基于复杂网络理论的电力研究概论

龙奕蓉

摘 要： 本文介绍了借助于复杂网络理论的电力研究，以及列举了近几年的研究进展，并做出未来的研究展望。

关键词： 复杂网络;图论;电力研究

现代经济社会中各行各业的良好运转都离不开可靠、安全、高效、绿色的电力供应。随着世界各地电网的覆盖率的增加，电网的研究更为迫切。复杂网络基于图论，作为一种数据形式，且作为一种分析手段，对电网的分析既有需求性，又有适用性。

1 电网拓扑模型

电网拓扑模型由点和边组成，前者是发电站、变压器和变电站的抽象，后者是输电线路的抽象。文献[1]等研究揭示了电网的小世界特性。早期研究如文献[2]都把电网映射于无向无权的模型，忽略了如线路阻抗、电气耦合特性等電力性质。文献[3-5]等构造了基于线路电抗和线路容量相关的有权网络拓扑模型，改进模型贴近电气网络的性质，突出了潮流重分配以及重要环节的辨识。文献[3]提出基于效用风险熵综合评判的电网节点脆弱性评估方法。文献[4]对有功网络和无功网络进行分解建模。文献[5]提出计及线路负载率的加权潮流转移熵指标。

2 电网脆弱性

2.1 重要度评估

电网中存在少数环节对电网的稳定起到重要作用。重要度的评判可如文献[2]采用最短路径长度等传统特性指标表征脆弱环节。而文献[3]将电气特性加以强调，与传统统计指标深度结合。复杂网络电气脆弱环节指标有加权介数和电气介数。加权介数模拟潮流沿电抗最小的路径传播，忽略了其他相邻路径的影响;电气介数考虑了相邻线路的潮流分配与容量限制，更加符合电网运行规律。

2.2 脆弱性评估

网络结构脆弱性指标常见有失负荷度、网络效能[5]和最大连通子图。文献[5]等综合静态风险指标考虑了运行状况的变化的后果，综合考虑到状态脆弱性和结构脆弱性，使用设备健康指数建立脆弱性模型分析电网的脆弱性。文献[6]把电网结构脆弱性和状态脆弱性结合，提出了结合状态变量强度和成分结构特征的新评价思想。文献[7]针对复杂无向网络的连通性问题并给出了一种新的连通子图高效判定算法。

3 电网连锁故障

动态脆弱性研究模型中，潮流机制一般采用直流潮流模型。假设每对相邻节点的电压相角之差很小;每条边的线路电阻与对地电纳忽略不计，网络为纯电抗网络;相邻节点电压相位差很小，网络中各节点电压标幺值为1。

故障后潮流的负荷重分配机制也是一个研究要点。源于自组织理论的OPA模型研究综合分析了电网级联失效故障前的电网负载增加以及电力系统故障的初始发生与级联失效的扩大，前者被定义为慢速动态过程，后者被定义为快速动态过程，模型模拟慢速动态与快速动态过程二者循环交替，以对电力系统网络长时间的负载升级以及短时间的运行过程融合。文献[8]改进了OPA模型，考虑了通过建设电网输电线路来进行线路的升级。

4 未来的挑战

分布式电源受到客观环境的影响，输出功率具不确定性，危害了电网的可靠性。文献[9]针对分布式电源接入复杂电网的容量配置问题，提出节点供电效率指标，用于判断接入分布式电源的容量和节点数量对电网系统发生级联失效风险的影响。信息化电网的背景下，传统物理电网的安全得到虚拟信息网络的威胁，对网络薄弱环节的预测以及保护成为首要问题。文献[10]借鉴风险指标对信息网络和电力网络进行了良好的对接分析，研究了信息电力二元网络连锁故障机理。

5 结论

复杂网络是一个优秀的电力网络分析工具，为了更好地深入研究电力系统，应该将其与复杂网络理论的结合更加深化与拓宽。随着复杂网络的概念的普及以及科技发展的水平的提高，复杂网络理论将与更多的学科结合，在各行各业熠熠生辉。

参考文献：

[1]孟仲伟，鲁宗相，宋靖雁.中美电网的小世界拓扑模型比较分析[J].电力系统自动化，2004，28（15）.

[2]丁明，韩平平.小世界电网的连锁故障传播机理分析[J].电力系统自动化，2007，31（18）：6-10.

[3]丁明，过羿，张晶晶，等.基于效用风险熵权模糊综合评判的复杂电网节点脆弱性评估[J].电工技术学报，2015，030（003）：214-223.

[4]魏震波，刘俊勇，李俊.基于PQ网分解的有向加权拓扑模型下的电网脆弱性分析[J].电力系统保护与控制，（24）：29-32+39.

[5]徐岩，雷小双，秦彬.基于综合重要度的电网关键线路辨识方法[J].电力建设，2019，040（007）：85-90.

[6]魏震波，刘俊勇，朱国俊.基于电网状态与结构的综合脆弱评估模型[J].电力系统自动化，2009，33（8）：11-14.

[7]王卓，秦博东，徐雍.复杂无向网络连通性的一种高效判定算法[J].自动化学报，1-8.

[8]张煜成.基于改进大停电事故模型的电力系统自组织临界性分析[D].2015.

[9]邓春兰，过羿，肖遥.基于复杂网络理论的分布式电源接入位置研究[J].山东电力技术，2018（5）.

[10]韩丽芳，胡博文，杨军.基于攻击预测的电力CPS安全风险评估[J].中国电力，2019，52（01）：54-62.