[发明专利]一种考虑信息系统作用的有源配电网多视角协同脆弱性评估方法

权利要求书

1.考虑信息系统作用的有源配电网多视角协同脆弱性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于考虑信息系统作用的有源配电网的全景信息，确定灾害条件下多时间尺度协同影响信息物理元件的故障概率，所述全景信息包括地理信息、外部环境信息、电网营配调信息和风险与故障信息；

步骤2：建立有源配电网与外部灾害的确定性-随机性拓扑结构组合模型，所述确定性-随机性拓扑结构组合模型为：

G＝(N,L)

其中，G为配电网络经过简化处理后具有N个节点、L条边的无向、有权稀疏图，W₀为配电网连接权矩阵，矩阵元w_ij为节点i与节点j间传输线的电抗标幺值，1≤i,j≤N，w′_ij为考虑了灾害随机性影响的节点i与节点j间传输线的电抗标幺值；D_h为相应类型灾害对配电网的影响系数，k为考虑了单一灾害和多灾害聚合情况的灾害类型数目，W_μ为配电网与外部灾害的确定性-随机性连接权矩阵，μ为保证确定性-随机性连接权矩阵物理特性的修正系数；

步骤3：在配电网与外部灾害的确定性-随机性拓扑结构组合模型基础上，利用复杂网络理论特性找出考虑信息系统作用的有源配电网系统脆弱源，同时考虑不同通信网络结构和冗余程度对信息系统的影响，并分别模拟该系统中物理、信息脆弱源相关元件的故障情况；

步骤4：考虑信息系统作用对有源配电网元件的影响，结合灾害条件下多时间尺度影响的信息物理元件故障概率，得到基于功能组的故障概率，并进行基于功能组分解的连锁故障辨识；

步骤5：利用风险效用理论对源网荷互动模式下各种运行状态和网架结构进行评估，包括：

步骤5.1：对考虑信息系统作用的有源配电网的源网荷互动模式下各种运行状态和网架结构进行评估，其中

电源侧脆弱性指标分析包括：分布式电源并网率、应急电源、UPS应用率、母线脆弱度和监控主机功能可用率指标；

配电网络侧综合风险脆弱性指标包括：节点脆弱度、电压越限风险、平衡度指标和交换机可用率指标；

负荷侧脆弱性指标包括：失负荷风险、过负荷风险、负荷供电效率和区域控制单元可用率；

步骤5.2：利用复杂网络理论评估有源配电网的结构脆弱性，评估指标包括：节点脆弱度、母线脆弱度；

利用风险效用理论评估功能组单项风险的严重度，其中评估指标包括：电压越限风险、失负荷风险、过负荷风险；

步骤5.3：基于配电网与外部灾害的确定性-随机性连接权矩阵，并针对多源配电网局部供电可以减小大电源通过远距离线路传输到负荷的有功功率的显著特点，定义全网有功功率平衡度为：

其中，w′_ij为考虑了灾害随机性影响的矩阵元，p_l为线路传输的有功功率，l为阻抗标幺值；

步骤5.4：兼顾发电容量以及发电机对负荷影响效果的衰减，分析有源配电网的功率传输效率，定义负荷节点i的负荷供电效率为：

式中：d_ij为基于确定性-随机性拓扑结构组合模型的负荷节点i与发电节点j之间的最短电气路径，其中i∈V_D,j∈V_G，P_Di为负荷节点i的有功负荷量，P_Gi为发电节点i的有功装机容量，V_D是负荷节点数，V_G是发电机节点数；

步骤5.5：求取与有源配电网系统结构有关的脆弱性指标α(l_i)

式中：为第i个节点的重要度，M_i为第i个节点的节点度数，P_i为第i个节点的注入功率特性，k₁、k₂为权重，且k₁+k₂＝1，S_base为系统基准功率；B(m,n)＝max(B(m,i),B(j,n))为线路的改进介数，(m,i)、(j,n)分别为所有与节点m和节点n相连的线路；表示功能组个数；max{I_i·B(m,n)}为功能组中最高的结构脆弱度，α、β为权重，且α+β＝1；

步骤5.6：求取与信息系统有关的脆弱性指标δ(l_i)

δ(l_i)＝A_fz×A_fj×A_fq

式中：A_fz为监控主机的功能可用率，A_fj为交换机的功能可用率，A_fq为区域控制单元的功能可用率；

步骤6：利用协同效应理论评估考虑信息系统作用的有源配电网多视角协同脆弱性，建立空间尺度上的局部脆弱性指标、区域脆弱性指标和全局脆弱性指标体系，包括：

步骤6.1：利用协同效应理论评估考虑信息系统作用的有源配电网多视角协同脆弱性，根据系统结构和状态之间、信息与物理系统之间的协同效应，建立考虑信息系统作用的有源配电网协同脆弱性评估模型：

V_xti＝V_xyi+V_xwi＝α(l_i)R(X_t,f)γ+α(l_i)δ(l_i)η

式中：V_xyi为系统结构与运行状态协同脆弱性指数；V_xwi为信息与物理系统协同脆弱性指标；V_xti为考虑了系统结构与运行状态协同、信息与物理系统协同的脆弱性指数；α(l_i)为与系统结构有关的脆弱性指数；R(X_t,f)为与系统运行状态有关的风险指标，X_t,f为时间t的运行方式，p_r(R_i)为第i个不确定性扰动R_i发生的可能性，是在R_i扰动下系统损失的严重程度，w_i为相应指标的故障损失值；γ为结构与状态的关联因子，取为γ＝P/P_max，P为实时功率，P_max为线路最大传输功率；η为信息与物理的关联因子，取为有源配电网的信息化配置程度，

步骤6.2：建立空间尺度上的局部协同脆弱性指标、区域协同脆弱性指标和全局协同脆弱性指标体系；局部协同脆弱性指标V_local体现有源配电网对负荷的局部支撑作用，区域协同脆弱性指标V_area体现某一指定区域内的脆弱度，全局区域脆弱度指标V_total从整体上评估考虑信息系统作用的有源配电网的脆弱性，其中

式中：V_xti为考虑了系统结构与运行状态协同、信息与物理系统协同的脆弱性指数；n_D为负荷节点总数；E_i为节点i的负荷供电效率；m为电网节点的总数；λ_l为故障路径的脆弱度指标；k₁、k₂为权重，且k₁+k₂＝1；n_L为故障路径经过的节点数目；λ_Lj为故障路径中各节点的脆弱度指标，max{λ_Lj}为故障路径上最高的节点脆弱度。