基于电网脆弱性的多目标电网规划.docx

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基于电网脆弱性的多目标电网规划

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摘要：综合考虑电网结构脆弱性，电网扩建投资成本和年运行费用，搭建了多目标电网规划模型．模型中结合经济性因素对电气介数指标进行了改进，基尼系数对支路电气介数均匀度的评估可以有效的衡量电网规划方案下的结构脆弱性大小。基于协同进化算法，结合模糊理论对模型求解，通过Garver6节点系统算例验证方法的可行性。仿真结果表明文章所提出的模型可行，对于电网扩建和规划具有重要的参考价值。

关键词：电网结构；电网运行；对策

电网规划是电力系统研究领域中的一个重要环节，随着智能电网建设的推进和电力系统规模的不断扩大，电网规划面临着新的挑战。近年来，电力系统大停电事故的频繁发生，造成了重大的经济损失和社会影响，引起了人们对电网安全稳定运行问题的关注。研究电网连锁故障的传播机理以及电力网络的脆弱性评估，对规划建设坚强的电网将具有指导和借鉴意义。

基于复杂网络理论的大型电力系统脆弱性评估就是通过对大型电力系统拓扑特性的研究和故障仿真来探索电网中连锁故障传播的内在机理。将复杂网络理论分别应用于美国、意大利电网，分析了电网结构的脆弱性，并且探讨了连锁故障的发生机理。将线路的权重定义为线路的电抗，提出了使用带权重线路介数作为脆弱线路指标的辨识方法。在智能电网条件下，电网规划需考虑环境保护、大量可再生能源的接入、电力系统脆弱性评价、大电网的安全等方面的要求。这些具有不同侧重点的规划要求相互联系，有的互为矛盾，而多目标电网规划成为协调好多个规划目标的实现手段。多目标电网规划的传统求解思路是把多个目标函数整合成单目标函数，将多目标优化问题转化为单目标优化问题，利用较为成熟的单目标优化方法，如多目标权重法、分层优化方法、模糊评价法、模糊集对分析方法等进行求解。

1电网结构脆弱性分析

1.1电网均匀性及其影响因素

1.1.1电网均匀性概念

均匀性是指物质之间一种或多种特性相关的具有相同结构或组成的状态，是物质的一种基本状态属性。达到均匀状态通常能够对事物的发展有一定的积极作用，因此均匀性被广泛的应用到各个系统中进行状态评估。电网结构均匀性指的是网络中的所有元件在实现功率传输功能的方面重要程度的差异。相关的研究表明结构越不均匀的网络，发生连锁故障可能性越高，并指出网络拓扑结构脆弱性来源于其非均匀性。因此可以通过分析电网均匀性来评估网络的脆弱程度。当绝对均匀时，电网中所有元件都具有相同的重要程度，任意一个元件在遭受故障都不会对电网造成严重影响，认为此时的结构脆弱性最低。

1.1.2电网均匀性影响因素

电网的结构均匀性主要受到电源、负荷以及输电线路分布影响。电源分布主要取决于一次能源的地理位置以及对城市环境的影响。负荷的分布由人类生产和生活地区所决定，其大小则取决于当地经济发展水平。输电线路的分布和参数选择取决于当地地理和市政情况，在实际建设中受到可用传输通道等多方面因素的约束。总的来说，电网结构由于各方面客观因素的限制，很难达到均匀状态。尽管电力系统可以通过多种运行调度方式缓解由结构不均匀所带来的负面影响，但效果非常有限，因此可以从规划层面上考虑网架结构的均匀程度，对网架结构进行合理改进降低此类影响。

1.2电气介数

1.2.1电气介数概念

电力系统可以描述为一个复杂网络，将电网简化为拓扑模型，模型中节点代表发电机、负荷和变电站，边代表输电线路。支路电气介数能够表示“发电机-负荷”节点对之间潮流传输对支路的占用情况，量化了支路对电网传输潮流的贡献，电气介数值越大表明该支路在潮流传播中越重要。同时电气介数指越大的支路在退出运行后对系统造成的影响也越严重。

1.2.2电气介数的改进

实际电网中，各个发电机、负荷节点有不同的发电成本和负荷等级，各条支路都有不同的经济特性，电气介数相同的两条支路出现故障时造成的经济损失可能出现很大差别。改进后的电气介数模型综合考虑了支路在传输潮流中的占比和遭受故障后的经济损失严重度，在实际电网中能够更全面的衡量支路的重要程度。

1.3电网结构基尼系数

基尼系数虽然是经济学中的概念，但是本质上是一个均匀度测量指标，因此在其他领域同样适用。文章将基尼系数引入电力系统来衡量电网支路电气介数的均匀性，评估电网结构脆弱性大小：基尼系数越大说明电网结构越脆弱。

2基于协同进化算法的模型求解

2.1多目标优化问题的处理求解

多目标优化问题的主要难度在于各个目标函数之间通常存在着的对立面，通常不可能是所有目标函数达到最优。在文章的模型中，在降低电网结构性的同时往往会造成投资费用的增大，因此只能尝试求取一个折中的最优解。目前常用的多目标优化求解方法是采用权重系数将多目标函数转化为单目标函数。此类方法易于求解，但是由于权重值大小是根据偏好给定的