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复杂网络理论在电网脆弱性评估中的应用研究

任晓娜  
【摘要】:电力是国家的主要能源和经济命脉,安全、优质地保障电力供给关系到国计民生,但自然灾害、人为事故、设备老化、系统本身的缺陷等原因都可能引发大面积停电事故的发生,如1993年海南电网的“4.24”事故、1994年南方电网的“5.25”事故、2005年海南电网的“9.25”事故、2008的冰雪灾害、2012年由于500kV变电站故障致深圳电网大面积停电等。大规模大停电的频发,大电网结构和运行方式的复杂性,使得国内外专家学者重新对电网传统安全运行分析方法进行审视,发现基于微分方程求解的传统分析方法不能很好地解释起因于连锁故障的大面积停电事故的发生机理。而近年来复杂网络理论的蓬勃发展及其在社会关系学、病毒传播学中的有效应用,为研究电力系统的故障传播及灾变过程提供了崭新的思路。 本文从复杂网络的基本拓扑特征入手,介绍了网络图、平均路径长度、聚类系数、度和度分布、介数和介数分布等基本概念,阐述了复杂网络理论在电力系统中的应用。同时在分析以往建模方法的不足基础上,根据电力网络实际运行的特点构建了无权无向网络模型、有权无向网络模型和有权有向网络模型,并在此基础上提出了相应的电网脆弱性评估指标。 电网结构脆弱性研究任务之一是寻找关键节点和关键支路。本文在传统度数和介数指标的基础上提出了点权度和点权介数指标,采用蓄意攻击之后的网络性能来评价搜索网络中的关键节点,并按照不同的指标排序对网络进行蓄意攻击,通过网络的性能变化分析不同指标下的网络关键节点和关键支路。 最后,结合无权无向和有权无向网络模型分析了IEEE39网络和南方电网的特征参数,论证了南方电网的拓扑结构中的小世界网络和无标度的特征,并按照不同的指标排序对南方电网进行蓄意攻击,通过网络性能的变化分析网络中的关键节点和关键支路。同时基于有权有向网络模型对IEEE39网络进行考虑潮流的连锁故障分析,并对随机攻击和蓄意攻击进行了仿真,然后根据网络性能参数分析网络的脆弱性。


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