电力网络拓扑优化与弹性提升方法研究
发布时间：2021-03-19 17:31
智能电网是由互为耦合的物理电网和信息网构成的超大规模人造复杂巨系统,面临包括内部设备、自然灾害、人为因素与信息攻击等来自物理电网及信息网络方面的安全隐患。全球近年来发生的诸多停电事故,凸显了电力网络拓扑结构的脆弱性以及对难以预测的极端灾害性事件的弹性准备不足。另一方面,智能电网中分布式电源、柔性输电、信息化控制及智能电气设备等新技术的应用赋予了智能电网更多灵活有效的故障应对策略与措施,使得智能电网弹性发展和实现主动提升成为可能。在此背景下,展开对电力网络进行拓扑优化和弹性优化与控制相关的研究刻不容缓,这对确保中国能源安全与保证重要基础设施在各种扰动事件下持续可靠用电具有重要战略意义。本文基于智能自治和自愈恢复理念,综合运用系统弹性理论、复杂系统理论以及优化与控制理论和技术,对电力网络弹性量化表征与度量方法、拓扑结构特性分析与关键节点及边快速辨识方法、拓扑弹性优化理论与方法、系统弹性（含吸收、响应及恢复弹性）提升方法等方面开展深入研究;力求形成一套覆盖事故处理全过程的电力网络拓扑优化与弹性提升理论、方法及控制技术体系,为智能网络提供快速、准确、可靠的控制决策和技术支持,提升电力系统应付重...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图2.7分布式多代理的保护与重构下的XPC9点配电系统的波形图
博士学位论文71例，w=0的网络表示原始网络（即优化前的网络），w>0表示优化后的网络。图4.8测试结果表明当分别增加2.5%和4%比例的优化边对SF网络、甘肃电网（GS）和河南电网（HN）进行拓扑弹性优化后，这三个网络的累积度分布（p(k)）、最短路径分别（p(d)）及节点和边介数分布（p(b)）基本保持原有特性不变。除此之外，本次实验还测试这三个网络的其它拓扑特征参数变化情况，包括簇系数（ClusterCoefficient,CC）、网络直径（NetworkDiameter,ND）、网络平均路径长度（<L>）、拓扑熵（TopologicalEntropy,TE）及度相关系数（DegreeCorrelationCoefficient,DCC）。测试结果显示于表4.1，其中，表1与图4.8中的SF网络的节点数、边数及平均度分别为2000、4000和4。表4.1表明，通过PA算法拓扑弹性优化后的电力网络及SF网络的其它拓扑结构特性也基本保持不变。而通过启发式的边交换方法（ES）[133]优化后的网络呈现出类洋葱结构，网络拓扑结构改变较大，具体见文献[133]；而启发式的加边（EA）[137]拓扑优化方法仅在节点度小的节点间加边对网络进行优化，一方面网络弹性优化效果不佳；另一方面，如果要达到与PA算法及EA优化方法相同的拓扑弹性提升量，必须依靠增加更多的边，因而造成更大拓扑改变进而影响其网络功能。1100.010.11w=0.4w=0.25w=0p(k)kHN1101E-41E-30.010.11p(k)kw=0.4w=0.25w=0GS1101E-30.010.11w=0.4w=0.25w=0p(k)kSF（a）SF网络累积度分布（b）甘肃电网累积度分布（c）河南电网累积度分布0246810120.000.050.100.150.200.25w=0.4SFw=0.25w=0p(d)d024681012140.000.050.100.150.200.25w=0.4w=0.25w=0
博士学位论文83一体化中的IIT1和IIT2中的CT电流采样方向一致，IIT3和IIT4中CT电流采样方向一致但与IIT1和IIT2的采用电流方向相反（方向接线）。为了测试的安全及由于实验条件限制，单相接地故障是通过增加负荷电流来进行模拟。测试中，额定线路电流设置为3A，差动主保护及后备保护的启动电流设置为5A。为便于实验观察，测试中的跳闸信号设置为不同的标度。（a）动模测试平台（b）RTDS实时数字仿真平台图5.7动模实验与半实物闭环仿真测试平台1）设备故障检测。在这个算例中，CT、通信及断路器故障是分别通过人工地断开CT的输出端、通信通道及断路器的控制端口来模拟实现的。测试结果显示在表5.1中，测试结果表明，本章所提的设备故障检测算法是有效的且具有很高的精度。表5.1设备故障及非故障检测结果故障设备试验次数准确度CT150100%通信150100%断路器50100%2）场景1（CT故障下的后备保护跳闸）。在这个算例中，电气故障发生在F1，S2处CT断线故障。主差动域PDR2内的主保护因CT故障闭锁。后备差动域的边界终端IIT1和IIT3代替预测失效且闭锁的主保护跳开其相应的继电器隔离电气故障。如图5.8所示，后备保护的故障清除时间为63ms（近似3个周波），其中从电气故障发生到跳闸指令输出（也即给后备的断路器发出跳闸信号）的时间为37ms（近似相当于2个周波）。电流故障清除故障发生S3发出跳闸指令S1发生跳闸指令图5.8CT故障下的后备跳闸
【参考文献】：
期刊论文
[1]电网虚假数据注入攻击的双层优化模型[J]. 舒隽,郭志锋,韩冰. 电力系统自动化. 2019(10)
[2]面向能源互联网的新一代电力系统运行模式研究[J]. 吴克河,王继业,李为,朱亚运. 中国电机工程学报. 2019(04)
[3]巴西“3·21”大停电事故分析及对中国电网的启示[J]. 易俊,卜广全,郭强,习工伟,张剑云,屠竞哲. 电力系统自动化. 2019(02)
[4]考虑N-1安全约束的含可再生能源输电网结构鲁棒优化[J]. 赵博石,胡泽春,宋永华. 电力系统自动化. 2019(04)
[5]社会能源互联网:概念、架构和展望[J]. 韦晓广,高仕斌,臧天磊,黄涛,王涛,李多. 中国电机工程学报. 2018(17)
[6]能源互联网及其优化运行研究现状综述[J]. 丁涛,牟晨璐,别朝红,杜鹏伟,范振宇,邹志翔,杨永恒,吴中钰,徐岩,唐保国. 中国电机工程学报. 2018(15)
[7]“9.28”及“2.8”南澳大利亚电网大停电事件对我国电网调度运行的启示[J]. 葛睿,王坤,王轶禹,刘敦楠. 电器工业. 2017(08)
[8]澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示[J]. 曾辉,孙峰,李铁,张强,唐俊刺,张涛. 电力系统自动化. 2017(13)
[9]南澳大利亚州大停电启示[J]. 史兴华. 国家电网. 2017(01)
[10]基于PageRank改进算法的电网脆弱线路快速辨识（一）:理论基础[J]. 马志远,刘锋,沈沉,张爽,田蓓. 中国电机工程学报. 2016(23)
本文编号：3089944
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图2.7分布式多代理的保护与重构下的XPC9点配电系统的波形图
博士学位论文71例，w=0的网络表示原始网络（即优化前的网络），w>0表示优化后的网络。图4.8测试结果表明当分别增加2.5%和4%比例的优化边对SF网络、甘肃电网（GS）和河南电网（HN）进行拓扑弹性优化后，这三个网络的累积度分布（p(k)）、最短路径分别（p(d)）及节点和边介数分布（p(b)）基本保持原有特性不变。除此之外，本次实验还测试这三个网络的其它拓扑特征参数变化情况，包括簇系数（ClusterCoefficient,CC）、网络直径（NetworkDiameter,ND）、网络平均路径长度（<L>）、拓扑熵（TopologicalEntropy,TE）及度相关系数（DegreeCorrelationCoefficient,DCC）。测试结果显示于表4.1，其中，表1与图4.8中的SF网络的节点数、边数及平均度分别为2000、4000和4。表4.1表明，通过PA算法拓扑弹性优化后的电力网络及SF网络的其它拓扑结构特性也基本保持不变。而通过启发式的边交换方法（ES）[133]优化后的网络呈现出类洋葱结构，网络拓扑结构改变较大，具体见文献[133]；而启发式的加边（EA）[137]拓扑优化方法仅在节点度小的节点间加边对网络进行优化，一方面网络弹性优化效果不佳；另一方面，如果要达到与PA算法及EA优化方法相同的拓扑弹性提升量，必须依靠增加更多的边，因而造成更大拓扑改变进而影响其网络功能。1100.010.11w=0.4w=0.25w=0p(k)kHN1101E-41E-30.010.11p(k)kw=0.4w=0.25w=0GS1101E-30.010.11w=0.4w=0.25w=0p(k)kSF（a）SF网络累积度分布（b）甘肃电网累积度分布（c）河南电网累积度分布0246810120.000.050.100.150.200.25w=0.4SFw=0.25w=0p(d)d024681012140.000.050.100.150.200.25w=0.4w=0.25w=0
博士学位论文83一体化中的IIT1和IIT2中的CT电流采样方向一致，IIT3和IIT4中CT电流采样方向一致但与IIT1和IIT2的采用电流方向相反（方向接线）。为了测试的安全及由于实验条件限制，单相接地故障是通过增加负荷电流来进行模拟。测试中，额定线路电流设置为3A，差动主保护及后备保护的启动电流设置为5A。为便于实验观察，测试中的跳闸信号设置为不同的标度。（a）动模测试平台（b）RTDS实时数字仿真平台图5.7动模实验与半实物闭环仿真测试平台1）设备故障检测。在这个算例中，CT、通信及断路器故障是分别通过人工地断开CT的输出端、通信通道及断路器的控制端口来模拟实现的。测试结果显示在表5.1中，测试结果表明，本章所提的设备故障检测算法是有效的且具有很高的精度。表5.1设备故障及非故障检测结果故障设备试验次数准确度CT150100%通信150100%断路器50100%2）场景1（CT故障下的后备保护跳闸）。在这个算例中，电气故障发生在F1，S2处CT断线故障。主差动域PDR2内的主保护因CT故障闭锁。后备差动域的边界终端IIT1和IIT3代替预测失效且闭锁的主保护跳开其相应的继电器隔离电气故障。如图5.8所示，后备保护的故障清除时间为63ms（近似3个周波），其中从电气故障发生到跳闸指令输出（也即给后备的断路器发出跳闸信号）的时间为37ms（近似相当于2个周波）。电流故障清除故障发生S3发出跳闸指令S1发生跳闸指令图5.8CT故障下的后备跳闸
【参考文献】：
期刊论文
[1]电网虚假数据注入攻击的双层优化模型[J]. 舒隽,郭志锋,韩冰. 电力系统自动化. 2019(10)
[2]面向能源互联网的新一代电力系统运行模式研究[J]. 吴克河,王继业,李为,朱亚运. 中国电机工程学报. 2019(04)
[3]巴西“3·21”大停电事故分析及对中国电网的启示[J]. 易俊,卜广全,郭强,习工伟,张剑云,屠竞哲. 电力系统自动化. 2019(02)
[4]考虑N-1安全约束的含可再生能源输电网结构鲁棒优化[J]. 赵博石,胡泽春,宋永华. 电力系统自动化. 2019(04)
[5]社会能源互联网:概念、架构和展望[J]. 韦晓广,高仕斌,臧天磊,黄涛,王涛,李多. 中国电机工程学报. 2018(17)
[6]能源互联网及其优化运行研究现状综述[J]. 丁涛,牟晨璐,别朝红,杜鹏伟,范振宇,邹志翔,杨永恒,吴中钰,徐岩,唐保国. 中国电机工程学报. 2018(15)
[7]“9.28”及“2.8”南澳大利亚电网大停电事件对我国电网调度运行的启示[J]. 葛睿,王坤,王轶禹,刘敦楠. 电器工业. 2017(08)
[8]澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示[J]. 曾辉,孙峰,李铁,张强,唐俊刺,张涛. 电力系统自动化. 2017(13)
[9]南澳大利亚州大停电启示[J]. 史兴华. 国家电网. 2017(01)
[10]基于PageRank改进算法的电网脆弱线路快速辨识（一）:理论基础[J]. 马志远,刘锋,沈沉,张爽,田蓓. 中国电机工程学报. 2016(23)
本文编号：3089944
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