基于PageRank改进算法的电网脆弱线路快速辨识(一):理论基础

作为两篇系列文章的第一篇,该文结合网络拓扑和电网运行状态,提出了一种适用于快速辨识电网脆弱线路的Page Rank改进算法并阐明其原理。首先,介绍Page Rank基本算法,并讨论了将其直接应用于辨识电网脆弱线路的局限性。其次,为了克服以上局限性,提出相关性网络和衍生网络的概念,然后在此基础上建立分析线路脆弱度Page Rank改进模型。最后,基于此模型给出线路脆弱度计算的解析表达式,并提出快速辨识脆弱线路的方法。     

基于改进牛顿法的潮流及短路计算分析

从提高电网运行稳定性的角度出发,通过将传统牛顿法与同伦延拓法结合,得到改进牛顿拉夫逊潮流计算法,使用MATLAB编程将其与几种潮流算法比较;运用电气分析计算软件ETAP,对某地电网建模,根据改进方法的潮流计算结果中母线电压和支路损耗,将电压过低的母线加装无功补偿装置,计算电压偏移量及网络损耗,并通过短路计算得出短路点电流及短路容量,校验用电设备。仿真结果表明,改进牛顿法较其他几种方法的计算误差减小,计算速度加快;电网电压经无功补偿装置调压后各节点电压都在其稳定范围内,电网的有功和无功总损耗降低,使电网更加稳定的运行,为电气设备的正确选择和系统的安全运行提供依据。     

基于潮流熵测度的连锁故障脆弱线路评估及其在四川主干电网中的应用

运用熵的基本原理,结合电网扰动下线路潮流转移和分布特性,提出线路潮流转移熵和线路潮流分布熵的概念。针对不同运行状态下电网脆弱环节的转移特点和过负荷与故障断线扰动下线路潮流熵的变化特点,考虑电网实时运行风险,提出基于潮流熵的脆弱评估模型。IEEE　30 节点系统仿真结果验证了所提方法的可靠性和全面性。丰大和枯大方式下四川主干网应用表明,潮流分布熵越大、潮流转移熵越小的线路过负荷冲击脆弱度越大;潮流负载较重、运行故障率高、潮流转移熵较小的线路故障断线风险脆弱度高;丰大、枯大期电网的脆弱环节发生转移;基于潮流熵的电网综合脆弱线路与电网实际薄弱环节相吻合。     

考虑电网状态和网络结构的脆弱线路评估

在电网结构脆弱性分析的基础上,计算出线路介数。考虑移除电网中任一线路后的电网潮流分布状态,引入潮流熵的概念来评价电网在线路移除后潮流分布的均衡性。提出了结合电网结构脆弱性的线路介数和潮流分布均衡性的潮流熵的综合脆弱性指标,判别电网中的脆弱线路,可为电网脆弱性评估及电网运行维护提供参考。     

基于加权潮流熵的电网故障传播脆弱线路识别

为提高电力系统运行安全水平,提出一种基于加权潮流熵的电网故障传播脆弱线路识别方法。通过直流潮流法快速估算线路断开时系统其他线路的潮流增量及负载率,采用加权潮流冲击熵反映目标线路受其他线路断开的转移潮流的影响,利用加权潮流分布熵反映目标线路断开对系统线路负载率分布的影响。结合加权潮流冲击熵与加权潮流分布熵定义线路综合脆弱指标,识别电网故障传播中的脆弱线路。直流潮流法可通过简单的数学运算准确估算系统断线故障时各线路的潮流情况,计算量少,适用性好。该方法综合考虑线路的受冲击脆弱度和断开后果脆弱度反映线路在电网故障传播中的脆弱性,同时,加权潮流熵有效反映了线路负载率较高甚至过载时的危险性。在IEEE39节点系统中对该方法进行了验证。     

考虑电压等级和运行状态的电网脆弱线路辨识

城市电网中存在的某些脆弱环节对城市电网大规模停电和系统失稳的发生有重要的影响。考虑电网实时运行状态,引入衡量潮流分布不均衡程度的潮流熵概念,提出将线路潮流熵变化作为脆弱线路辨识的一个指标。基于复杂网络理论,考虑电网拓扑结构特点,建立节点重要度指标;并结合线路所在电压等级和地理位置,提出脆弱度修正因子。通过综合潮流熵变化、节点电压偏移、节点重要度和修正因子提出城市电网脆弱线路辨识的方法。以长沙城市电网2011年夏大运行方式为例进行线路脆弱性分析,并进行时域仿真验证。仿真结果表明,所提方法能较好地辨识城市电网中的脆弱线路,并与电网实际运行情况相吻合,特别是能够辨识出承担功率不多但是重要的联络线路。通过对IEEE 39节点系统脆弱线路的辨识,证明了所提方法的合理性和通用性。     

输电网脆弱线路识别的静态综合指标法

提出一种电网脆弱线路识别的静态模型,采用综合脆弱指标对电力系统中的线路作脆弱识别。该方法基于复杂网络理论,利用直流潮流算法识别出重要线路和非重要线路,克服了以往算法计算量庞大的缺点。提出综合脆弱指标对重要线路作脆弱重要性排序,该指标兼顾考虑了系统的网络结构和运行状态特性,真实反映出线路的功率传输对整个系统的影响情况。提出网络效率百分比指标,同已有模型相结合能够更全面反应系统的故障程度。新英格兰10机39节点系统和IEEE118节点系统算例的仿真计算,验证了该模型的有效性和合理性。     

综合考虑电压等级和运行状态的电网脆弱线路辨识

为了对电网脆弱性进行一个合理的评估,在考虑电网实时运行状态情况下,引入衡量潮流分布不均衡程度的潮流熵的概念,提出将线路潮流熵变化作为脆弱线路辨识的一个指标。基于复杂网络理论,考虑电网拓扑结构特点,建立节点重要度指标,并结合线路所在电压等级和地理位置,提出脆弱度修正因子。通过综合潮流熵变化、节点电压偏移、节点重要度和修正因子提出城市电网脆弱线路辨识的方法。以某城市电网2011年夏大运行方式为例进行线路脆弱性分析,并进行了时域仿真验证,仿真结果表明该方法能够较好地辨识城市电网中的脆弱线路,与电网实际运行情况相符,特别是能够辨识出承担功率不多但重要的联络线路。通过对 IEEE-39节点系统脆弱线路的辨识也说明了所提方法的合理性和通用性。     

考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析

概率潮流计算为电力规划中分析电力系统中不确定因素对电网运行安全性与经济性影响提供了有效工具,现有的概率潮流计算中,仅考虑到负荷的不确定性,而往往忽略系统调度运行对潮流的控制作用,因而难以反映实际潮流的概率分布。基于运行模拟评估了江苏电网2020年500 kV电网过江断面概率潮流,分别建立了时序负荷模型、间歇性能源随机运行模拟、检修计划模型以及考虑线路潮流约束的机组组合模型,通过对系统逐日运行模拟得到线路时序潮流,进而通过统计得到概率潮流。提出的方法相对于传统概率潮流模型而言,更详细地考虑了机组发电计划以及系统运行对线路潮流的影响,为规划层面评价电网的安全性与经济性提供了有力支撑。     

一种基于图论搜索的限制短路电流分区方法

解开部分500kV/220kV电磁环网,对220kV电网进行分区是限制220kV电网短路电流短路的重要措施。针对目前依靠运行经验手动进行计算得到分区方案的局限,提出了一种限短路电流的电网自动分区算法。该方法以500kV主变负载尽可能均衡为目标,计及短路电流、线路输送功率、变电站下网潮流等约束,同时考虑电网拓扑结构、线路潮流等因素,基于图论搜索及Visual Studio调用PSASP进行求解。某市丰大方式下(2015年规划)220kV电网分区结果表明了所提算法的有效性。     

基于MST和IGA的全局多目标电网优化

在多电压等级电网优化规划中竭力寻求电网中某一负荷点或大用户预得到的最优供电方案,同时电网的安全性、经济性和可靠性基本要求均得到满足。这种电网优化思想不仅让用户得到优质服务,同时也从技术层面上解决了现代电力市场输配电的技术方案难题。基于三大基本要求,分别建立了电网投资及线损最少模型、电网节点短路电流平均最小模型、电网安全供电准则N-1模型。利用最小生成树思想构造电力网的MST（最小生成树）,利用IGA（改进遗传算法）在全局目标函数中选取优化方案,最后得到了很好的实际应用效果。     

大停电事故后的系统网架恢复

建立了系统从树状网络恢复到环状网络过程的数学模型,并开发了相应的算法,求取线路最佳的投入次序问题。优化算法的目标函数是系统在各接线状态下可恢复负荷量最大、发电机的出力调整量最小。算法采用逆向搜索策略,即先投入所有待恢复线路和负荷,然后再依次断开直至系统初始状态。每次断开线路后,都调用最优潮流算法求负荷、发电机出力调节量,但负荷量只减不增,这样已恢复的负荷不会因为线路潮流或线路合闸角越限再次切除。提出并讨论了2种线路开断策略,分析了仿真计算结果,提出一种改进策略。以New England-39节点和IEEE-30节点为算例验证了所提算法在不同初始条件下的效果。     

基于改进功率介数的电网风险评估

针对国务院599号令《电力安全事故应急处置和调查处理条例》以及《中国南方电网有限责任公司电力事故(事件)调查规程》中强调电网发生事故后对用户侧产生的影响,提出考虑发电机和负荷的社会属性的改进功率介数。利用改进功率介数衡量线路和节点的重要度,并将改进功率介数引入到电网故障后果指标,克服传统风险评估方法对发电机和负荷社会属性及潮流流动影响考虑不足的缺陷。故障后果指标选取了考虑电网一次系统权重和二次系统权重的网络效率、电网的加权潮流熵、电压偏移严重程度以及负荷损失严重程度。针对上述故障后果指标,提出采用直觉模糊层次分析法,同时考虑决策过程中隶属度、非隶属度、犹豫度三方面信息,更为客观地评价电网故障后果的严重度。采用非序贯蒙特卡洛法计算故障概率,最终得到电网故障风险。算例结果表明,所提出的基于改进功率介数的电网风险评估方法可以在强调负荷社会属性的情况下更好评价电网风险。     

直流牵引供电系统短路稳态电流的计算

直流牵引供电系统短路稳态电流的计算对城市轨道交通牵引供电系统的设计有重要的作用.介绍了直流牵引供电系统的数学模型、短路稳态电流的计算方法及流程图,编写了直流牵引供电系统短路电流稳态值计算的程序和仿真界面,并对上海地铁3号线牵引网发生短路的情况进行仿真,通过与地铁线路短路试验数据对比,验证了其准确性,最后对北京地铁6号线...     

基于供区的输电网接线图厂站网格布局算法

输电网接线图是电网调度运行支撑的重要工具,其自动生成是一个复杂的多目标优化问题,其中厂站的自动布局难度与厂站数和线路数相关。给出了厂站网格均匀图布局的数学模型并提出了针对供区划分的力导向网格布局改进算法。针对供区划分,设计了供区的布局区域划分和厂站的全局优化方法;针对任意画布下的厂站网格均匀布局,引入了厂站权重系数,重新定义了力导向算法的排斥力和吸引力计算公式,并且采用两向模拟退火算法控制布局均匀。实验结果显示,该算法得到的网格布局具有划分合理、厂站布局均匀、线路交叉点较少等优点。     

考虑灾害事件攻防顺序的电网防灾资源分配策略

中国南方台风多发地区的电网防风加固等防灾资源分配与建设是大电网安全防御的关键问题之一,通常将其建模成防御者-攻击者-防御者（D-A-D）的动态博弈模型进行求解,但是现有的D-A-D模型没有考虑攻击者攻击顺序以及运行方式调整的动态过程。提出考虑攻击者攻击顺序以及潮流调整动态过程的多阶段动态博弈模型,并将其转化成可用列与约束生成算法（C & CG 算法）求解的改进D-A-D模型,得出最优防御资源分配结果。在IEEE39节点系统上进行了所提的模型与算法的仿真,仿真结果表明,所提出的模型更加符合电网的实际情况,求解算法也更高效。     

基于供区的输电网接线图厂站网格布局算法

输电网接线图是电网调度运行支撑的重要工具,其自动生成是一个复杂的多目标优化问题,其中厂站的自动布局难度与厂站数和线路数相关。给出了厂站网格均匀图布局的数学模型并提出了针对供区划分的力导向网格布局改进算法。针对供区划分,设计了供区的布局区域划分和厂站的全局优化方法;针对任意画布下的厂站网格均匀布局,引入了厂站权重系数,重新定义了力导向算法的排斥力和吸引力计算公式,并且采用两向模拟退火算法控制布局均匀。实验结果显示,该算法得到的网格布局具有划分合理、厂站布局均匀、线路交叉点较少等优点。     

电气化铁路接入电力系统的电压等级问题

以高速电气化客运专线工程为背景,从接触网电压降落、三相电压不平衡度和谐波等方面详细分析了采用三相变压器、V/v接线变压器和单相牵引变压器以带回流的直接供电方式和自耦变压器供电方式分别接入110 kV和220 kV电力系统时普速电气化铁路和高速电气化铁路对系统短路容量的要求和对其造成的影响,讨论了普速电气化铁路和高速电气化铁路接入电力系统的电压等级问题。计算分析结果表明：对于普速电气化铁路,应优先考虑将其接入110 kV电力系统, 接入点的短路容量应大于牵引变压器额定容量的25倍;对于高速电气化铁路,应优先考虑将其接入220 kV电力系统,接入点的短路容量应大于牵引变压器额定容量的35倍。     

基于改进蚁群优化限制短路电流的网架调整措施

通过开断部分指定电压等级输电线路调整电网网架,可增加相应节点与电源间电气距离,是简单易行、经济有效、应用普遍的限流方法。根据电网中调整网架结构时线路开断组合的应用特点,考虑限流需求及保持电网安全性的关系,提出一种基于转移阻抗灵敏度加权和的适应函数作为全局限流效果及其均衡度的衡量指标。在此基础上提出线路开断组合的网架调整数学模型,并从路径选择策略、信息素更新方式和调节因子取值等方面改进蚁群优化,形成一种快速计算的网架调整全局优化算法。通过对广东电网的测试验证了该算法的可行性和有效性。     

高弹性电网下新能源消纳研究

为制定新能源合理性发展战略,文中提出了一种高弹性电网下新能源消纳方法。首先,分析了新能源并网影响;然后,构建了高弹性电网下新能源消纳框架,通过电源、电网和负荷方面协调调度,提升新能源消纳能力,并提出多种新能源消纳项目;最后,通过案例仿真采用“移动变压器”和退役电池接入方案减小等效负荷峰谷差,提高系统调节能力,通过移动变压器灵敏性分析得到退役电池最佳配置容量,结果证明了所提方法对新能源消纳的促进作用。