图计算在复杂电网结构分析中的应用

摘要

电网是世界上最复杂庞大的系统之一，其结构的复杂性使得电网图形化和拓扑建模工作尤为重要。近些年来，世界范围内经常发生大面积的断电事故，实验数据分析表明，大面积停电事故一般是因为电网中的某些关键节点或线路出现问题，继而造成其他元件相继停运发生连锁反应。因此，辨识复杂电网结构中的关键环节，对于维护电网的安全性和可靠性及降低电网连锁故障发生概率具有重要意义。
　　对关键环节的辨识可以从电网的节点度分布以及线路介数等指标入手。本文以IEEE节点测试系统为例，在前人研究的基础上，根据电网结构特征和功率运行情况进行了电网脆弱性方面的研究。
　　首先，本文根据图理论对电网进行建模，简化了电网的拓扑结构，并基于复杂网络的构造算法实现了几种不同的拓扑结构图形。文中计算了实际网络和各个复杂网络的度、聚类系数、平均路径长度等特征参数，并对计算结果进行了比较。结果显示，电网结构与小世界网络的平均路径长度和聚类系数较为相似，特性更接近于小世界网络。
　　其次，本文在复杂网络结构的研究基础上对电网的脆弱性进行了深入分析，除了将度和线路权值作为蓄意攻击的方式外，还提出了线路介数值攻击策略，并使用节点重要度函数对关键节点进行辨识。实验证明，除了度和介数之外，节点重要度函数对电网的脆弱性也有较大的影响。并且提出了三种不同的评价指标，最后验证了分析电网脆弱性的有效方法。
　　最后，本文综合考虑了电网的网络特性和功率特性，并以此来分析电网的连锁故障特征。使用线路介数指标和线路负荷介数指标对攻击策略进行了改进，并使用网络传输效能指标评价电网受到故障攻击后的输电能力变化情况。基于IEEE118和IEEE57节点系统进行了动态线路的故障攻击模拟实验，并对攻击策略进行了评价。实验结果表明，对线路负荷介数最大的线路进行攻击能够使网络传输效能迅速下降，下降速率高于线路介数指标，证明了该策略在发现电网关键线路方面的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复杂网络结构研究现状

1．2．2 电网故障研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文组织结构

2 复杂网络结构属性

2．1 复杂网络理论概述

2．1．1 图论介绍

2．1．2 随机网络

2．1．3 小世界网络

2．1．4 无标度网络

2．2 复杂网络的拓扑参数

2．2．1 度与度分布

2．2．2 聚类系数

2．2．3 平均路径长度

2．3 复杂电网的脆弱性介绍

2．3．1 电网的复杂性

2．3．2 电网的脆弱性

2．3．3 复杂网络理论在电网中的应用

2．4 本章小结

3 电网模型研究

3．1 电网的拓扑结构

3．1．1 电网的数据来源

3．1．2 拓扑建模

3．2 复杂网络结构的实现

3．2．1 随机网络

3．2．2 小世界网络

3．2．3 无标度网络

3．3 特征参数的度量

3．3．1 度与度分布

3．3．2 聚类系数和平均路径长度

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

4 基于复杂网络结构分析电网的脆弱性

4．1 引言

4．2 电网的脆弱性评价指标

4．2．1 网络脆弱性系数

4．2．2 网络传输效率

4．2．3 网络连通性变化

4．3 静态分析电网的脆弱性流程

4．4 节点脆弱性研究

4．4．1 攻击策略

4．4．2 仿真实验分析

4．5 线路脆弱性研究

4．5．1 攻击策略

4．5．2 仿真实验分析

4．6 电网元件综合脆弱性研究

4．6．1 节点双重攻击

4．6．2 线路双重攻击

4．6．3 元件综合攻击

4．7 本章小结

5 动态分析电网连锁故障

5．1 引言

5．2 电网连锁故障机理及因素

5．2．1 外部触发原因

5．2．2 故障分析

5．3 电网连锁故障指标

5．3．1 线路负荷介数

5．3．2 故障模型

5．3．3 连锁故障指标

5．4 线路动态分析流程

5．5 仿真实验分析

5．5．1 关键线路

5．5．2 模式Ⅰ故障仿真

5．5．3 模式Ⅱ故障仿真

5．6 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢