基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的電力研究概論

龍奕蓉

摘 要： 本文介紹了借助于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的電力研究，以及列舉了近幾年的研究進(jìn)展，并做出未來(lái)的研究展望。

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);圖論;電力研究

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)中各行各業(yè)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開(kāi)可靠、安全、高效、綠色的電力供應(yīng)。隨著世界各地電網(wǎng)的覆蓋率的增加，電網(wǎng)的研究更為迫切。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基于圖論，作為一種數(shù)據(jù)形式，且作為一種分析手段，對(duì)電網(wǎng)的分析既有需求性，又有適用性。

1 電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?/p>

電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ陀牲c(diǎn)和邊組成，前者是發(fā)電站、變壓器和變電站的抽象，后者是輸電線路的抽象。文獻(xiàn)[1]等研究揭示了電網(wǎng)的小世界特性。早期研究如文獻(xiàn)[2]都把電網(wǎng)映射于無(wú)向無(wú)權(quán)的模型，忽略了如線路阻抗、電氣耦合特性等電力性質(zhì)。文獻(xiàn)[3-5]等構(gòu)造了基于線路電抗和線路容量相關(guān)的有權(quán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停倪M(jìn)模型貼近電氣網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，突出了潮流重分配以及重要環(huán)節(jié)的辨識(shí)。文獻(xiàn)[3]提出基于效用風(fēng)險(xiǎn)熵綜合評(píng)判的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)脆弱性評(píng)估方法。文獻(xiàn)[4]對(duì)有功網(wǎng)絡(luò)和無(wú)功網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分解建模。文獻(xiàn)[5]提出計(jì)及線路負(fù)載率的加權(quán)潮流轉(zhuǎn)移熵指標(biāo)。

2 電網(wǎng)脆弱性

2.1 重要度評(píng)估

電網(wǎng)中存在少數(shù)環(huán)節(jié)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定起到重要作用。重要度的評(píng)判可如文獻(xiàn)[2]采用最短路徑長(zhǎng)度等傳統(tǒng)特性指標(biāo)表征脆弱環(huán)節(jié)。而文獻(xiàn)[3]將電氣特性加以強(qiáng)調(diào)，與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)深度結(jié)合。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)電氣脆弱環(huán)節(jié)指標(biāo)有加權(quán)介數(shù)和電氣介數(shù)。加權(quán)介數(shù)模擬潮流沿電抗最小的路徑傳播，忽略了其他相鄰路徑的影響;電氣介數(shù)考慮了相鄰線路的潮流分配與容量限制，更加符合電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律。

2.2 脆弱性評(píng)估

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱性指標(biāo)常見(jiàn)有失負(fù)荷度、網(wǎng)絡(luò)效能[5]和最大連通子圖。文獻(xiàn)[5]等綜合靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)考慮了運(yùn)行狀況的變化的后果，綜合考慮到狀態(tài)脆弱性和結(jié)構(gòu)脆弱性，使用設(shè)備健康指數(shù)建立脆弱性模型分析電網(wǎng)的脆弱性。文獻(xiàn)[6]把電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性和狀態(tài)脆弱性結(jié)合，提出了結(jié)合狀態(tài)變量強(qiáng)度和成分結(jié)構(gòu)特征的新評(píng)價(jià)思想。文獻(xiàn)[7]針對(duì)復(fù)雜無(wú)向網(wǎng)絡(luò)的連通性問(wèn)題并給出了一種新的連通子圖高效判定算法。

3 電網(wǎng)連鎖故障

動(dòng)態(tài)脆弱性研究模型中，潮流機(jī)制一般采用直流潮流模型。假設(shè)每對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)的電壓相角之差很小;每條邊的線路電阻與對(duì)地電納忽略不計(jì)，網(wǎng)絡(luò)為純電抗網(wǎng)絡(luò);相鄰節(jié)點(diǎn)電壓相位差很小，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值為1。

故障后潮流的負(fù)荷重分配機(jī)制也是一個(gè)研究要點(diǎn)。源于自組織理論的OPA模型研究綜合分析了電網(wǎng)級(jí)聯(lián)失效故障前的電網(wǎng)負(fù)載增加以及電力系統(tǒng)故障的初始發(fā)生與級(jí)聯(lián)失效的擴(kuò)大，前者被定義為慢速動(dòng)態(tài)過(guò)程，后者被定義為快速動(dòng)態(tài)過(guò)程，模型模擬慢速動(dòng)態(tài)與快速動(dòng)態(tài)過(guò)程二者循環(huán)交替，以對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)載升級(jí)以及短時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程融合。文獻(xiàn)[8]改進(jìn)了OPA模型，考慮了通過(guò)建設(shè)電網(wǎng)輸電線路來(lái)進(jìn)行線路的升級(jí)。

4 未來(lái)的挑戰(zhàn)

分布式電源受到客觀環(huán)境的影響，輸出功率具不確定性，危害了電網(wǎng)的可靠性。文獻(xiàn)[9]針對(duì)分布式電源接入復(fù)雜電網(wǎng)的容量配置問(wèn)題，提出節(jié)點(diǎn)供電效率指標(biāo)，用于判斷接入分布式電源的容量和節(jié)點(diǎn)數(shù)量對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效風(fēng)險(xiǎn)的影響。信息化電網(wǎng)的背景下，傳統(tǒng)物理電網(wǎng)的安全得到虛擬信息網(wǎng)絡(luò)的威脅，對(duì)網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)的預(yù)測(cè)以及保護(hù)成為首要問(wèn)題。文獻(xiàn)[10]借鑒風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了良好的對(duì)接分析，研究了信息電力二元網(wǎng)絡(luò)連鎖故障機(jī)理。

5 結(jié)論

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)優(yōu)秀的電力網(wǎng)絡(luò)分析工具，為了更好地深入研究電力系統(tǒng)，應(yīng)該將其與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的結(jié)合更加深化與拓寬。隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的概念的普及以及科技發(fā)展的水平的提高，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論將與更多的學(xué)科結(jié)合，在各行各業(yè)熠熠生輝。

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