣,提出并定义了网络可供电能力和网络效能指标;最后,基于新英格兰10机39节点系统,通过模拟对关键节点的攻击以及与其他方法的比较,验证所提出的关键节点识别方法的有效性和正确性。     

Cascading failures of power grids caused by line breakdown

In recent years, several large blackouts have drawn much attention to security problems in electric power transmission systems all over the world, which were triggered by initial minor disturbances and caused by cascading failures. Many models for cascading failures in power grids based on node attacks have been proposed, where only one kind of load is involved. In real power systems, however, strict measures are normally taken to protect the nodes, i.e. the power stations, so that failures at the nodes can hardly occur. It is much easier for transmission lines to break down, which may lead to cascading failures in entire power systems. Hence, a new model involving active and reactive loads and considering transmission line failures instead of node failures is proposed to understand cascading failures of power grids. When a transmission line breaks down, its load is redistributed to its neighbouring lines according to their respective capacities. It is well known that a power grid's topology and connectivity play a key role in determining its dynamic behaviour. Therefore, cascading failures of power grids with typical topologies, i.e. random, small‐world and scale‐free networks, are investigated using the model proposed and considering transmission line breakdowns. Finally, the model's effectiveness is validated employing real data of the European power grid. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于节点传输贡献量的省间联络线潮流近似计算

提出以节点传输贡献量为量化指标的节点分类方法,提高了日前电力市场中省间联络线上有功功率的计算精度。以3机5节点的简单电网为例,详细说明了省级电网简化前后功率传输分布因子和注入转换系数的计算过程和步骤。以电网有向图为基础,搜索电源节点与负荷节点之间的可行路径,计算节点的传输贡献量,进而估计节点的注入转换系数,获得联络线潮流的近似值,并分析了以节点传输贡献量的均值为阈值对节点分类的优势。最后在IEEE 118节点系统中将所提方法、均值法和节点定性分类法分别应用于日前电力市场的省间联络线潮流计算,仿真和比较结果表明所提方法减小了注入转换系数均值的波动,与真实值相比,省间联络线潮流的平均绝对误差为0.49%,验证了所提方法的有效性。     

基于有权网络模型的电力网节点重要度评估

电力网络中的某些重要节点对连锁故障的发生有着重要的影响。文中应用复杂网络理论,综合考虑节点在网络拓扑结构中的分布特性以及电网的电气特性,选取输电线路的电抗值作为权值参数,建立了电力网络的有权网络模型;提出了基于有权网络模型的电力网带权重的网络凝聚度及节点重要度评估指标;并以EPRI 36节点系统为例进行了暂态稳定时域仿真实验,仿真结果表明了该方法的有效性。     

考虑电网关联度的电力通信网关键环节识别

电力通信网作为电网的支撑网络,其可靠运行对电网安全可靠运行有着重要意义。为了识别电力通信网的关键环节,提出了一种考虑电网关联度的电力通信网关键环节识别方法。首先,构建电力-通信复合系统,其次,分别构建电力系统层节点评价体系、链路评价体系和通信系统层节点评价体系、链路评价体系,然后采用TOPSIS算法分别求得电力系统层节点重要度、链路重要度以及通信系统层节点重要度、链路重要度。最后,通过特定的代数运算,将电网关联度与通信网自身的重要度结合起来,分别求得考虑电网关联度的电力通信网节点、链路重要度值,并依据重要度值,识别出电力通信网关键环节。某省实际电力通信网仿真结果表明,该方法可以有效地识别出关键环节,证明了该方法的可行性。