[33] 加权拓扑模型下的小世界电网脆弱性评估

第28卷第10期中国电机工程学报 V ol.28 No.10 Apr.5, 2008

20 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2008) 10-0020-06 中图分类号：TM 711；TM 732 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40

加权拓扑模型下的小世界电网脆弱性评估

丁明，韩平平

(合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009)

Vulnerability Assessment to Small-world Power Grid Based on Weighted Topological Model

DING Ming, HAN Ping-ping

(School of Electrical and Automation Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui Province, China)

ABSTRACT: In order to find the inner reason for cascading failures in large-scale power grid, the impedance-based topolo- gical model and cascading failure model for weighted power grid were established, and corresponding algorithm and new indices to calculate the average distance of weighted power grid were presented and the vulnerability of power grid was estimated. Small-world effects were found in the weighted power grid model, which indicates that weighted model of the power grid is superior in reflecting the node importance and the operation of real power system. The failure model was testified in real power grid. Results of failure experiment show that small-world power grid relies much more on key nodes than common nodes, external factors cannot improve the inherent vulnerability of the grid, and arranging a reasonable structure will be more effective in increasing the reliability and stability of the power grid.

KEY WORDS: power system; small-world network; weighted topological model; cascading failure; vulnerability assessment

摘要：电网连锁故障机理研究是目前的热点，该文构造基于线路电抗的加权电网拓扑模型，提出计算加权电网平均距离的算法，改进基于节点负荷平衡的连锁故障动态模型，并提出新的电网脆弱性评估指标。在实际电网上验证加权电网拓扑模型和故障模型的合理性。对电网加权模型分析表明，电网的加权模型不仅保持了小世界特性，在反映节点重要程度和实际电力系统运行状态等方面都优于无权模型；在改进的故障模型上的仿真结果表明，小世界电网对关键节点的依赖性远大于对普通节点的依赖性，外界影响因素不能从根本上改变其本身固有的结构脆弱性，合理安排电网的结构将更有助于增加电网的可靠性水平和稳定性水平。

关键词：电力系统；小世界网络；加权模型；连锁故障；脆弱性评估

基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)( 2004CB217908)。

The National Basic Research Program of China(973 Program) (2004CB217908). 0 引言

基于小世界拓扑模型的大型电网脆弱性评估是一种以复杂网络科学为理论基础，通过对大型电网的拓扑特性研究和故障仿真来探索电网中连锁故障传播的内在机理的研究方法。与以潮流平衡为出发点的电力系统暂稳态分析方法[1-5]相比，这一方法对于寻找电网本身固有的脆弱性，提出有针对性的增强措施，从而建设更加坚强的电网具有指导意义。

在电网的拓扑结构及其结构脆弱性方面，已经取得了很多研究成果：文献[6-10]分别证明了美国西部电网、中国北方电网、中国华东电网等都是小世界网络；文献[11]构造了基于拓扑模型的电网受扰动的动态级联方式；文献[12]引入节点的容量系数，建立了更精确的电网故障模型；文献[13]在文献[12]的模型上，分析了意大利电网的结构脆弱性；文献[14-15]对北美电网的连锁故障进行了建模，表明北美电网存在着少部分的脆弱节点在导致大规模连锁故障发生的过程中起关键作用。文献[7-10]分析了电网的小世界特性对其结构脆弱性的影响。其中，文献[7]定性地分析了小世界特性对连锁故障传播的影响，认为小世界电网所特有的较小平均距离和较高聚类系数等性质，对故障的传播起到了推波助澜的作用，文献[8-10]结合小世界网络的形成过程，从电网的度数分布及节点的负荷分布入手，以华东电网为例，证实了小世界电网对关键节点的依赖性。然而不足的是，上述电网结构脆弱性的研究模型无一例外都应用了无向、无权图为基础的小世界模型，而忽略了对潮流分布有重大影响的线路电抗。由于电网的各线路电抗值相差较大，对负荷的分布有很大影响，因而无权模型在进行电网拓扑结构脆弱性分析方面具有局限性，所得出的结论只