本申请涉及电气技术领域，尤其涉及一种复杂电网中关键节点的辨识方法及装置。
背景技术：
现有的电力网络关键节点判断的方法是，先建立电力网络模型，如：小世界网络模型、无标度网络模型、局域世界模型、改进的局域世界模型、邻域演化模型、时空演化模型等等，其中最基础的是小世界网络模型和无标度网络模型。然后在这些模型的基础上，基于复杂网络理论，分析电力网络的拓扑结构特征并且演化生成规律，以及计算其对连锁故障所产生的影响、电力网络的脆弱性和鲁棒性。目前，常用的基于复杂网络理论刻画电网特性的主要参数有：特征路径长度、聚类系数、聚类度以及度分布。
但是，现有的基于复杂网络理论的电网关键节点的辨识方法，忽略了电网运行方式多变的特点。基本固定的网架结构，电网可安排的运行方式多种多样，不同的运行方式下，同一节点所带来的电网扰动和稳定风险是不一样的。所以，如何提供一种行之有效的关键节点辨识方法成为业内亟待解决的问题。
技术实现要素：
本申请提供了一种复杂电网中关键节点的辨识方法及装置，以实现在复杂电网环境下，有效的辨识关键节点的目的。
一方面，本申请实施例提供一种复杂电网中关键节点的辨识方法，包括：
确定电网中的单一故障单元及直流极数；
根据所述单一故障单元和所述直流极数，建立电网直流拓扑模型；
确定所述电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数；
根据节点的所述潮流集中度和所述辛普森指数，确定节点的能量释放指数；
根据所述能量释放指数判别电网中的关键节点。
可选的，所述确定电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数中，确定节点的潮流集中度的具体步骤包括：
获取所述电网直流拓扑模型中节点数和节点所承载的功率绝对值；
根据所述节点数和所述功率绝对值，确定节点的潮流指数；
根据所述潮流指数，确定节点的潮流集中度。
可选的，所述辨识方法还包括：
根据节点的所述潮流指数，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述辨识方法还包括：
根据节点的所述潮流集中度，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述根据节点的所述潮流指数，对电网的运行特性进行分析的步骤包括：
计算所述潮流指数的累积概率分布；
计算所述潮流指数的辛普森指数；
根据所述潮流指数的累积概率分布和所述潮流指数的辛普森指数，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述根据节点的所述潮流集中度，对电网的运行特性进行分析的步骤包括：
计算所述潮流集中度的累积概率分布；
计算所述潮流集中度的辛普森指数；
根据所述潮流集中度的累积概率分布和所述潮流集中度的辛普森指数，对电网的运行特性进行分析。
另一方面，本申请实施例提供一种复杂电网中关键节点的辨识装置，包括：
确定单元，用于确定电网中的单一故障单元及直流极数；
模型建立单元，用于根据所述单一故障单元和所述直流极数，建立电网直流拓扑模型；
第一参数确定单元，用于确定所述电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数；
第二参数确定单元，用于根据节点的所述潮流集中度和所述辛普森指数，确定节点的能量释放指数；
关键节点判别单元，用于根据所述能量释放指数判别电网中的关键节点。
可选的，所述第一参数确定单元还用于：
获取所述电网直流拓扑模型中节点数和节点所承载的功率绝对值；
根据所述节点数和所述功率绝对值，确定节点的潮流指数；
根据所述潮流指数，确定节点的潮流集中度。
可选的，所述辨识装置还包括第一特性分析单元；
所述第一特性分析单元，用于根据节点的所述潮流指数，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述辨识装置还包括第二特性分析单元；
所述第二特性分析单元，用于根据节点的所述潮流集中度，对电网的运行特性进行分析。
由以上技术方案可知，本申请提供一种复杂电网中关键节点的辨识方法及装置，确定电网中的单一故障单元及直流极数；根据单一故障单元和直流极数，建立电网直流拓扑模型；确定电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数；根据节点的潮流集中度和辛普森指数，确定节点的能量释放指数；根据能量释放指数判别电网中的关键节点。本申请的技术方案能够提取电网在不同运行方式下各个节点的物理信息，计算节点的潮流集中度和辛普森指数，以及能量释放指数，进而判断出电网中的关键节点和电网的运行特性，克服了目前的电网拓扑模型只关注节点之间线路连接关系不足的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种复杂电网中关键节点的辨识方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的电力网络示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种电力网络示意图；
图4为本申请实施例提供的一种复杂电网中关键节点的辨识装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本申请实施例提供了一种复杂电网中关键节点的辨识方法，该方法包括：
步骤101，确定电网中的单一故障单元及直流极数；本申请中的单一故障单元可以是一个单一的节点。
步骤102，根据所述单一故障单元和所述直流极数，建立电网直流拓扑模型；电网直流拓扑模型以单一故障单元为中心点，按照极数获取与该中心点相连的多条支路，并建立电网直流拓扑的模型。
步骤103，确定所述电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数；
其中，确定节点的潮流集中度的具体步骤包括：
步骤201，获取所述电网直流拓扑模型中节点数和节点所承载的功率绝对值；进一步，模型中的单一故障单元用i表示，模型中的节点数用N表示，节点i所承载的功率绝对值用Pi表示。
步骤202，根据所述节点数和所述功率绝对值，确定节点的潮流指数；进一步，根据以下公式，计算节点的潮流指数：
其中，Ei表示节点i的潮流指数，Pj表示电网中各个节点所承载的功率绝对值。N为电网中的总节点数。
以具体电网结构为例，说明Pi的由来，如图2所示，电力网络中包含节点i、节点a、节点b、节点c和节点d，其中电流的流向分别为由节点a流向节点i，由节点b流向节点i，由节点c流向节点i，由节点i流向节点d，以Pai表示节点a到节点i支路的功率，以Pbi表示节点b到节点i支路的功率，以Pci表示节点c到节点i支路的功率，以Pid表示节点i到节点d支路的功率，那么节点i所能承载的功率为Pai、Pbi、Pci和Pid的总和。变电站节点包括下网或上网功率，根据基尔霍夫定律，节点i所承载的潮流为Pi/2。
另外，给定常数序列B＝{B1,B2,B3,…,Bk,…,Bm}，用nk表示潮流指数Ei∈(Bk,Bk+1]的节点个数，对不同潮流指数区间内的节点个数概率化得：
其中，PP(Ei)为潮流指数Ei∈(Bk,Bk+1]的节点数占总节点数的比例。通过分析整个电网潮流指数的均匀度可以判断当前运行方式下电网节点潮流的均匀程度，对整个网络的运行方式进行定量评估。潮流指数的变化范围在B1-Bm之间，由于Ei为节点传递的潮流除以了平均值，即为平均传递潮流的倍数，所以B1-Bm的范围不会特别大。Ei在B的区间分布越集中，说明网络中的潮流按节点分布越一致，Ei在B的区间分布越分散，说明网络中节点的潮流有重有轻，越不均匀。
可选的，所述辨识方法还包括：
根据节点的所述潮流指数，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述根据节点的所述潮流指数，对电网的运行特性进行分析的步骤包括：
步骤301，计算所述潮流指数的累积概率分布；进一步，根据以下公式计算潮流指数Ei的累积概率分布：
其中，Pc(Ei)为潮流指数的累积概率分布，常数E'∈[Emin,Emax]，Emin、Emax分别为Ei的最小值和最大值。
步骤302，计算所述潮流指数的辛普森指数；进一步，根据以下公式计算潮流指数Ei的辛普森指数：
DE＝1-∑PP(Ei)2，
其中，DE表示了潮流指数Ei的辛普森指数，也表征了Ei的分布情况，DE越大，潮流按节点分布得越均匀。
步骤303，根据所述潮流指数的累积概率分布和所述潮流指数的辛普森指数，对电网的运行特性进行分析。
步骤203，根据所述潮流指数，确定节点的潮流集中度。进一步，根据以下公式计算节点的潮流集中度：
其中，ki表示节点i的度，定义为与该节点连接的其他节点的数目，Ci表示节点i的潮流集中度，定义为该节点承载功率与该节点度数的比值，并按全网平均值标准化，表征了该节点单条支路承载潮流的平均值。
通常，对于潮流指数高的节点，如果网络拓扑度数高，面临的运行风险同样小，同时，节点一般为变电站，与节点相连的支路为输电线路，输电线路发生N-1的故障概率大于变电站的全站故障概率，因此定义了如上式所示的潮流集中度计算公式，这里的N-1故障是指输电线路失去一个输送支路的故障。
可选的，所述辨识方法还包括：
根据节点的所述潮流集中度，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述根据节点的所述潮流集中度，对电网的运行特性进行分析的步骤包括：
步骤401，计算所述潮流集中度的累积概率分布；进一步，根据下列公式计算潮流集中度的累积概率分布：
其中，Pc(Ci)为潮流集中度的累积概率分布，常数C'∈[Cmin,Cmax]，Cmin、Cmax分别为Ci的最小值和最大值。
步骤402，计算所述潮流集中度的辛普森指数；进一步，根据以下公式计算潮流集中度Ci的辛普森指数：
DC＝1-∑PP(Ci)2，
其中，DC表示了潮流集中度Ci的辛普森指数，也表征了Ci的分布情况，DC越大，潮流按支路分布得越均匀。
步骤403，根据所述潮流集中度的累积概率分布和所述潮流集中度的辛普森指数，对电网的运行特性进行分析。
潮流集中度越大的节点，运行风险越大。
电力网络中所有节点i的潮流集中度的平均值称为网络的(节点)平均潮流集中度，记为<C>。即：
其中，根据以下公式计算节点的辛普森指数：
其中，Di表示节点i的辛普森指数，Di的最低值是0，最高值是节点i的度数越高，支路潮流分布越均匀，辛普森指数越大，对于支路故障，潮流重新分配的均匀度也会更高，给系统造成的冲击风险越小。如图3所示，当支路id故障开断时，潮流会转移至邻近支路ai，bi和ci。id故障前潮流越大，对系统的扰动越大，系统的运行风险越大，因此，对于潮流集中度一样的节点，如果各个支路的潮流分布不均匀，依然会对系统产生大的冲击，造成运行风险，这种情况，在交直流混联系统直流发生闭锁时表现突出，于是，定义节点i的潮流辛普森指数，用以表征与该节点相连的支路的潮流分布均匀度。辛普森指数是用以反应物种的多样性的指数，当丰富度一样时，可以反应物种的均匀度。与节点i相连的支路数(即节点度数k)映射为该群落的物种数，支路潮流映射为每一物种的数量。
步骤104，根据节点的所述潮流集中度和所述辛普森指数，确定节点的能量释放指数；进一步，根据以下公式计算节点的能量释放指数：
Si＝αEi+βCi+γ(1-Di)，
其中，Si表示节点i的能量释放指数，α表示潮流指数影响因子，β表示潮流集中度影响因子，γ表示辛普森指数影响因子，当α取大值，β、γ取小值时，突显单个节点故障对系统造成的冲击，当α取小值，β、γ取大值时，突显节点i所连支路故障对系统造成的冲击。Ei为节点i承载的潮流占平均节点潮流的倍数，一般值在0至10之间；同理，Ci的值也在0至10之间；(1-Di)的值在1/ki至1之间；α、β和γ取值可根据电力网络的实际计算结果确定各参数的范围后选择合适的值来确定节点i的关键程度，建议α、β取值相接近，γ取α、β的1至5倍。
另外，节点i的潮流指数表征了该节点承载的潮流量，潮流指数越大，系统一旦失去节点i，能量释放越大，都系统的冲击越大；潮流集中度表征了节点i所连支路承载潮流的大小，辛普森指数表征了支路承载潮流分布的均匀度，潮流集中度越高，辛普森指数越小，节点存在能量释放大的支路。
步骤105，根据所述能量释放指数判别电网中的关键节点。Si越大，表明节点i及与节点i相连的支路故障引起的能量释放越大，对系统的冲击越大，根据Si的大小，可以判别复杂电网的关键节点。
值得说明的是，电网的电源开机是可以调控的，因此潮流在电网中的分布也是调控和变化的，如果潮流过于集中，可能导致单一故障对电网造成大的破坏，这样的运行特性是不取的。
由以上技术方案可知，本申请的实施例提供了一种复杂电网中关键节点的辨识方法，能够提取电网在不同运行方式下各个节点的物理信息，计算节点的潮流集中度和辛普森指数，以及能量释放指数，进而判断出电网中的关键节点和电网的运行特性，克服了目前的电网拓扑模型只关注节点之间线路连接关系不足的问题。
另外，本申请提供的技术方案通过定义节点的潮流指数以及其累积概率分布、潮流指数的辛普森指数，可以定量分析节点的关键程度、电网节点的潮流分布结构；通过定义节点的潮流集中度以及其累积概率分布、潮流集中度的辛普森指数，可以定量分析与节点相关支路的潮流承载程度、电网支路的潮流分布结构；提出的能量释放指数，考虑了失去单个节点以及与节点连接支路的综合情况，通过不同的影响因子的设定，可以应用于侧重不同故障类型的电网关键节点的辨识。
参见图4，本申请实施例提供了一种复杂电网中关键节点的辨识装置，该装置包括：
确定单元41，用于确定电网中的单一故障单元及直流极数；
模型建立单元42，用于根据所述单一故障单元和所述直流极数，建立电网直流拓扑模型；
第一参数确定单元43，用于确定所述电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数；
第二参数确定单元44，用于根据节点的所述潮流集中度和所述辛普森指数，确定节点的能量释放指数；
关键节点判别单元45，用于根据所述能量释放指数判别电网中的关键节点。
可选的，所述第一参数确定单元还用于：
获取所述电网直流拓扑模型中节点数和节点所承载的功率绝对值；
根据所述节点数和所述功率绝对值，确定节点的潮流指数；
根据所述潮流指数，确定节点的潮流集中度。
可选的，所述辨识装置还包括第一特性分析单元；
所述第一特性分析单元，用于根据节点的所述潮流指数，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述辨识装置还包括第二特性分析单元；
所述第二特性分析单元，用于根据节点的所述潮流集中度，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述第一特性分析单元，还用于，计算所述潮流指数的累积概率分布；
计算所述潮流指数的辛普森指数；
根据所述潮流指数的累积概率分布和所述潮流指数的辛普森指数，对电网的运行特性进行分析。
可选的，所述第二特性分析单元，还用于，计算所述潮流集中度的累积概率分布；
计算所述潮流集中度的辛普森指数；
根据所述潮流集中度的累积概率分布和所述潮流集中度的辛普森指数，对电网的运行特性进行分析。
由以上技术方案可知，本申请提供一种复杂电网中关键节点的辨识方法及装置，确定电网中的单一故障单元及直流极数；根据单一故障单元和直流极数，建立电网直流拓扑模型；确定电网直流拓扑模型中节点的潮流集中度和辛普森指数；根据节点的潮流集中度和辛普森指数，确定节点的能量释放指数；根据能量释放指数判别电网中的关键节点。本申请的技术方案能够提取电网在不同运行方式下各个节点的物理信息，计算节点的潮流集中度和辛普森指数，以及能量释放指数，进而判断出电网中的关键节点和电网的运行特性，克服了目前的电网拓扑模型只关注节点之间线路连接关系不足的问题。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。