一种电网节点重要度确定方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电力系统领域，具体地说是一种电网节点重要度确定方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，国内外的多次大规模停电事故给人类社会造成巨大的经济损失，严重威 胁社会安全，极大地引起了人们对电网可靠性的关注。研究表明，电网中少量的重要节点 的崩溃会引起电网连通性的剧烈下降，发生在重要节点上的严重故障会引发级联故障，最 终导致全系统发生功角失稳。因此，准确识别电网重要节点，有助于电网企业实施差异化管 理，如运行人员提前加强对重要节点的保护，以保证电网安全稳定运行。此外，电网节点重 要度评估结果还可应用于电力系统风险评估、检修计划优化安排、黑启动过程中的网络重 构、脆弱性评估及复杂环网中继电保护整定等方面。
[0003] 现有电网节点重要度评估方法大多基于复杂网络理论。利用该理论中的度、介数、 节点凝聚度等指标，将电网抽象为一个无向有权图，网络中边的权值多是基于线路的电抗 参数给定，因此节点重要度更大程度上是从网络拓扑角度来衡量，难以反映实际运行方式 变化对节点重要度的影响。实际上，电网可根据潮流的流向抽象为一个有向图，节点重要度 不仅和电网的拓扑结构有关，还和支路潮流大小、电源和负荷的容量等因素相关。
[0004] 此外，电网和互联网都属于复杂网络，存在一定的共性。两者均可被抽象为有向网 络，但鲜有文献将互联网中的算法引入到电网中。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，提出一种新的电网节点 重要度确定方法，该方法：
[0006] 首先，根据电网拓扑连接情况和有功潮流方向生成初始的电网拓扑有向图。
[0007] 然后，为建立节点重要度和电网运行方式之间的关系，对电源、负荷及潮流等因素 进行相关处理，形成了修正的电网拓扑的有权有向图。
[0008] 接着，根据修正的电网拓扑有权有向图，采用MBCC-HITS算法，对电网中各节点的 权威值和枢纽值进行计算，这两个值分别从进线和出线的角度衡量了节点的重要程度。[0009] 最后，在上述两个值的基础上，定义节点重要度的指标为节点的权威值和枢纽值 之和，以此作为本发明中节点重要度的衡量标准。
[0010] 本发明采用以下具体步骤：
[0011] 步骤1)根据下表所示的对应关系，将电网转化为不考虑电源及负荷、潮流大小等 因素时的有向拓扑图G。
[0012]
[0013] 其中，电网中线路（同杆并架的输电线路可以合并）的潮流是有方向的，有功的流 向将作为线路的方向。
[0014] 步骤2)考虑节点的负荷与电源，对步骤⑴中得到的有向图G进行修正，得到修 正的电网拓扑有向图G'。具体步骤如下：
[0015] (1)节点负荷的处理。对于电网中节点i所接负荷h，引入一个负荷节点％进行 处理，即在原先根据电网拓扑连接情况生成的有向图的基础上，增加相应的负荷节点％及 一条由节点i指向负荷节点％的有向边，I?,,的潮流为负荷容量& ?这样的处理，对 于节点i来说，出度增加，而对于新增的负荷节点'，其重要度可在排序结果中剔除。
[0016] (2)节点电源的处理。与负荷的处理类似，节点i上连接的发电机，引入一个发电 机节点，即在原先根据电网拓扑连接情况生成的有向图的基础上，增加相应的发电机节 点《6,:，并增加一条由发电机节点％指向节点i的有向边^.4，边的潮流为发电机出力馬;:， 以视在功率计算。同样的，新增电源节点％的重要度可在排序结果中剔除。
[0017] 步骤3)对支路潮流进行处理，得到含权重的邻接矩阵H。进行电网节点重要度计 算时，要考虑电网运行方式的影响，即线路的潮流大小。将潮流大小作为有向边的权重考 虑，具体是根据步骤（2)中得到的修正有向图G'，以及各支路潮流的大小形成带有权重的 邻接矩阵H，其元素根据下式确定：
[0018]
[0019] 采用含有权重的邻接矩阵H，使得电网节点重要度计算结果不仅和电网的拓扑结 构有关，还和电网的实际运行方式密切相关。节点所连接线路数量越多，线路流过潮流越 大，节点的重要程度将越高。
[0020] 步骤4)采用MBCC-HITS迭代算法计算电网节点权威值，具体是采用下式进行迭代 计算：
[0021] y*k={bDc1 (HTH+peT) + (l~b) (1/N)eeT}Ty* 1
[0022] 其中，k为迭代次数￥=(ydy2, . . .yN)为电网拓扑中所有节点的权威值向量， N为有向拓扑图G'的节点总数，包括引入的负荷节点和发电机节点，向量的初始值为 (丨/#,丨/#,...，丨/#} ;b是为保证解的唯一性而引入的阻尼系数，可取0. 85;p是为保证 迭代过程有解而引入，且根据电网拓扑中节点的入度是否为零而生成的一个N维向量，因 此是发电机节点为1，其他节点为〇的N维向量；e为N维单位向量；D。是Ν'N维矩阵，具 体计算公式为：
[0023]Dc=diag(c'），c' = (c'uc'2, N)
[0024]c，= (HTH+peT)e。
[0025] 上述迭代过程中，每次迭代结果需要进行单位化，使得=1。经过迭代后， 权威值向量收敛，得到收敛的权威值向量y#。
[0026] 步骤5)在经步骤（4)得出收敛的权威值向量后，代入下式得到各节点的枢纽值向 曰. 氺 TT氺 里：z = Hy
[0027] 节点枢纽值向量f也需要进行单位化，使得?(ζ"Α_)2 = 1。 n-i
[0028] 步骤6)把步骤（5)获得的枢纽值向量代入下式，/=ΗY，得到节点最终的节点 权威值向量/，同样该权威值向量也需单位化。
[0029] 采用这一步的原因是，步骤（4)中引入向量ρ来保证迭代过程有解，但会使入度 为零的发电机节点得到的权威值均相同，即不同出力的发电机对所连节点的重要度影响是 相同的，这显然与实际情况不符。为此，在经步骤（4)得出收敛的权威值向量后，通过步骤 (5)得到最终的节点枢纽值向量，此时向量中不同出力的发电机节点的枢纽值不同，再经过 本步骤，可得到不同出力发电机最终权威值向量也不同，进而体现不同发电机出力对节点 重要度的影响。
[0030] 步骤7)计算节点重要度。首先定义电网节点重要度向量If如下，1^=y'z%得 到最终的节点重要度向量。由此可知，节点N的重要度为：
[0031]Rn=yn+zn
[0032] 其中，^和zn是节点η最终的权威值和枢纽值。
[0033] 权威值yn是衡量节点对潮流原创性的贡献，是从进线的角度来衡量节点重要度 的；而枢纽值zn是衡量节点在潮流传播中的作用，是从出线的角度来衡量节点的重要程度 的。对节点η而言，进线的来源及数量和出线的去向和数量都决定着电网节点的重要程度。 这两个值的大小共同决定着电网节点重要度，同等重要。
[0034] 本发明在进行重要度计算时，结合电网运行方式，综合考虑支路潮流、节点负荷及 电源对算法的适应性，并提出同时考虑入度和出度的评价指标，使得算法的评估结果更加 合理。利用本发明得到的节点重要度，可以应用到各级电网的风险评估和检修计划优化安 排等方面。
【附图说明】
[0035] 图1应用例IEEE14节点接线图
【具体实施方式】
[0036] 本发明将互联网网页排序中的MBCC-HITS算法，结合电力系统实际情况，综合考 虑电网潮流、电源和负荷容量等因素对算法进行相应改进，给出了电网节点重要度计算的 一个新方法。该方法不仅综合考虑电网潮流、电源和负荷容量等密切反映电网运行方式的 因素，而且从节点的进线和出线两个角度定义了节点的"权威值"和"枢纽值"，以两者之和 来衡量节点的重要程度，使评估结果更加全面、客观和合理。
[0037] 本发明方法具体是：
[0038] 步骤1)根据下表所示的对应关系，将电网转化为不考虑电源及负荷、潮流大小等 因素时的有向拓扑图G。
[0039]
[0040]其中，电网中线路（同杆并架的输电线路可以合并）的潮流是有方向的，有功的流 向将作为线路的方向。
[0041] 步骤2)考虑节点的负荷与电源，对步骤⑴中得到的有向图G进行修正，得到修 正的电网拓扑有向图G'。具体步骤如下：
[0042] (1)节点负荷的处理。对于电网中节点i所接负荷1;，引入一个负荷节点气进行 处理，即在原先根据电网拓扑连接情况生成的有向图的基础上，增加相应的负荷节点5及 一条由节点i指向负荷节点气的有向边Cv，的潮流为负荷容量岑。这样的处理，对 于节点i来说，出度增加，而对于新增的负荷节点"/,，其重要度可在排序结果中剔除。
[0043] (2)节点电源的处理。与负荷的处理类似，节点i上连接的发电机，引入一个发电 机节点~唧在原先根据电网拓扑连接情况生成的有向图的基础上，增加相应的发电机节 点％; 并增加一条由发电机节点.?.指向节点i的有向边1.4.，边的潮流为发电机出力知彳 以视在功率计算。同样的，新增电源节点乂的重要度可在排序结果中剔除。
[0044] 步骤3)对支路潮流进行处理，得到含权重的邻接矩阵H。进行电网节点重要度计 算时，要考虑电网运行方式的影响，即线路的潮流大小。将潮流大小作为有向边的权重考 虑，具体是根据步骤（2)中得到的修正有向图G'，以及各支路潮流的大小形成带有权重的 邻接矩阵H，其元素根据下式确定：
[0045]
[0046] 采用含有权重的邻接矩阵H，使得电网节点重要度计算结果不仅和电网的拓扑结 构有关，还和电网的实际运行方式密切相关。节点所连接线路数量越多，线路流过潮流越 大，节点的重要程度将越高。
[0047] 步骤4)采用MBCC-HITS迭代算法计算电网节点权威值，具体是采用下式进行迭代 计算：
[0048] y*k={bDc1 (HTH+peT)+(l~b) (1/N)eeT}Ty* 1
[0049] 其中，