一种基于有功介数转移熵的受灾关键线路辨识方法及系统与流程

本发明涉及智能电网安全防护，更具体地说，它涉及一种基于有功介数转移熵的受灾关键线路辨识方法及系统。

背景技术：

1、近年来，大规模停电事故在世界范围内频发，极大地影响了社会生产生活。这些事故的发生大多开始于自然灾害、元件老化、人为损害等导致元件故障，进而导致电力系统线路过载、负荷损失等，最终引发连锁故障导致系统崩溃。研究表明，极少数线路在连锁故障的传播过程中起着十分关键的作用。因此，为尽可能地减少大规模停电事故的发生和保证极端自然灾害下电力系统的安全稳定运行，快速准确辨识出这些关键线路，具有重要的理论和实际研究价值。

2、复杂网络理论作为分析大规模网络的理论依据，将其应用于电力系统分析是重要的研究方向。一些研究者基于复杂网络理论，将节点或线路的介数作为判断节点或线路是否关键的依据，并用于连锁故障的分析。有学者考虑线路电抗，并将其作为线路边权重，从而提出了带权重的线路介数指标来辨识关键线路。有研究者进一步考虑了阻抗、功率传输分布因子在内的电气特性。此假设与电力系统实际潮流传输物理特性不相符，故其研究结论参考价值有限。针对这一问题，有研究者基于功率传输分布因子，结合发电机和负荷水平的较小值，提出了“电气介数”指标，并将其用于识别系统的关键线路。“电气介数”弥补了已有模型假设潮流只沿最短路径流动的不足，真实反映了“发电–负荷”节点对之间功率传输对各线路的占用情况。有研究者考虑电网实际潮流分布与以及线路传输容量的限制，提出了“有功潮流介数”，取得了一定程度的辨识效果。

3、在上述提到的对于关键性线路辨识的研究中，基于介数或带权重介数的方法有一定的合理性，但它们都假设母线间的功率是按最短路径传输，忽略了其它输电线路的作用，这与电力系统实际潮流传输物理特性不相符，故这些辨识方法准确性有限。电气介数克服了这一问题，其可以表明所有发电机-负荷节点对之间传输功率时对线路的占用情况，能够很好地反映线路在系统中的传输作用。但只用电气介数辨识关键线路存在片面性，因为不同线路可承受潮流传输极限不一致，潮流传输极限大的线路应当承担更多潮流。简单来讲，当两条线路电气介数一样时，承受相同传输功率而功率传输极限小的线路发生故障的概率更高，其重要程度相对也应更高。故有研究者在电气介数的基础上，加权线路传输利用率得到有功潮流介数。但其只是从静态角度对线路进行分析辨识，未考虑该线路发生故障后对系统中其它线路的影响，故其辨识准确性也有局限。

4、在电网系统中，某些线路在结构上可能并不是关键线路，没有在功率传输中承担中传输枢纽的作用，但该线路故障失效后，会造成系统中其它一部分线路电气介数增加，即发电机-负荷节点对之间在传输功率时系统中其它线路会更多地被占用，从而这部分线路的故障风险增大，影响系统的安全稳定运行。因此，本发明旨在衡量出这部分线路的重要性，提出一种基于有功介数转移熵的受灾关键线路辨识方法。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于有功介数转移熵的受灾关键线路辨识方法及系统，考虑线路的静态和动态重要度，将线路的有功潮流介数和电气介数转移熵结合，定义有功介数转移熵，作为线路辨识指标，进行电网关键线路辨识。

2、本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：方法包括

3、s1、初始化电网，计算每条线路的初始电气介数；

4、s2、通过潮流计算得到线路实际传输功率和线路极限传输功率，根据所述线路实际传输功率和线路极限传输功率计算得到线路传输利用率，通过所述线路传输利用率和所述初始电气介数计算得到线路有功潮流介数；

5、依次断开每条线路，记录剩余线路的电气介数变化，通过所述剩余线路的电气介数变化、初始电气介数和线路极限传输功率，计算电气介数转移熵；

6、s3、通过所述线路有功潮流介数和电气介数转移熵计算有功介数转移熵，并按其值大小降序排列，得到电网关键线路排序。

7、采用上述技术方案，考虑线路的静态和动态重要度，将线路的有功潮流介数和电气介数转移熵结合，定义线路辨识指标：有功介数转移熵，该指标通过线路传输利用率和电气介数计及线路潮流承载能力和传输贡献度，从而衡量线路静态重要性。再结合电气介数转移熵度量线路故障对系统中其它线路的影响，衡量线路的动态重要度，从而更加准确地识别出电网的关键线路。

8、进一步的，所述初始电气介数的计算公式为：

9、bk＝∑s∈g∑t∈l|min(ps，pt)αk(s，t)|

10、式中，bk为线路电气介数，min(ps，pt)为发电机–负荷节点对(s，t)的权重，min(ps，pt)代表发电机节点gs和负荷节点lt之间最大的传输功率；αk(s，t)为功率传输贡献度，表示在发电机–负荷节点对(s，t)之间出现单位功率变化时，线路k所产生的功率变化。

11、进一步的，所述有功潮流介数的计算公式为：

12、fk＝λkbk

13、

14、式中，λk为线路传输利用率，pk为线路k的实际有功功率，pkmax为线路k的有功功率传输极限。

15、进一步的，所述电气介数转移熵的计算公式为：

16、

17、

18、

19、式中，hk为线路电气介数转移熵，γlk表示线路l故障停运时线路k的电气介数相对变化量，为线路k的电气介数相对变化量与所有线路电气介数相对变化量之和的比值。

20、进一步的，所述有功介数转移熵为有功潮流介数与电气介数转移熵的比值。

21、进一步的，还包括：

22、s4、选取攻击方式对电网关键线路进行攻击，计算验证指标反映电网关键线路故障后对系统的影响，验证电路关键线路辨识结果的有效性。

23、进一步的，所述验证指标包括：系统失负荷和改进网络传输效率，所述系统失负荷为直流最优潮流计算后的负荷损失，所述改进网络传输效率为经过发电－负荷节点对之间的最大传输功率改进的传统网络效率指标。

24、进一步的，所述改进网络传输效率的计算公式为：

25、

26、

27、式中，ng、nl为网络中发电机节点、负荷节点的数目；zst为节点s、t之间的电气距离。e0为初始网络的网络传输效率值；e为系统遭受攻击后的网络传输效率值。r越小说明线路故障对系统影响越大。

28、进一步的，所述攻击方式为：

29、a、计算电网关键线路排序，攻击电网关键线路中排序最高的线路并发生级联故障；

30、b、电网发生故障稳定之后，计算验证指标，并更新电网关键线路；

31、c、判断是否达到预设的攻击次数，如未达到则跳转至步骤a，如达到则结束攻击。

32、本技术另一方面还提供一种基于有功介数转移熵的受灾关键线路辨识系统，包括：

33、电网关键线路辨识模块，用于初始化电网，计算每条线路的初始电气介数，通过潮流计算得到线路实际传输功率和线路极限传输功率，根据所述线路实际传输功率和线路极限传输功率计算得到线路传输利用率，通过所述线路传输利用率和所述初始电气介数计算得到线路有功潮流介数，依次断开每条线路，记录剩余线路的电气介数变化，通过所述剩余线路的电气介数变化、初始电气介数和线路极限传输功率，计算电气介数转移熵，通过所述线路有功潮流介数和电气介数转移熵计算有功介数转移熵，并按其值大小降序排列，得到电网关键线路排序；

34、指标计算模块，用于计算验证指标反映电网关键线路故障后对系统的影响；

35、验证模块，用于选取攻击方式对电网关键线路进行攻击，验证电路关键线路辨识结果的有效性。

36、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本发明定义有功介数转移熵，通过有功介数转移熵进行电网关键线路排序。有功介数转移熵由线路有功潮流介数和电气介数转移熵计算得出：通过电气介数转移熵来衡量线路的动态重要度，量化某一线路故障后对其它线路的影响；通过有功潮流介数来衡量线路的静态重要度，量化所有发电机-负荷节点对之间传输功率时对线路的占用情况，并且结合加权线路传输利用率，反映线路在当前运行状态下的线路利用程度，动静重要度结合，实现电网关键线路辨识。