本发明公开了一种有源配电网安全评估方法，包括：计算有源配电网失稳的概率；建立有源配电网的时空模型；基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估；本发明可以解决有源配电网在多重不确定性的影响下的安全评估问题，确保有源配电网的安全稳定运行，且本发明评估准确，适用于多类型的有源配电网运行的安全评估，具有良好的应用前景。
1.一种有源配电网安全评估方法，其特征在于，包括：计算有源配电网失稳的概率；
基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种有源配电网安全评估方法，其特征在于，计算有源配电网失稳的概率的具体方法包括：在多重不确定性的影响下，若有源配电网所有节点的惯量都在 范围内，则有源配电网稳定，有源配电网每个节点的惯量在 范围内的概率为该节点的频率变化率在 范围内的概率，则有源配电网稳定的概率PMI为：其中， 为有源配电网频率变化率的上界，Rf,sys为有原配电网频率变化率的下界，p(f)为有源配电网频率变化的概率密度， 为有源配电网惯量的上界，Hsys为有源配电网惯量的下界；
3.根据权利要求2所述的一种有源配电网安全评估方法，其特征在于，在多重不确定性的影响下，有源配电网的惯量公式为：其中，Hsys为有源配电网的惯量，f0为有源配电网的额定功率，Rf,sys为有源配电网的频率变化率，ΔP为在多重不确定性的影响下有源配电网的功率变化量。
4.根据权利要求1所述的一种有源配电网安全评估方法，其特征在于，建立有源配电网的时空模型的具体方法包括：有源配电网所有节点在不同时空中相互影响的概率矩阵A即时空模型为：其中，加框的元素Ai,j为零矩阵，
Ai,j＝[P1|i,j P2|i,j … Pn|i,j]，Pk|i,j＝[pk,1|i,j pk,2|i,j … pk,n|i,j] ,k＝1,2…n，其中，pl,m|i,j,l,m＝1,2…n∈{Pk|i,j,k＝1,2…n,i,j＝1,2…T}为第j时刻节点m在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l造成影响的概率，Ai,j为在整体时间T中，第i时刻节点受到第j时刻节点影响的概率；
每个pl,m|i,j均相互独立，且服从不同的概率分布；
当节点m与节点l不耦合时，pl,m|i,j＝0，且||Pk|i,j||∞≤1,k＝1,2…n；
第j时刻节点m在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l的状态造成的变化大于其阈值，则pl,m|i,j≠0，且其中，xm|j→xm|i为第j时刻节点m在收到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l的状态造成的变化， 为节点m的状态的阈值，采用马尔可夫蒙特卡洛模拟法抽样求出pl,m|i,j；
其中，H(x)为节点状态与频率变化率的关系，x∈Φ为节点状态的条件公式。
5.根据权利要求4所述的一种有源配电网安全评估方法，其特征在于，获得有源配电网每个节点阈值的具体方法包括：S1：初始化粒子群，包括群体规模N，每个粒子的位置xi和速度vi；
S3：利用每个粒子的适应度值H(xi)与个体极值pbest(i)比较，若H(xi)＞pbest(i)，则H(xi)代替pbest(i)；
S4：利用每个粒子的适应度值H(xi)与全局极值gbest(i)比较，若H(xi)＞gbest(i)，则H(xi)代替gbest(i)；
S5：根据下式更新粒子的位置xi和速度vi：其中， 为第t次迭代粒子i飞行速度矢量， 为第t次迭代粒子i的位置矢量，c1和c2为学习因子，r1和r2为[0,1]范围内的均匀随机数，w为惯性权重，pbest和gbest分别为粒子和种群经历过的最好的位置；
S6：若H(x)＝Rf,sys或循环次数达到最大循环次数Nc，则返回S2。
6.根据权利要求1所述的一种有源配电网安全评估方法，其特征在于，基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估的具体方法包括：衍射指标的矩阵R0为：
其中， 为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，导致第i时刻有源配电网失稳的指标，pl,l|i,j,l＝1,2…n,i,j＝1,2…T为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l造成影响的概率，pm,l|i,j,l,m＝1,2…n,i,j＝1,2…T为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点m造成影响的概率，pl(f)和pm(f)分别为节点l和节点m的状态变化引起的系统频率变化的概率密度；
其中， 为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，第i时刻除了节点l以外的其他节点导致有源配电网失稳的指标；
其中， 为第j时刻所有节点均在受到多重不确定性影响下，第i时刻节点l导致有源配电网失稳的指标；
通过上述四个指标综合评估有源配电网在多重不确定性的影响下的安全稳定运行状态。
一种有源配电网安全评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电网评估技术领域，具体是一种有源配电网安全评估方法。
背景技术
[0002] 目前，有源配电网作为实现可再生能源与负荷一体化运行的手段成为了各国研究的重点。同时，电动汽车充电桩也在逐渐成为有源配电网的重要组成部分。但是，可再生能源受到风、光等自然条件的影响，其出力存在很大的不确定性，并且，电动汽车的随机充电行为也会对有源配电网的安全稳定运行带来新的挑战。同时，有源配电网的物理系统与信息系统的耦合间也存在着风险，各式各样的网络攻击对有源配电网造成的损害也各有不同。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种有源配电网安全评估方法，以解决现有技术中的问题，实现对有源配电网的安全状态进行准确的判断和预警，确保有源配电网的安全稳定运行。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] 本发明提供了一种有源配电网的安全评估方法，包括：
[0006] 计算有源配电网失稳的概率；
[0007] 建立有源配电网的时空模型；
[0008] 基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估。
[0009] 进一步的，计算有源配电网失稳的概率的具体方法包括：
[0010] 在多重不确定性的影响下，若有源配电网所有节点的惯量都在 范围内，则有源配电网稳定，有源配电网每个节点的惯量在 范围内的概率为该节点
的频率变化率在 范围内的概率，则有源配电网稳定的概率PMI为：
[0011]
[0012] 其中， 为有源配电网频率变化率的上界，Rf,sys为有原配电网频率变化率的下界，p(f)为有源配电网频率变化的概率密度， 为有源配电网惯量的上界，Hsys为有源配电网惯量的下界；
[0013] 采用马尔可夫蒙特卡洛模拟法抽样求出PMI；
[0014] 则有源配电网失稳的概率P为：P＝1-PMI。
[0015] 进一步的，在多重不确定性的影响下，有源配电网的惯量公式为：
[0016]
[0017] 其中，Hsys为有源配电网的惯量，f0为有源配电网的额定功率，Rf,sys为有源配电网的频率变化率，ΔP为在多重不确定性的影响下有源配电网的功率变化量。
[0018] 进一步的，建立有源配电网的时空模型的具体方法包括：
[0019] 有源配电网所有节点在不同时空中相互影响的概率矩阵A即时空模型为：
[0020]
[0021] 其中，加框的元素Ai,j为零矩阵，
[0022] 若有源配电网中含有n个节点，则：
[0023] Ai,j＝[P1|i,j P2|i,j … Pn|i,j]，Pk|i,j＝[pk,1|i,j pk,2|i,j … pk,n|i,j]T,k＝1,2…n，[0024] 其中，pl,m|i,j,l,m＝1,2…n∈{Pk|i,j,k＝1,2…n,i,j＝1,2…T}为第j时刻节点m在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l造成影响的概率，Ai,j为在整体时间T中，第i时刻节点受到第j时刻节点影响的概率；
[0025] 每个pl,m|i,j均相互独立，且服从不同的概率分布；
[0026] 当节点m与节点l不耦合时，pl,m|i,j＝0，且||Pk|i,j||∞≤1,k＝1,2…n；
[0027] 第j时刻节点m在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l的状态造成的变化大于其阈值，则pl,m|i,j≠0，且
[0028] 其中，xm|j→xm|i为第j时刻节点m在收到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l的状态造成的变化， 为节点m的状态的阈值，
[0029] 采用马尔可夫蒙特卡洛模拟法抽样求出pl,m|i,j；
[0030] 节点的状态的阈值公式为：
[0031] min H(x)
[0032] s.t.x∈Φ
[0033] H(x)-Rf,sys≥0，
[0034] 其中，H(x)为节点状态与频率变化率的关系，x∈Φ为节点状态的条件公式。
[0035] 进一步的，获得有源配电网每个节点阈值的具体方法包括：
[0036] S1：初始化粒子群，包括群体规模N，每个粒子的位置xi和速度vi；
[0037] S2：计算每个粒子的适应度值H(xi)；
[0038] S3：利用每个粒子的适应度值H(xi)与个体极值pbest(i)比较，若H(xi)＞pbest(i)，则H(xi)代替pbest(i)；
[0039] S4：利用每个粒子的适应度值H(xi)与全局极值gbest(i)比较，若H(xi)＞gbest(i)，则H(xi)代替gbest(i)；
[0040] S5：根据下式更新粒子的位置xi和速度vi：
[0041] 其中， 为第t次迭代粒子i飞行速度矢量， 为第t次迭代粒子i的位置矢量，c1和c2为学习因子，r1和r2为[0,1]范围内的均匀随机数，w为惯性权重，pbest和gbest分别为粒子和种群经历过的最好的位置；
[0042] S6：若H(x)＝Rf,sys或循环次数达到最大循环次数Nc，则返回S2。
[0043] 进一步的，基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估的具体方法包括：
[0044] 衍射指标的矩阵R0为：
[0045]
[0046] 其中，加框的元素为零矩阵，
[0047] 其中， 为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，导致第i时刻有源配电网失稳的指标，pl,l|i,j,l＝1,2…n,i,j＝1,2…T为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l造成影响的概率，pm,l|i,j,l,m＝1,2…n,i,j＝1,2…T为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点m造成影响的概率，pl(f)和pm(f)分别为节点l和节点m的状态变化引起的系统频率变化的概率密度；
[0048] 溅射指标的矩阵R1为：
[0049]
[0050] 其中，加框的元素为零矩阵，
[0051] 其中， 为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，第i时刻除了节点l以外的其他节点导致有源配电网失稳的指标；
[0052] 聚焦指标的矩阵R2为：
[0053]
[0054] 其中，加框的元素为零矩阵，
[0055] 其中， 为第j时刻所有节点均在受到多重不确定性影响下，第i时刻节点l导致有源配电网失稳的指标；
[0056] 全局指标的矩阵R3为：
[0057]
[0058] 其中，加框的元素为零矩阵，
[0059] 通过上述四个指标综合评估有源配电网在多重不确定性的影响下的安全稳定运行状态。
[0060] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0061] 本发明提供的一种有源配电网安全评估方法，先计算有源配电网失稳的概率；再建立有源配电网的时空模型；最后基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估；本发明可以解决有源配电网在多重不确定性的影响下的安全评估问题，确保有源配电网的安全稳定运行，且本发明评估准确，适用于多类型的有源配电网运行的安全评估，具有良好的应用前景。
附图说明
[0062] 图1是本发明实施例提供的一种有源配电网安全评估方法的流程图；
[0063] 图2是本发明实施例提供的一种有源配电网安全评估方法中求解各个节点阈值的粒子群优化算法的流程图。
具体实施方式
[0064] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065] 本发明实施例提供的一种有源配电网安全评估方法，包括：
[0066] 计算有源配电网失稳的概率；
[0067] 建立有源配电网的时空模型；
[0068] 基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估。
[0069] 计算有源配电网失稳的概率的具体方法包括：
[0070] 由发电机组的惯量公式可以推出在发生扰动时，有源配电网的频率变化率公式为：
[0071]
[0072] 由有源配电网的频率变化率公式可以推出有源配电网的惯量公式为：
[0073]
[0074] 其中，Hsys为有源配电网的惯量，ΔP为在多重不确定性的影响下有源配电网的功率变化量，ΔP在不同的场景中有着不同的值，具体视情况而定，f0为有源配电网的额定频率，Rf,sys为有源配电网的频率变化率；
[0075] 在稳定时，有源配电网的惯量在一个范围之内，即
[0076]
[0077]
[0078] 其中， 为有源配电网的惯量的上界，Hsys为有源配电网的惯量的下届， 为有源配电网频率变化率的上界，Rf,sys为有源配电网频率变化率的下界；
[0079] 当有源配电网在受到多重不确定性的影响下，且ΔP确定时，有源配电网所有节点的惯量必须保持在 范围内，才能使有源配电网稳定，此时，有源配电网每个节点的惯量保持在 范围内的概率即为该节点的频率变化率在 范围内的概率；
[0080] 在多重不确定性的影响下，有源配电网稳定的概率公式为：
[0081]
[0082] 其中，PMI为有源配电网稳定的概率，p(f)为在多重不确定性的影响下有源配电网频率变化的概率密度；
[0083] 采用马尔科夫蒙特卡洛模拟法抽样求出PMI；
[0084] 在多重不确定性的影响下，有源配电网失稳的概率公式为：
[0085] P＝1-PMI
[0086] 其中，P为有源配电网失稳的概率。
[0087] 建立有源配电网的时空模型的具体方法包括：
[0088] 有源配电网每个节点在不同时空中相互影响的概率矩阵A即时空模型为：
[0089]
[0090] 其中，因为时间不可逆，加框的元素Ai,j为零矩阵；
[0091] 若有源配电网中含有n个节点，则
[0092] Ai,j＝[P1|i,j P2|i,j … Pn|i,j]，Pk|i,j＝[pk,1|i,j pk,2|i,j … pk,n|i,j]T,k＝1,2…n，[0093] 其中，pl,m|i,j,l,m＝1,2…n∈{Pk|i,j,k＝1,2…n,i,j＝1,2…T}为第j时刻节点m在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l造成影响的概率，Ai,j为在整体时间T中，第i时刻节点受到第j时刻节点影响的概率；
[0094] 每个pl,m|i,j均相互独立，且服从不同的概率分布；
[0095] 当节点m与节点l不耦合时，pl,m|i,j＝0，且||Pki,j||∞≤1,k＝1,2…n
[0096] 第j时刻节点m在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l的状态造成的变化大于其阈值，则pl,m|i,j≠0，且
[0097] 其中，xm|j→xm|i为第j时刻节点m在收到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l的状态造成的变化，和有源配电网的结构有关， 为节点m的状态的阈值，
[0098] 采用马尔科夫蒙特卡洛模拟法抽样求出pl,m|i,j；
[0099] 节点的状态的阈值公式为：
[0100] min H(x)
[0101] s.t.x∈Φ
[0102] H(x)-Rf,sys≥0，
[0103] 其中，H(x)为节点状态与频率变化率的关系，x∈Φ为节点状态的条件公式。
[0104] 可以采用粒子群优化算法获得有源配电网每个节点阈值的具体方法包括：
[0105] S1：初始化粒子群，包括群体规模N，每个粒子的位置xi和速度vi；
[0106] S2：计算每个粒子的适应度值H(xi)；
[0107] S3：利用每个粒子的适应度值H(xi)与个体极值pbest(i)比较，若H(xi)＞pbest(i)，则H(xi)代替pbest(i)；
[0108] S4：利用每个粒子的适应度值H(xi)与全局极值gbest(i)比较，若H(xi)＞gbest(i)，则H(xi)代替gbest(i)；
[0109] S5：根据下式更新粒子的位置xi和速度vi：
[0110] 其中， 为第t次迭代粒子i飞行速度矢量， 为第t次迭代粒子i的位置矢量，c1和c2为学习因子，也称加速常数，r1和r2为[0,1]范围内的均匀随机数，w为惯性权重，非负数，调节对解空间的搜索范围，pbest和gbest分别为粒子和种群经历过的最好的位置；
[0111] S6：若H(x)＝Rf,sys或循环次数达到最大循环次数Nc，则返回S2。
[0112] 基于有源配电网失稳的概率，通过所述时空模型建立衍射指标、聚焦指标、溅射指标和全局指标，根据上述四个指标对有源配电网的安全性进行评估的具体方法包括：
[0113] 衍射指标的矩阵R0为：
[0114]
[0115] 其中，矩阵R0与A矩阵一样，加框的元素为零矩阵，
[0116]
[0117] 其中， 为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，导致第i时刻有源配电网失稳的指标，pl,l|i,j,l＝1,2…n,i,j＝1,2…T为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点l造成影响的概率，pm,l|i,j,l,m＝1,2…n,i,j＝1,2…T为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，对第i时刻节点m造成影响的概率，pl(f)和pm(f)分别为节点l和节点m的状态变化引起的系统频率变化的概率密度；
[0118] 溅射指标的矩阵R1为：
[0119]
[0120] 其中，矩阵R1与A矩阵一样，加框的元素为零矩阵，
[0121] 其中， 为第j时刻节点l在受到多重不确定性的影响下，第i时刻除了节点l以外的其他节点导致有源配电网失稳的指标；
[0122] 聚焦指标的矩阵R2为：
[0123]
[0124] 其中，矩阵R2与A矩阵一样，加框的元素为零矩阵，
[0125] 其中， 为第j时刻所有节点均在受到多重不确定性影响下，第i时刻节点l导致有源配电网失稳的指标；
[0126] 全局指标的矩阵R3为：
[0127]
[0128] 其中，矩阵R3与A矩阵一样，加框的元素为零矩阵，
[0129] 通过上述四个指标综合评估有源配电网在多重不确定性的影响下的安全稳定运行状态。
[0130] 本发明提出了一种有源配电网安全评估方法，将有源配电网的安全性与有源配电网中各个节点的惯量结合起来，然后将惯量与节点的频率变化率联系起来，使评估转化为概率问题，通过马尔可夫蒙特卡洛模拟法求解有源配电网不稳定的概率，建立有源配电网的模型，判断不同时空条件下节点间相互影响的概率，最后定义有源配电网的各项风险指标，利用所述风险指标综合评估有源配电网的安全性；本发明可以解决有源配电网在多重不确定性的影响下的安全评估问题，确保有源配电网的安全稳定运行，且本发明评估准确，适用于多类型的有源配电网运行的安全评估，具有良好的应用前景。
[0131] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
