复杂网络理论在电力网络建模中的应用研究

国网山东省电力公司滨州供电公司 李晓光

复杂网络理论在电力网络建模中的应用研究

国网山东省电力公司滨州供电公司 李晓光

电力系统在实际运行过程中具有一定脆弱性，该性质主要表现在电力系统出现连锁性故障的时候。传统解决方法无法对于该类故障进行合理的解释，伴随着复杂网络理论不断深入性研究分析，为这种故障分析提供了新的途径。本文就对复杂网络理论在电力网络建模中的应用进行研究分析，希望能够对电网脆弱性及连锁故障模型有着深入性了解，推动电力系统的发展建设。

复杂网络理论；电力网络建模

1 前言

在对于电力系统运行过程中出现大规模停电故障分析之后发现，停电故障刚开始都是由于局部性故障所引发的，整个故障发生过程中具有系列性及 随机性，充分心显示出电力系统在实际运行过程中所具有的脆弱性。传统电力网络建模是以确定性理论与还原理论作为前提，进而对于电力系统进行仿真性研究分析，这种分析模式难以对于电力系统大规模停电故障进行研究。伴随着对于电力系统不断深入性研究，人们也开始逐渐应用复杂网络理论对电力系统故障进行分析研究。

2 复杂网络理论概念

2.1 复杂网络理论基础概念

复杂网络理论在研究过程中主要是对于网络结果内所具有的参数进行分析研究，主要包含的参数有五个，分别是平均路径长度、节点度及度分布、聚类系数、节点介数与边介数。其中平均路径长度主要指的是两个节点之间所具有的平均距离；节点度与度分布主要表示临近两个节点所具有的数量；聚类系数主要表示两个节点之间所具有的亲密水平；节点介数主要表示节点之间所具有的最短距离；边介数主要表示节点最短距离内边出现的频率[1]。

2.2 小世界特点与无标度特点

2．2．1 小世界特点

小世界特点主要表示网络所具有的聚类系数与平均距离特征。小世界网络是存在于规则网络与随机网络之间的一种网络类别，所具有的特点主要是通过概率与远程连接所产生。与规则网络内节点数量与边数量相同而言，小世界内所具有的节点平均距离要更小，因此在对于小世界进行攻击的时候，主要都是通过快速远程传播的形成进行攻击。

2．2．2 无标度特点

无标度特点主要表示复杂网络内所具有的中度分布及变化特点，要是从统计学角度分析，需要遵循幂指数在方式，并没有一个显著的特征标准，要是从双对数坐标系内进行分析研究，无标度特点与直线基本相同。

3 复杂网络理论在电力网络建模的应用

3.1 研究目标

复杂网络理论在电力网络建模中应用，主要目标就是希望能够对于电网在实际运行过程中所出现的大规模停电进行合理解释，了解大规模停电的原因，同时对于电网结果脆弱性进行分析研究，找到电网所具有的薄弱环节，降低停电事故发生的可能性[2]。

3.2 基于复杂网络理论的电网建模研究

复杂网络理论在刚开始应用电网建模研究过程中，最常见的建模为无向无权拓扑模型，也就是将母线抽象化的编程电网结构中的一个点，同时将电网内的各各支路与变压器都看成边，在这个基础上所形成的结论对于电网进行发展建设具有一定指导性作用。但是复杂网络理论在电网建模研究中，不能够对于电网实际运行过程中的定量进行计算及分析，主要原因是由于电力网络在建模过程中，对于电网所具有物理关联较为忽视。所以，复杂网络理论在应用到电力网络建模中，应该提高对于电力网络建模物理特征关注程度，通过加权网络模拟真实电网情况[3]。加权网络建模过程中，最为关键的就是赋予支路权利，最常见的赋予支路权利的方法有两种：

3．2．1 支路阻抗作为边的权重

这种赋予权利形式主要作用是对于节点之间的电气进行分析研究。根据研究人员的研究成果，在电网拓扑模型内添加线路电抗值，这样能够有效对于电机与负荷之间最短距离进行计算，同时还能够与电抗和进行比较，对于搜索结果途径进行有效改变，保证搜索途径为最短途径。

3．2．2 结合发电机出力和潮流状态作为边的权重

这种赋予权利形式主要分析支路在网络内所具有的作用及效率。根据研究人员研究成果，结合发电机处理好潮流状态作为边的权重过程中，所需要考虑到的因素较多，例如支路潮流与容量极限比值、节点所对应的支路权重和等等。

需要特别声明的是，这两种权重处理形式在实际应用过程中并不相互矛盾。科研人员对最短路径进行分析研究过程中，就将支路阻抗看成是权重，进而对于电网输电质量及效率进行评价[4]。

3.3 复杂网络理论在电力网络建模内需要考虑到的问题

复杂网络理论在电力网络建模内应用，需要对于电力网络情况进行整体性分析研究，所考虑的问题主要可以划分为三种，首先就是对于潮流方向进行考虑，主要就是保证复杂网络理论在对于电力网络建模应用过程中，复杂网络理论所研究的方向与电力网络潮流方向相同，进而保证复杂网络理论对于电力网络建模方向上面的正确性；其次就是对于节点类别及权重进行考虑，电力网络内所包含的节点数量较多，并且节点所具有的类别存在一定差异，这样在权重的时候所选择的形式也就存在一定差异，对于节点类型和权重进行考虑，主要目的就是保证电力网络建模的科学合理；最后就是分析阻抗参数与电网参数之间所具有的关联，并且了解到阻抗参数和电网之间的影响，保证电力网络建模的时候能够给予合理性结合。

与此同时，复杂网络理论在电力网络建模中应用，还会受到图论数学工具的影响，电力网络主线与支路在合并的时候，对于电力网络模型构成会造成一定影响，所以还需要对于主线及并联合并问题进行考虑，进而保证所创建的模型能够真正反映出电力网络的实际情况[5]。

4 结论

简而言之，伴随着对大规模停电事故不断深入性研究分析，怎样通过复杂网络理论对于电力系统进行完善，降低电力系统在运行过程中出现大规模停电的可能性，已经成为电力网络建模过程中首先需要解决的问题。电力网络建模是电力传输领域内的重点内容，具有一定研究价值，不仅仅能够对于防范电力系统停电事故的发生，同时还能够为电网今后发展提供一一定依据。

[1]魏震波,苟竞．复杂网络理论在电网分析中的应用与探讨[J]．电网技术,2015,01:279-287．

[2]梁颖,方瑞明,卢小芬,鲁顺．基于复杂网络理论的电力系统脆弱线路辨识研究现状[J]．电力系统保护与控制,2012,20:151-155．

[3]戴婷婷,刘俊勇,魏震波,陈烨．基于复杂网络理论的电力系统脆弱性分析[J]．现代电力,2010,01:56-60．

[4]王芸波,刘太学．复杂网络理论在电网安全稳定控制中的应用[J]．云南电力技术,2010,03:21-23．

[5]冀星沛,王波,刘涤尘,赵婷．相依网络理论及其在电力信息–物理系统结构脆弱性分析中的应用综述[J/OL]．中国电机工程学报,2016(17)．