[发明专利]一种通过优化链路的开关状态来提升电网系统鲁棒性的方法

摘要

本发明公开了一种通过优化网络链路的开关状态来提高电网系统鲁棒性的方法，该方法从复杂网络的角度对级联失效现象设计合适的网络保护策略。首先建立电学特性和网络拓扑信息相结合的模型；然后利用切断相应链路的保护策略抑制级联失效的传播，从而减少级联失效对电网带来的损害，并且考虑切断链路的数目在实际操作中不能太大，将电力网链路状态控制问题转化为多目标优化问题；最后利用非支配排序二进制差分进化算法求解该多目标优化问题，根据最优的链路方案来控制电网各链路的开关状态。本发明通过考虑电网的电学特性，采取切除合适连边的网络保护策略，在切除连边数量极少的情况下就能提高电网的鲁棒性，从而有效降低级联失效对电网带来的危害。

主权项

1.一种通过优化网络链路的开关状态来提高电网系统鲁棒性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)建立电学特性和网络拓扑信息相结合的模型，具体包括以下子步骤：(1.1)基于基尔霍夫定律、网络成员的功能特点和网络的拓扑结构信息，将实际电网IEEE 118抽象成包括N个节点数和K条链路的无向图G＝{N,K},定义发电站节点为N_G、耗电站节点为N_D；(1.2)计算网络中的节点和连边的初始负载和容量值；计算过程如下：首先初始化传输链路的导纳矩阵Y、发电站节点N_G的电压和流过耗电站节点N_D的电流再将每个发电站的电压和流过耗电站的电流整合到一个矩阵B中，具体表达如下：其中Y_ij表示节点i和j之间的导纳；根据基尔霍夫定律可得到网络中任意节点i的电压ν_i；其次定义链路的负载L_ij等于通过它的电流I_ij，即L_ij＝I_ij，其中I_ij＝(ν_i‑ν_j)×Y_ij；链路容量C_ij＝(1+α)×L_ij(0)，其中L_ij(0)为链路初始负载，α为链路容量的冗余因子；定义节点i的负载L_i为该节点的输出功率，即L_i＝ν_i×I_oi，其中I_oi等于流出节点i的电流之和，节点容量C_i＝(1+β)×L_i(0)，β为节点容量的冗余因子；根据以上电学参数，建立以下基于网络电学特性的数学模型：其中，PUN为网络中失效的节点数N_unserved与初始网络节点数N的比值，即以此定量地衡量网络的鲁棒性；x＝{x_j|x_j∈{0,1},j＝1,...,L}为一组链路方案，若x_j＝1，则表示该链路被切断，反之则为连通状态；(2)对步骤1建立的数学模型进行求解，通过不断迭代优化当前的链路开关集，得到最优的链路开关状态；具体包括以下子步骤：(2.1)初始化以下参数：选择链路方案数M、初始化交叉率CR、比例因子F，迭代次数t＝0，以及最大迭代次数t_max；定义网络中初始负载最大的连边Load_max为网络中受攻击的初始目标；(2.2)令t＝t+1，第t次迭代的网络链路状态方案集为X_t＝{x₁^t,...,x_i^t,...,x_M^t}，其中x_i^t为长度K的实向量，表示该网络某一种链路开关状态方案，M为X_t中向量的个数；向量中的每个元素可表示为：x_ij^t＝{x_ij^t|x_ij^t∈{0,1},i＝1,2,...,M,j＝1,...,K}其中x_ij＝0或x_ij＝1的概率各占50％，如果元素等于1，则切断对应的连边，反之则为连通状态；对应步骤1建立的数学模型，计算X_t中的每一种方案x_i^t对应的目标函数f₁(x_i^t)和f₂(x_i^t)，即得到一组衡量网络鲁棒性的PUN和切除连边的数量；(2.3)通过利用二进制联赛竞选算法，每次从方案集X_t中随机提取的两个向量中选取PUN值较大的向量，经过M/2次操作，将X_t转化为X'_t＝{x'₁^t,...,x'_M/2^t}，对X'_t进行变异交叉处理，得到一组新的网络链路方案集V_t；(2.4)根据步骤2.3得到的链路方案集V_t中的每一种方案，也就是集合V_t中各向量表示的网络状态，计算对应的目标函数f₁(v_i^t)和f₂(v_i^t),即PUN和切除连边的数量；(2.5)对X_t和V_t进行联合处理，获得联合方案集合R_t＝X_t∪V_t，根据帕雷托准则(Pareto)对R_t中的各向量的目标函数值PUN排序，得到排序结果F₁,F₂,...,F_k，其中F₁表示该集合中的链路方案优先级最高；(2.6)从R_t中选取前M个最优的链路方案；具体过程如下：(2.6.1)根据F₁,F₂,...,F_k从经过排序处理后的R_t中选取前M个优先级别最高的链路方案；(2.6.2)对于相同级别的方案集F_i，利用拥挤比较的方法来选择最优的解集；(2.6.3)判断是否满足t≥t_max，若不满足，则令t＝t+1，返回步骤2.3，并将当前迭代得到的链路方案集X_t作为下一次迭代的初始方案，若满足，则终止算法，此时X_t为网络最优方案集，可根据最优链路方案来优化网络链路开关状态，从而提升电网系统的鲁棒性。