基于复杂网络理论的电网连锁故障分析

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近年来,电网的大规模互联使得电力系统变得越来越复杂,这种庞大的系统一旦发生连锁故障就会引起大规模停电事故,进而造成重大的经济损失和社会影响。传统的电力系统分析方法在分析电网连锁故障方面表现出了一定的局限性,复杂网络理论为研究电网的连锁故障提供了一个新的视角和方法。本文介绍了复杂网络理论基础及其建模仿真软件NetworkX,从复杂网络理论角度评述了电网连锁故障模型及其分析方法,以线路电抗值作为边权加入到电网的拓扑模型中,并统计分析了电网在加权后的介数;在加权电网模型中,假设发电-负荷节点间的潮流沿线路权重和最小的路径传播,并以IEEE-30节点系统和IEEE-118节点系统为例,分析了电网在加权后的拓扑特征参数的变化,得出了加权后不改变电网无标度特性的结论;运用电网输电效率指标,该指标考虑了网络裂解后各个子系统内部可能会出现负荷平衡的情况,使计算结果更接近于电网的实际;研究了电网连锁故障及其临界问题,介绍了电网耐受性参数的计算方法;运用交换网络的边的方法,只交换网络中的一条边,在保持了网络中每个节点的度和所有连接的总数不变的前提下,提高了电网在蓄意攻击下的鲁棒性。在加权电网模型中,以IEEE-30节点系统和IEEE-118节点系统为例,分别采用静态脆弱性分析方法和动态脆弱性分析方法评估了加权电网的鲁棒性与脆弱性。在静态脆弱性分析方法中,基于结构脆弱度指标,在五种攻击模式下分别得出了电网的输电效率与元件移除比例的关系,通过对该关系的分析得出了电网对于随机攻击表现出较好的鲁棒性,而对于蓄意攻击高介数节点和高度数节点表现出脆弱性的结论,这说明电网中高介数节点和高度数节点是电网中的关键性节点,对电网的稳定起到重要作用;在动态脆弱性分析方法中,基于节点动态模式,改进了Motter-Lai连锁故障模型,以加权节点介数指标来衡量节点所承担的电能,得出了电网的输电效率与耐受性参数的关系,通过对该关系的分析进一步验证了上述结论;最后以实际电网为例,分别用静态脆弱性分析方法和动态脆弱性分析方法研究了该电网的脆弱性,并运用交换边的方法提高了该电网在蓄意攻击下的鲁棒性。
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