基于直流潮流的IEEE30电力系统停电分布及自组织临界性分析matlab仿真

1.课题概述

详细的讲，我们的这个算法的安如下的步骤进行：

步骤1：k=k+1，通过慢动态过程中的几个公式，对Pmax，Fmax进行更新；

步骤2：考虑随机因素进行线路的断开，以一个随机概率来随机断开一条支路；

步骤3：根据慢动态计算得到的参数开始进行慢动态仿真；

步骤4：在慢动态仿真中，使用粒子群算法来计算论文公式5的最小值；

步骤5：进一步计算注入功率和潮流；

步骤6：根据计算得到的潮流和Fmax，根据F/Fmaz > alpha来确定线路是否接近容量极限；

步骤7：如果满足F/Fmaz > alpha，则以一个概率beta进行断开。

步骤8：如果发生断开时间，则返回步骤1，如果没有发生断开事件，则结束当前的动态过程。

最后得到如下指标：

1.改变beta得到不同线路可靠性下的停电分布

2.改变mu得到不同线路容量增加方式下的停电分布

3.趋于临界状态的过程

4.停电概率分布

2.系统仿真结果

改变beta得到不同线路可靠性下的停电分布：

改变mu得到不同线路容量增加方式下的停电分布

趋于临界状态的过程

停电概率分布

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

%OPA模型的循环
    %考虑随机因素进行线路的断开
    %这里以一个0~1的随机数和0.5做比较来判断是否收到随机因素的干扰
    %断开的一个随机位置的线路
    PP = rand(1,1);

    if PP >= 0.5%断开
       NUMS = floor(F_Num*rand(1,1));
       if NUMS == 0
          NUMS = 1;
       end
       LINE(NUMS,3:end) = 0;  
%        CUT(NUMS,k)      = 1;
    else%不断开

    end

    while(flag == 0) %慢动态循环中下进行快动态循环

        %负荷节点的浮动
        p(:,k)   = gama*Pmax(:,k-1);%实际的负荷波动 

        disp('迭代次数：');
        k

        %步骤二
        %步骤二
        %根据公式5来计算出P和F
        %这里利用粒子群的思想，进行函数最小值的求解
        %这里编写了func_pso_calculate_min粒子群优化函数来计算公式5的最小值
        %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
        [V_score2,PP] = func_pso_calculate_min(W,Bus_Num,iter_max,Pmax(:,k),c(:,1),p(:,k)); 
        %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
        Ak     = func_Admittance_matrix(BUS,LINE);
        F(:,k) = Ak*PP;

        %步骤三
        %步骤三
        %随机开断线路
        %产生一个随机的数作为概率
        TMP = 0;
        for i = 1:F_Num           
            %如果满足如下的条件，则以一个固定的概率进行断开
            if abs(F(i,k)/Fmax(i,k)) >= alpha
               Pp = rand(1,1);  
               if Pp >= 1 - beta%开断概率
                  CUT(i,k) = 1;
                  flag     = 1;
               else
                  CUT(i,k) = 0;
               end
            end 
        end

        if flag == 0;
           break;
        end

        %步骤四
        %步骤四
        %根据CUT断开矩阵，重新更新网络结构
        %当检测到某个CUT为1的时候，说明要对该线路进行断开
        IND = [];
        cnt = 0;
        for i = 1:F_Num
            if CUT(i,k) == 1;%断开相关的线路
               cnt = cnt + 1;
               LINE(i,3:end) = 0; 
               IND(cnt) = i;
            end
        end
    end
    %这里只是为了对比，所以实际的规模计算见图2,3,4的计算方法，这里简化
    CUT_NUM(k) = sum(CUT(:,k));
    I(k)       = (sum(p(L,k))/(abs(sum(Fmax(G,k)))));
end
02_009m

4.系统原理简介

        在电力系统中，潮流计算是评估系统运行状态的基本工具。直流潮流模型是潮流计算的简化版本，它忽略了电力系统的一些复杂因素，如变压器变比、线路充电电容等，而专注于有功功率的流动。IEEE30系统是一个经典的电力系统测试案例，由30个节点和41条线路组成，经常被用于电力系统的各种研究。

4.1、停电分布原理及数学描述

      当电力系统受到扰动，例如线路过载或发电机故障，系统的稳定性可能受到影响，严重时可能导致停电。停电分布描述了系统中各个节点或线路在故障条件下的停电概率。

       在数学上，停电分布可以通过概率潮流计算得到。概率潮流计算是在传统的潮流计算基础上，引入概率理论来处理系统中的不确定性。对于IEEE30系统，其停电分布可以通过求解以下数学表达式得到：

Pij=∑k∈NkPk×Oij(k)P_{ij} = \sum_{k \in N_k} P_k \times O_{ij}(k)Pij​=k∈Nk​∑​Pk​×Oij​(k)

其中，PijP_{ij}Pij​ 是节点i到节点j的停电概率，PkP_kPk​ 是元件k的故障概率，Oij(k)O_{ij}(k)Oij​(k) 是元件k故障时节点i到节点j的停电指示函数。

4.2、自组织临界性概念、原理及其在电力系统中的应用

      自组织临界性（SOC）是一个描述系统如何在自组织过程中达到临界状态的理论。在电力系统中，SOC理论用于解释大停电事故的发生机理。

       根据SOC理论，电力系统在正常运行时处于一个临界状态，此时系统的小扰动可能不会导致大停电，但当系统接近临界点时，一个小扰动可能引发一连串的故障，最终导致大停电。这种连锁故障的过程可以用如下的数学公式描述：

ΔP=λΔPΔP = λΔPΔP=λΔP

     其中，ΔP\Delta PΔP 是初始扰动，λ\lambdaλ 是系统的临界系数。当λ\lambdaλ 超过1时，系统将进入自组织临界状态，此时的小扰动可能导致大停电。

       在IEEE30系统中，我们可以通过分析系统的潮流分布、元件的负载率以及系统的拓扑结构等因素，来评估系统是否接近临界状态。如果系统处于或接近临界状态，那么就需要采取预防措施，避免连锁故障的发生。

        基于直流潮流的IEEE30电力系统的停电分布及自组织临界性的分析，揭示了电力系统在面临扰动时的可能行为及其后果。首先，通过概率潮流计算，我们可以得到系统的停电分布，了解系统中各个部分在故障条件下的停电风险。然后，引入自组织临界性理论，我们可以从全新的角度理解电力系统的稳定性问题，尤其是大停电事故的发生机理。这些理解将有助于我们更好地设计和运营电力系统，提高其稳定性和可靠性。