基于毁伤恢复的电网关键节点辨识

基于毁伤恢复的电网关键节点辨识

肖宝强

陆军工程大学国防工程学院 江苏南京 210007

摘要：中国处于经济蓬勃发展的年代，随着社会经济不断发展，对基础设施和能源供应的要求不断增加，电网作为重要的能源供应基础设施网络，不容置疑成为关注重点。近年来国际上发生的多起大停电事故表明，随着电网规模的扩大，电网生命线事故的影响范围越来越大。为了提高电力系统运行的可靠性，防止级联失效所带来的灾难性后果，同时为了提前预防事故与灾后快速恢复，开展电力网络关键节点的研究势在必行。

关键词：电网；复杂网络；关键节点；毁伤恢复

电网作为关键基础设施体系中重要的组成部分，是国民经济的支柱产业，关系到国计民生，电网生命线的安全稳定运行对促进国民经济发展和社会进步起到重要作用^[1]。为了将我国一次能源基地产生的电力输送到负荷中心，随着利用可再生能源发电的广泛应用，电力能源在能源中的占比大幅增大，这些都将使电力系统的安全稳定运行面临严峻挑战^[2]。对复杂电力生命线网络进行关键节点的评估，能够提前预防控制事故发生，防患于未然。

1. 电网复杂网路毁伤模型构建

电网模型基于复杂网路并保持源网荷平衡构建。通过MATPOWER进行模型构建，这里准备了两个电网网架，分别为30节点系统和39节点系统。按需修改成“Case_power30”或者“Case_power39”。首先对构建模型进行潮流计算，该步骤会保存初始情况下的潮流计算结果，主要为各个节点的电压情况。

移除电网内的节点并视为毁伤节点，同时移除与毁伤节点相连的边，对电网进行重构。对于毁伤后的电网重新进行牛顿－拉夫逊法潮流计算^[3]，在对损坏情况下的潮流分析时，主要关注以下指标：

（1）节点电压是否越限

一般节点电压可按不超过6%和不小于6%计算，即电压范围一般在0.94-1.06之间，不在则视为越限，影响较大。

（2）节点电压的变化程度

节点电压的变化程度 指初始潮流，公式表示为：

其中， 表示初始节点电压， 表示毁伤后节点电压。

综上，在进行毁伤节点模拟时，受影响的节点包括了两类，一是电压越限，二是电压变化超过了阈值。由于电压变化超过阈值的影响相对于越限较小，可认为短时间通过调整可以消除超过阈值的影响。

（3）影响程度

影响程度是一个量化指标，主要指的是受影响的站点占全网站点的比重。可以比较清晰的量化当发生某种损坏的时候，整个网络受影响的程度。当某些重要节点，如主要的电源一旦损坏，其他电源无法满足需求的情况下，由于供不应求，整个电网潮流无解，整个网络都会受到影响。当某些关键的边损坏亦是如此。

2. 最优切负荷模型

对于毁伤节点，存在一些电压越限的情况，在优先调整发电机有功功率出力依然不能满足负荷侧正常供电的时候，再执行最优切负荷操作。因此模型中考虑了发电机出力的调整和切负荷同时寻优^[4]。对于切负荷要满足对负荷侧影响最小的原则，使得电网重回正常状态，即目标函数H为：

其中， 为电网中负荷i节点有功功率的切负荷。对于整个电网体系要满足源荷平衡：

其中， 为供电节点j的有功功率，是控制变量； 为负荷节点i的有功功率，是已知变量；其他变量代表相同含义。

3. 算例分析

算例以IEEE30节点系统为例，该电力网络包含30个节点，如图2所示。可得电网整体网络效率E(T)=5.24，节点在电网中的系统综合价值I如表1所示：

图1 IEEE30网络结构图

表1 IEEE30节点系统综合价值

4. 结论

以满足负荷侧供电为指标，基于服务端评价体系，使无论是负荷节点还是供电节点都在同一体系同一指标下进行综合评估，可以更好的得到各节点影响力的相对大小，对整个电网体系有较为客观的评估。基于复杂网络与实际电网结构模型，文中提出源荷平衡毁伤恢复力得到节点关键度综合指标。

参考文献

1. 狄立，郑征，夏旻，等. 基于快速密度聚类的电力通信网节点重要性评估[J].电力系统保护与控制，2016，44(13)：90-95.

2. 徐青山，王伟，刘建坤，等．计及灵敏度因子的加权电气介数在电网脆弱性线路识别中的应用[J]．电力自动化设备，2013，33(10)：53-58．

3. 常康，徐泰山，郁琛，等．自然灾害下电网运行风险控制策略探讨[J]．电力系统保护与控制，2019，47(10)：73-81．

4. 王徐敬友，陈冲，罗纯坚，等．基于改进复杂网络模型的电网关键环节辨识[J]．电力系统自动化，2016，40(10)：53-61．