一种综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统维管监测技术领域，具体地说，涉及一种综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法。

背景技术

随着电力系统的发展和智能化程度的提高，配电网在能源转型和智慧城市建设中发挥着越来越重要的作用。然而，配电网的复杂性和多样性导致其具有较高的脆弱性，一旦发生故障或攻击，可能导致电力系统的瘫痪，影响社会经济的发展。因此，配电网脆弱性评估成为一个非常重要的课题。

目前，针对配电网脆弱性评估的研究主要集中在节点或线路两个方面。节点方法主要考虑节点的重要性和可靠性，通过对节点进行评估来评估配电网的脆弱性。线路方法则主要考虑线路的介数指标和短路能力等因素，通过对线路进行评估来评估配电网的脆弱性。然而，传统的配电网脆弱性评估方法往往完全使用复杂网络理论来定义评价指标，并且将节点和线路视为两个评价对象进行分别评价，而忽略了复杂网络中节点和线路之间的相互作用关系，导致评估结果不够准确。基于这一点，我们提出了一种综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法，综合考虑节点和线路对配电网脆弱性的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法，包括如下步骤：

S1、针对节点和线路特性，建立对应评估指标；

S1.1、建立基于复杂网络理论的节点脆弱评估指标；

S1.2、建立基于运行风险的线路脆弱性评估指标；

S2、通过配电网结构参数和潮流计算结果得到脆弱性评估指标值；

S3、使用层次分析法和改进的熵权法相结合进行权重主客观修正以确定评价指标综合权重；

S4、运用加权复合法计算加权节点综合指标、加权线路综合指标和加权节点-线路综合指标；

S5、以步骤S4中的综合指标为输入，运用ELECTRE-III方法综合评估配电网脆弱性。

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S1.1中，建立基于复杂网络理论的节点脆弱评估指标，具体包括：

节点的脆弱评估指标分为群体中心性、介数中心性和特征向量中心性；

其中，群体中心性：使用复杂网络理论的配电网脆弱性评估中，可能会出现很多度相同的节点，这些节点往往难以用传统的度中心性等指标来区分其重要性，而群体中心性便是一种将所有度相同的节点看作一个群体，并用该群体的中心节点的度中心性来代表该群体重要性的方法；群体中心性C

式中，k

其中，中心节点是指找到所有网络中度相同的节点，将它们看作一个群体；对于该群体中的每个节点i，计算它到其他节点j的平均距离d

介数中心性：介数中心性就是节点i在网络中所有最短路径上出现的次数之和；如果一个节点在网络中处于重要的位置，那么它很可能出现在许多最短路径上，其介数中心性值也就相应地更高；介数中心性C

式中，σ

特征向量中心性：是指一个节点在网络中的重要性与其邻居节点的重要性成正比的情况下，该节点的重要性大小；特征向量中心性x

式中，x

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S1.2中，建立基于运行风险的线路脆弱性评估指标，具体包括：

线路的脆弱评估指标分为线路负载率和线路电压偏差；

其中，线路负载率：是指实际负荷与线路额定容量之比，它是评估线路运行状态和负荷承载能力的一个重要指标；线路负载率L

式中，L

线路电压偏差：反映了线路的电压稳定性，即线路电压波动的程度，电压偏差越大，说明线路电压稳定性越差，容易造成设备的故障和损坏；线路电压偏差V

式中，V

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S2中，通过配电网结构参数和潮流计算结果得到脆弱性评估指标值，具体为：

线路评价指标需要各线路的电流和电压值等参数，单从配电网的网络结构参数无法满足要求，采用改进的牛顿-拉夫逊迭代法对配电网进行潮流计算。

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S3中，使用层次分析法和改进的熵权法相结合进行权重主客观修正以确定评价指标综合权重，具体包括如下步骤：

S3.1、层次分析法进行主观权重评定；

使用层次分析法，确定各评价指标的主观权重，设此处得到一级评价指标权重，即节点脆弱性评价指标的权重为F＝0.6，线路脆弱性评价指标权重为S＝0.4，二级评价指标权重，包括群体中心性、介数中心性、特征向量中心性，线路负载率和线路电压偏差的权重分别设为

S3.2、改进熵权法进行客观权重评定；

使用改进熵权法分别对节点和线路评价指标进行客观权重评定，则设节点3项评价指标的客观权重为f＝(f

S3.3、综合权重确定；

节点3项指标综合权重为：

式中，a

线路2项指标综合权重为：

式中，b

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S4中，运用使用加权复合法计算加权节点综合指标、加权线路综合指标和加权节点-线路综合指标，具体包括如下步骤：

S4.1、加权复合法计算加权节点综合指标：

N

式中，N

S4.2、加权复合法计算加权线路综合指标：

L

式中，L

S4.3、加权复合法计算加权节点-线路综合指标：

NL

式中，NL

(1)节点i和线路j在网络拓扑图中是相连关系；

(2)以潮流流向为正方向，线路j是节点i的正方向所连线路；

(3)以潮流流向为正方向，若节点i为末端节点(无后接线路)，则节点i的加权线路综合指标为0。

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S5中，以加权节点综合指标、加权线路综合指标和加权节点-线路综合指标三项为输入，运用ELECTRE—III方法对复合评价指标计算，最终得到配电网脆弱性评价结果。

作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S5中，使用ELECTRE—III方法具体步骤包括如下：

1)建立决策矩阵：将所有决策方案和相应的准则指标值组成一个决策矩阵；

2)确定准则权重：根据决策问题的实际情况，采用一定的方法确定准则的相对重要性；

3)标准化决策矩阵：为了使每个指标对方案评估的影响具有可比性，需要对决策矩阵进行标准化；

4)计算准则偏好度矩阵；

5)计算偏好度加权和，即将偏好度矩阵乘以准则权重向量，得到偏好度加权和向量；

6)计算偏好度分数，即将每个方案的偏好度加权和除以所有学生的偏好度加权和之和；

7)将偏好度分数进行排序，即偏好度分数越大，代表该节点-线路越脆弱。

本发明的目的之二在于，提供了一种评估方法运算系统平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法的步骤。

本发明的目的之三在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.该综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法中，针对节点和线路的特性建立了不同的评价指标，分别反映出了节点和线路在配电网网络拓扑图中的作用，使其评估指标更能反映出实际情况；

2.该综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法中，使用加权复合的方法构建加权节点复合指标、加权线路复合指标和加权节点-线路复合指标，一方面可以进行多因素考虑的同时减少综合评估过程的计算量，另一方面构建节点-线路的评价模式，能够有效反映出节点和线路的相互影响关系，并在一定程度上有助于提高对配电网脆弱性评估的准确性。

附图说明

图1为本发明中示例性的整体脆弱性评估流程示意图；

图2为本发明中示例性的IEEE33节点配电系统原理图；

图3为本发明中示例性的IEEE33节点评价模式图；

图4为本发明中示例性的电子计算机平台装置结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供了一种综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法，针对配电网中节点和线路的不同特性，采用复杂网络理论和现实运行风险结合，综合考虑节点和线路联系，构建配电网综合脆弱性指标，形成“节点-线路”形式的评估模式，进而更加全面评估配电网的脆弱性，具体包括如下步骤。

S1、针对节点和线路特性，建立对应评估指标。

S1.1、建立基于复杂网络理论的节点脆弱评估指标；具体包括：

节点的脆弱评估指标分为群体中心性、介数中心性和特征向量中心性；

其中，群体中心性：使用复杂网络理论的配电网脆弱性评估中，可能会出现很多度相同的节点，这些节点往往难以用传统的度中心性等指标来区分其重要性，而群体中心性便是一种将所有度相同的节点看作一个群体，并用该群体的中心节点的度中心性来代表该群体重要性的方法；群体中心性C

式中，k

其中，中心节点是指找到所有网络中度相同的节点，将它们看作一个群体；对于该群体中的每个节点i，计算它到其他节点j的平均距离d

介数中心性：介数中心性就是节点i在网络中所有最短路径上出现的次数之和；如果一个节点在网络中处于重要的位置，那么它很可能出现在许多最短路径上，其介数中心性值也就相应地更高；介数中心性C

式中，σ

特征向量中心性：是指一个节点在网络中的重要性与其邻居节点的重要性成正比的情况下，该节点的重要性大小；特征向量中心性x

式中，x

S1.2、建立基于运行风险的线路脆弱性评估指标；具体包括：

线路的脆弱评估指标分为线路负载率和线路电压偏差；

其中，线路负载率：是指实际负荷与线路额定容量之比，它是评估线路运行状态和负荷承载能力的一个重要指标；线路负载率L

式中，L

线路电压偏差：反映了线路的电压稳定性，即线路电压波动的程度，电压偏差越大，说明线路电压稳定性越差，容易造成设备的故障和损坏；线路电压偏差V

式中，V

S2、通过配电网结构参数和潮流计算结果得到脆弱性评估指标值；

因为线路评价指标需要各线路的电流和电压值等参数，单从配电网的网络结构参数无法满足要求，因此可采用改进的牛顿-拉夫逊迭代法对配电网进行潮流计算。

S3、使用层次分析法和改进的熵权法相结合进行权重主客观修正以确定评价指标综合权重；

本步骤中，首先需进行改进熵权法进行客观权重评定，即使用改进熵权法分别对节点和线路评价指标进行客观权重评定，具体步骤为：

1)根据具体问题确定评价对象和评价指标，并将数据归一化处理；

2)计算每个指标的信息熵；对于第i个指标，计算其信息熵E

式中，p

3)计算每个指标的权重；对于第i个指标，计算其权重的公式为：

式中，n表示指标数；

4)对计算出的权重进行归一化处理，使其加和为1；

则设通过上述计算步骤后，各节点3项评价指标的客观权重为f＝(f

进一步地，步骤S3的具体流程包括如下步骤：

S3.1、层次分析法进行主观权重评定；

使用层次分析法，确定各评价指标的主观权重，设此处得到一级评价指标权重，即节点脆弱性评价指标的权重为F＝0.6，线路脆弱性评价指标权重为S＝0.4，二级评价指标权重，包括群体中心性、介数中心性、特征向量中心性，线路负载率和线路电压偏差的权重分别设为

S3.2、改进熵权法进行客观权重评定；

使用改进熵权法分别对节点和线路评价指标进行客观权重评定，则设节点3项评价指标的客观权重为f＝(f

S3.3、综合权重确定；

节点3项指标综合权重为：

式中，a

线路2项指标综合权重为：

式中，b

S4、运用加权复合法计算加权节点综合指标、加权线路综合指标和加权节点-线路综合指标；具体包括如下步骤：

S4.1、加权复合法计算加权节点综合指标：

N

式中，N

S4.2、加权复合法计算加权线路综合指标：

L

式中，L

S4.3、加权复合法计算加权节点-线路综合指标：

NL

式中，NL

(1)节点i和线路j在网络拓扑图中是相连关系；

(2)以潮流流向为正方向，线路j是节点i的正方向所连线路；

(3)以潮流流向为正方向，若节点i为末端节点(无后接线路)，则节点i的加权线路综合指标为0。

S5、运用ELECTRE-III方法综合评估配电网脆弱性；即以加权节点综合指标、加权线路综合指标和加权节点-线路综合指标三项为输入，运用ELECTRE-III方法对复合评价指标计算，最终得到配电网脆弱性评价结果。其中，针对IEEE33节点的实例，其网络拓扑图如图2所示，其中加圈数字为节点编号，不加圈数字为线路编号。

本实施例中，步骤S5中，使用ELECTRE-III方法具体步骤包括如下：

1)建立决策矩阵：将所有决策方案和相应的准则指标值组成一个决策矩阵；

优选的，把构建的节点-线路评价对象看作是一个个决策方案，构建决策矩阵：

2)确定准则权重：根据决策问题的实际情况，采用一定的方法确定准则的相对重要性；

优选的，假定计算得到三个加权复合指标准则权重向量为：

w＝[0.3，0.2，0.5]

3)标准化决策矩阵：为了使每个指标对方案评估的影响具有可比性，需要对决策矩阵进行标准化；可通过以下公式来完成：

式中，x

4)计算准则偏好度矩阵；

5)计算偏好度加权和，即将偏好度矩阵乘以准则权重向量，得到偏好度加权和向量；

6)计算偏好度分数，即将每个方案的偏好度加权和除以所有学生的偏好度加权和之和；

7)将偏好度分数进行排序，即偏好度分数越大，代表该节点-线路越脆弱。

进而，上述最终构建的评价矩阵评估对象如图3所示，图中每一个矩形代表评价矩阵中的每一个节点-线路方案。

如图4所示，本实施例还提供了一种评估方法运算系统平台装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。

处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法的步骤。

可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法的步骤。

可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面综合考虑节点和线路的配电网脆弱性评估方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤的过程可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。