基于连锁故障特性的电力信息物理系统关键节点辨识方法

本发明属于电力系统领域，具体的说是一种基于连锁故障特性的电力信息物理系统关键节点辨识方法。背景技术：：：1、由于信息设备和电力设备在地理位置上的高度重合和在功能上的高度依赖，依存关系和信息传输导致的故障跨网传播成为电力信息物理系统连锁故障的新特性。当前大多数学者在研究电力信息物理系统关键节点辨识时，仅强调了耦合节点的相互依存关系，忽略了在部分依存的关系下信息传输失效对电网调控的影响，与实际电力信息物理系统连锁故障在两网间的传播特性不符。此外，pagerank(pr)算法原用于评估网页重要性，因其具有良好的收敛性和自适应性，经改进后可被应用于电网关键节点辨识。但现有方法在算法中都采用固定值作为阻尼因子，算法的敏感度和对链接结构的重视程度比较局限，不能根据系统的状态动态化衡量链接矩阵与随机矩阵之间的关系。技术实现思路1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种电力信息物理系统关键节点辨识方法，以期能筛选出可能引发严重连锁故障的关键节点，从而能为电力系统灾害提供预防性保护。2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：3、本发明一种基于连锁故障特性的电力信息物理系统关键节点辨识方法的特点在于，是按如下步骤进行：4、步骤1、构建包含电网及信息网的电力信息物理系统：5、设所述电网共有np个电网节点，包括：ng个发电机节点、nl个负荷节点；6、设所述信息网共有nc个信息节点，包括：nc1个耦合信息节点、nc2个非耦合信息节点；其中，nc2个非耦合信息节点中包括1个主调度中心；7、步骤2、计算电网潮流，从而计算节点转移特性矩阵、电压灵敏度矩阵se、电压安全裕度指标l；8、步骤3、基于节点转移特性矩阵、电压灵敏度矩阵se、电压安全裕度指标l，利用改进pagerank算法计算电网节点的pagerank值rp；9、步骤4、考虑信息网的载荷状态，计算每个信息节点的信息网关键性指标，包括：信息网局部指标h、信息网全局指标；10、步骤5、基于电网节点的pagerank值rp和信息节点的信息网关键性指标，计算耦合节点的耦合关键性指标向量k，并对耦合关键性指标向量k进行降序排序，从而将排序后的耦合关键性指标向量所对应的节点序列作为关键节点辨识结果。11、本发明所述的电力信息物理系统关键节点辨识方法的特点也在于，所述步骤2中的计算节点转移特性矩阵是按如下步骤进行：12、步骤2.1a、将电网节点分为首端节点ini、末端节点fin和中间节点mid；13、所述首端节点ini为仅存在功率外送的节点；14、所述末端节点fin为仅存在功率消耗的节点；15、所述中间节点mid为既存在功率外送也存在功率消耗的节点；16、步骤2.2a、利用式(1)计算第个电网节点和第个电网节点之间的转移特性，从而构建np×np维的转移特性矩阵m：17、     (1)18、式(1)中，为与第个电网节点相连的线路集合；表示第个电网节点的有功发电量，表示第个电网节点的有功负荷量，表示第个电网节点和第个电网节点之间的传输有功功率，表示电网线路o的有功功率，表示第个负荷节点的有功负荷量，表示第个发电机节点的有功发电量；19、步骤2.3a、引入一个隐性节点，并使隐性节点和所有首端节点ini、末端节点fin相连，从而将电网转化为衍生网络，并利用式(2)和式(3)将转移特性矩阵m扩展至np+1维，从而得到最终的节点转移特性矩阵：20、    (2)21、    (3)22、式(2)中，表示隐性节点和第个电网节点之间的转移特性，gen为发电机节点集合；23、式(3)中，表示第个电网节点和隐性节点之间的转移特性，load为负荷节点集合。24、所述步骤2中的计算电压灵敏度矩阵se是按如下过程进行：25、步骤2.1b、利用式(4)建立电压与功率的关系：26、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>p</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>q</mi></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>j</mi><msub><mrow/><mrow><mi>v</mi><mi>p</mi></mrow></msub></mtd><mtd><mi>j</mi><msub><mrow/><mrow><mi>v</mi><mi>q</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>j</mi><msub><mrow/><mrow><mi>θ</mi><mi>p</mi></mrow></msub></mtd><mtd><mi>j</mi><msub><mrow/><mrow><mi>θ</mi><mi>q</mi></mrow></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>v</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>θ</mi></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mstyle></mstyle>   (4)27、式(4)中，、分别是电网节点的电压幅值和电压相角的变化量，、分别是电网节点的有功功率和无功功率的变化量；是电网节点的有功功率对电压幅值的雅可比矩阵，是电网节点的无功功率对电压幅值的雅可比矩阵，是电网节点的有功功率对电压相角的雅可比矩阵，是电网节点的无功功率对电压相角的雅可比矩阵；28、步骤2.2b、利用式(5)计算电压灵敏度矩阵：29、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>s</mi><msub><mrow/><mi>e</mi></msub><mi>=</mi><mi>−</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>−</mi><mi>j</mi><msub><mrow/><mrow><mi>v</mi><mi>q</mi></mrow></msub></mtd><mtd><mi>d</mi><msub><mrow/><mrow><mi>1</mi><mi>2</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>d</mi><msub><mrow/><mrow><mi>2</mi><mi>1</mi></mrow></msub></mtd><mtd><mi>d</mi><msub><mrow/><mrow><mi>2</mi><mi>2</mi></mrow></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><msup><mrow/><mrow><mi>−</mi><mi>1</mi></mrow></msup></mstyle>   (5)30、式(5)中，和分别为pq节点和pv节点之间的互导纳，为pv节点的自导纳。31、所述步骤2中是利用式(6)计算电压安全裕度指标l：32、   (6)33、式(6)中，为电网中第负荷节点的局部电压稳定指标，并有：34、   (7)35、式(7)中，和为第个负荷节点和第个负荷节点的电压相量，为第个负荷节点的电压幅值，为第个负荷节点与第个负荷节点之间的互阻抗共轭，为第个负荷节点的自阻抗共轭，为第个负荷节点的自导纳共轭，为第个负荷节点的等值负荷。36、所述步骤3中的电网节点的pagerank值rp是按如下步骤计算：37、步骤3.1、利用式(8)构建动态阻尼因子：38、   (8)39、步骤3.2、定义当前迭代次数为n，并初始化n=0；40、设第n次迭代后pagerank值列向量为单位列向量；41、步骤3.3、利用式(9)计算第n+1次迭代后pagerank值列向量：42、   (9)43、步骤3.4、当时，则表示得到pagerank值；否则，将n+1赋值给n后，返回步骤3.3顺序执行，其中，e为设置的收敛误差。44、所述步骤4包括：45、步骤4.1、利用式(10)构建信息网局部指标h中第行元素：46、   (10)47、式(10)中，表示第个信息节点需上传的信息量，为归一化后的第个信息节点的向心介数中心性，并有：48、   (11)49、式(11)中，是从第s个信息节点到主调度中心的所有最短路径数量；是从第s个信息节点到主调度中心且经过第个信息节点的最短路径数量；50、步骤4.2、利用式(12)计算t时刻信息网的平均网络效率：51、   (12)52、式(13)中，为t时刻第个信息节点和第个信息节点之间的最短路径长度；53、步骤4.3、利用式(13)构建t时刻信息网的全局指标：54、   (13)55、式(13)中，为t时刻信息网的平均网络效率，为信息网的初始平均网络效率。56、所述步骤5中的耦合节点的耦合关键性指标向量k是按如下过程进行计算：57、步骤5.1、若第个电网节点向第个信息网节点提供电力支持，则令定耦合矩阵中第行第列的元素；否则，令定耦合矩阵中第行第列的元素；58、步骤5.2、利用式(14)构建用于表征电网和信息网之间耦合关系的耦合矩阵：59、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>a</mi><msub><mrow/><mrow><mi>p</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>a</mi><msub><mrow/><mrow><mi>1</mi><mi>1</mi></mrow></msub></mtd><mtd><mi>⋯</mi></mtd><mtd><mi>a</mi><msub><mrow/><mrow><mi>1</mi><mi>n</mi><msub><mrow/><mi>c</mi></msub></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>⋮</mi></mtd><mtd><mi>⋱</mi></mtd><mtd><mi>⋮</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>a</mi><msub><mrow/><mrow><mi>n</mi><msub><mrow/><mi>p</mi></msub><mi>1</mi></mrow></msub></mtd><mtd><mi>⋯</mi></mtd><mtd><mi>a</mi><msub><mrow/><mrow><mi>n</mi><msub><mrow/><mi>p</mi></msub><mi>n</mi><msub><mrow/><mi>c</mi></msub></mrow></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>   (14)60、步骤5.3、利用式(15)构建电力信息物理系统中节点的耦合关键性指标向量k：61、   (15)。62、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述电力信息物理系统关键节点辨识方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。63、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述电力信息物理系统关键节点辨识方法的步骤。64、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：65、1、本发明通过改进pagerank算法，构建信息网关键节点辨识指标，提供了一种针对连锁故障特性的电力信息物理系统关键节点辨识方法，解决了现有技术中忽略了信息网对连锁故障影响的问题，克服了现有技术中算法敏感度的局限性，从而提高了电力信息物理系统关键节点辨识的准确性。66、2、本发明采用了转移特性矩阵作为pagerank算法中的链接矩阵，采用电压灵敏度矩阵作为随机矩阵，提供了一种考虑有功功率和无功功率影响特性的改进pagerank算法，解决了现有技术中未从连锁故障因素角度考虑电网链接性的问题，从而提高了电网关键节点辨识的准确性。67、3、本发明采用电压安全裕度指标，构建pagerank算法中的动态阻尼因子，解决了现有技术中算法的敏感度和对链接结构的重视程度比较局限的问题，从而提高了电网关键节点辨识的准确性。68、4、本发明通过考虑信息网传输特性，构建信息网关键节点辨识指标，解决了现有技术中忽略了信息传输失效对连锁故障影响的问题，从而提高了电力信息物理系统关键节点辨识的准确性。当前第1页12当前第1页12