基于信息熵的大型电力系统元件脆弱性评估

电力秦统自动代

ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１４０４０５００４

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Ｖ０１．３９Ｎｏ．５Ｍａｒ．１０，２０１５

Ｓｙｓｔｅｍｓ

基于信息熵的大型电力系统元件脆弱性评估

靳冰洁１，张步涵１，姚建国２，杨胜春２，邓韦斯１，邵

２．中国电力科学研究院（南京），江苏省南京市２１０００３）

剑１

（１．强电磁工程与新技术国家重点实验室，华中科技大学，湖北省武汉市４３００７４；

摘要：现代大规模电力系统面临着多种不确定性因素，它们给系统带来的扰动已成为系统安全运行的主要威胁之一。针对这一问题，提出一种大型电力系统元件脆弱性评估的新方法：在改进信息熵的基础上，结合含风电电力系统的灵敏度分析及支路容量裕度，研究节点扰动功率安全转移的分布信息，建立衡量节点抗扰动能力的节点脆弱性评估指标；在此基础上，通过补偿法将支路开断转化成两端节点的虚拟注入功率扰动，并采用熵权法将其与节点脆弱性评估结果相结合，提出支路脆弱性综合评估方法。通过ＩＥＥＥ３００节点系统算例，验证了方法的快速有效性，同时分析了影响系统关键元件脆弱性的因素，为电力系统中的误差控制和运行管理提供了参考。关键词：大型电力系统；脆弱性；信息熵；灵敏度；补偿法；熵权

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引言

现代电力系统的复杂特性表现在规模庞大、元

歇式能源的接入，“源一网一荷”互动环境［１ｕ下电力系统面临着许多不确定因素。负荷及风电的随机性使电网时刻都在承受扰动，是威胁系统安全稳定运行的重要因素之一，且这些不确定因素对现代复杂大电网安全运行造成的影响更为深远¨ｊ。电力系统脆弱性分析应在考虑网络结构特征与运行状态的基础上，有针对性地衡量系统运行中元件承受扰动及危害的能力。扰动功率转移分布的均衡性是影响系统安全性的重要因素之一，其在电网中的传播既有复杂性又有规律性。信息熵作为量化无序性特征的有效方法，可用来描述扰动功率传播过程中表现出来的转移分布特征，给出系统在元件扰动情况下表现出来的整体安全水平，将其应用于含不确定因素的大电网安全运行分析中具有实际意义。

随着信息论的发展，熵已在电力系统中得到广泛应用ｎ“１２５］，其中文献［１５］引入峰谷差对信息熵

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件复杂、供需瞬时平衡以及随机因素众多等方面，给大电网安全研究带来了困难和挑战ｕ。３ｊ。电力系统脆弱性（ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ）作为电力系统安全性概念的扩展。川，体现了电力系统承受干扰或故障的能力，且与系统中元件的脆弱性有着密切关系。对大规模复杂电力系统进行元件脆弱性评估，有利于快速识别出制约系统安全运行的薄弱环节，从而为采取切实有效的预防保护措施提供依据。

目前，电网稳态分析中的脆弱性评估方法大多从电网拓扑结构出发，主要基于复杂网络理论，其指标包括介数、带权重线路介数、节点度数、平均路径长度等。由于其未考虑电力系统运行方式，一些文献提出了改进方法，如电气介数Ｊ］、输电介数［６］、潮流介数［７３等，但始终是针对网络的结构脆弱性，以元件在功率传输中的结构重要性为评判标准，未考虑不确定性因素对系统安全稳定运行的影响，不能从系统扰动传播机理上分析元件脆弱性。另一类基于概率论的脆弱性评估方法旧］，其基于风险理论［９。１”、蒙特卡洛模拟法等方法，反映了系统实际运行的安全水平，但计算量大，难以实现在线运用。

随着负荷的快速增长及其性质的多样化以及间

收稿日期：２０１４－０４－０５；修回日期：２０１４一０７—１２。国家电网公司科技项目（ｄｚ７１－１３—０３６）。

进行改进，并以此为目标函数建立电力系统优化调度模型，取得了较好效果；文献［１０，１３］将熵应用于电力系统脆弱性评估，为电网脆弱性研究提供了新思路，但未计及系统信息量对电网安全运行的影响程度，在熵理论与电力系统实际运行特点相结合方面仍有待深入研究。为此，本文结合电力系统信息量的特点及系统安全约束对信息熵进行改进，并将其应用于系统元件脆弱性评估，提出一种考虑节点注人功率扰动的大型电力系统元件脆弱性评估方法。

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