基于拓扑结构的配电网关键线路脆弱性识别方法

1.本发明涉及的是一种电网控制领域的技术，具体是一种基于拓扑结构的配电网关键线路脆弱性识别方法。


背景技术：

2.主动配电网运行状态的时变性、网络元件的多样性和随机模糊性、自动化系统的主动自愈性对系统的安全稳定运行提出了新的挑战。配电网支路在结构安全方面起着重要作用，由于配电网拓扑结构为辐射状，网络路径形式简单，结构上冗余量极小，当处于核心位置的线路发生故障时，会严重影响配电网网架结构的鲁棒性，从拓扑层面量化研究配电网络的脆弱性和配电网的鲁棒性具有重要意义。
3.复杂网络是对复杂系统的抽象和描述方式，它突出强调了系统结构的拓扑特征。基于复杂网络的脆弱性评估的方法已经比较丰富，目前的研究主要在社会网络和系统科学两个方面。从社会网络角度，将重要度视为脆弱度，多采用介数、度值等进行评估。从系统科学角度，多运用节点收缩法等进行评估。大规模输电网符合小世界网络特性，复杂网络理论常应用于大规模输电网的结构脆弱性分析中，研究了电力网络的脆弱性与其网络拓扑的联系。相比于输电网，配电网结构简单，复杂网络理论难以应用于配电网的结构脆弱性分析中。


技术实现要素：

1.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于拓扑结构的配电网关键线路脆弱性识别方法，综合考虑供电路径间独立性和路径内独立性建立配电网拓扑结构模型，通过分析电源到负荷各条供电路径的路径间独立性和路径内独立性全面评估线路脆弱性，得到的线路关键程度指标全面反映了线路在配电网中的关键程度且实现过程简便。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种基于拓扑结构的配电网关键线路脆弱性识别方法，将配电网的节点等效为图模型的节点、配电网的线路等效为图模型的边，从而将配电网抽象为配电网拓扑结构模型，根据配电网拓扑结构模型中从电源节点到负荷节点的最短路径以及电源到负荷的各条供电路径计算得到关键线路脆弱性指标，实现关键线路脆弱性识别。
6.所述的最短路径是指：对于树状结构的配电网，从电源节点到负荷节点的供电路径唯一；对于存在弱环网结构的配电网，从电源节点到负荷节点的供电路径不唯一。
7.所述的关键线路脆弱性指标包括：
8.①
路径间独立性指标其中：t为负荷编号，i为线路编号，l
t，i
为供电路径p
t，i
中的线路总数，用于对路径间独立性指标进行归一化；从电源到负荷t的供电路径集p
t
＝{p
t，1
，p
t，2
，...，p
t，m
}，其每条供电路径都由若干线路连接而成；供电路径的并集u
t
＝{p
t，1
∪p
t，2
∪，...，∪p
t，m
}，线路c的独立性参数每条线路c在u
t
中出现的频率
9.对于完全独立的供电路径，所有线路唯一属于该供电路径，因此所有的元件的独立性参数s
c
为1，该独立性参数s
c
随线路被多条供电路径共享次数的增大而减小。
10.所述的路径间独立性指标，对于完全独立的供电路径，为最大值1，当供电路径存在与其他供电路径的共享区段越多，则越小。
11.②
路径内独立性指标是指：其中：t为负荷编号，i为线路编号，l
t,i
为供电路径p
t,i
中的线路总数，用于对路径间独立性指标进行归一化。该路径内独立性指标用于衡量供电路径p
t,i
中连接到负荷t的线路数对线路鲁棒性的影响，分母中路径长度需要加1，是为了避免当负荷节点直接连在电源节点上时，出现分母为0的情况。电源到负荷t之间的线路越多，使得从电源到负荷t的供电路径越复杂，则鲁棒性越差，因此，对负荷t的供电鲁棒性与该负荷和电源之间的线路数成负相关。即对于一条供电路径，存在越多的线路，则该供电路径的供电鲁棒性需要依赖于越多支路的稳定工作。
12.③
拓扑鲁棒性指标其中：m为从电源到负荷t之间供电路径的条数。
13.④
系统鲁棒性指标其中：n为配电网中的负荷数量。
14.⑤
线路c的关键程度其中：为线路c故障下的系统鲁棒性指标。
15.所述的关键线路脆弱性识别是指：将所有线路按关键程度c
c
从大到小排列，排序越靠前的线路对于供电鲁棒性的影响越大，脆弱性程度越高。技术效果
16.本发明整体解决了现有配电网关键线路辨识技术只能给出配电网整体脆弱性指标，无法得到每条线路对配电网脆弱性的贡献的同时依赖元件参数、运行历史等数据。
17.与现有技术相比，本发明采用的基于拓扑结构的配电网关键线路辨识方法不仅得到配电网中每条线路的拓扑脆弱性指标以及每条线路对于电网脆弱性的贡献比例。同时仅采用配电网拓扑结构实现关键线路辨识，无需采集元件参数、运行历史数据等。
附图说明
18.图1为本发明流程图；
19.图2为实施例ieee33标准系统示意图；
20.图3为实施例效果示意图。
具体实施方式
21.本实施例涉及一种基于拓扑结构的配电网关键线路脆弱性识别系统，包括：数据读取模块、预处理模块、供电路径计算模块、线路关键程度计算模块和结果输出模块，其中：数据读取模块采集配电网数据并输出至预处理模块，预处理模块从配电网数据中获得配电
网拓扑结构后输出至线路关键程度计算模块，线路关键程度计算模块对每条线路计算该条线路故障下的系统鲁棒性指标并获得每条线路的关键程度，结果输出模块输出各线路的关键程度。
22.所述的配电网数据是指：配电网中电源、负荷、开关、线路的连接点编号，其中：电源、负荷有一个连接点，表示电源、负荷所连接的配电网节点；开关、线路有两个连接点，表示开关、线路首末端所连接的配电网节点。
23.所述的配电网拓扑结构是指：配电网中电源、负荷、线路的拓扑点编号。拓扑点编号由连接点编号转换得到。转换方式为：将闭合的开关两端的连接点等效为一个拓扑点，断开的开关视为断路，电源、负荷、线路的连接点直接等效为拓扑点。转换后的配电网拓扑结构仅包含电源、负荷、线路。
24.如图1所示，为本本实施基于上述系统的配电网关键线路线路脆弱性识别方法，例以ieee33标准系统为例，根据配电网数据生成配电网拓扑结构后，依次计算电源到负荷t的关键线路脆弱性指标，包括：
25.i)电源到负荷t的供电路径集p
t
＝{p
t,1
,p
t,2
,...,p
t,m
}。
26.ii)每条线路c在供电路径集中出现的频率
27.iii)线路c的独立性参数
28.iv)线路c的路径间独立性指标
29.v)电源到负荷t的路径内独立性指标
30.vi)拓扑鲁棒性指标
31.vii)系统鲁棒性指标
32.viii)线路c的关键程度
33.如图3所示。将所有线路按关键程度c
c
从大到小排列，排序越靠前的线路对于供电鲁棒性的影响越大，脆弱性程度越高。
34.经过具体实际实验，在ieee
‑
33节点标准算例中，输入配电网拓扑结构，执行上述步骤，得到所有线路的关键程度指标c
c
。
35.与现有技术相比，本方法在无需元件参数、运行历史数据的场景下，给出所有线路对配电网脆弱性影响的大小，基于线路关键程度得到对配电网供电鲁棒性影响较大的关键线路。
36.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所
限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。