考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法

潘松; 李长城; 康海鹏; 黄思琪; 苏子扬; 张玺

doi:10.7500/AEPS20230927003

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考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法
- Identification Method for Key Lines of Power Grid Considering Outage Probability Entropy and Grid Structure Entropy
- 电力系统自动化 2025年49卷第1期页码：139-149
- 作者机构：
  
  1.广西电力系统最优化与节能技术重点实验室（广西大学），广西壮族自治区南宁市530004
  2.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
- 作者简介：
  
  潘松(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统保护与控制。E-mail：2322849440@qq.com
  李长城(1989—)，男，通信作者，博士，助理教授，硕士生导师，主要研究方向：电力系统保护与控制、连锁故障、韧性等。E-mail：lichangcheng@gxu.edu.cn
  康海鹏(1997—)，男，博士研究生，主要研究方向：综合能源系统连锁故障。E-mail：khpzal@163.com
- 基金信息：
  
  广西自然科学基金资助项目(2020GXNSFBA297069)
- DOI：10.7500/AEPS20230927003
  中图分类号：
- 收稿：2023-09-27，
  
  修回：2024-06-20，
  
  网络出版：2024-09-30，
  
  纸质出版：2025-01-10
- 稿件说明：
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潘松,李长城,康海鹏等.考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法[J].电力系统自动化,2025,49(1):139-149.

PAN Song,LI Changcheng,KANG Haipeng,et al.Identification Method for Key Lines of Power Grid Considering Outage Probability Entropy and Grid Structure Entropy[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):139-149.
潘松,李长城,康海鹏等.考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法[J].电力系统自动化,2025,49(1):139-149. DOI： 10.7500/AEPS20230927003.

PAN Song,LI Changcheng,KANG Haipeng,et al.Identification Method for Key Lines of Power Grid Considering Outage Probability Entropy and Grid Structure Entropy[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(1):139-149. DOI： 10.7500/AEPS20230927003.

摘要

线路停运概率对连锁故障的触发和演化具有重要影响。然而，现有关于电网线路停运概率分布均衡性的研究存在考虑不足的问题。文中结合复杂网络理论分析方法与熵理论，提出综合考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法，旨在量化线路在电网运行状态和网络状态层面的综合影响力。首先，基于线路停运概率模型，提出了停运概率分布熵与停运概率变化熵指标，区分了线路潮流在正常值范围内、正常值与极限值之间和大于极限值3个状态对辨识结果的影响，克服了现有指标中对直接影响线路故障因素考虑欠缺的不足。其次，结合改进网架结构熵，提出了反映电网网架结构和运行状态的关键线路综合指标。然后，结合功率平衡策略，提出电网关键线路辨识方法。最后，基于改进网络效能指标对IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统进行仿真，验证了所提方法的可行性和正确性。

Abstract

The probability of line outages exerts a crucial influence on the triggering and evolution of cascaded failures. However

the existing study regarding the equilibrium of the distribution of line outage probabilities in power grids suffers from insufficient considerations. In this paper

by integrating the analysis methods of complex network theory and entropy theory

a method for identifying key lines in power grids that comprehensively considers the entropy of outage probability and the entropy of grid structure is proposed

aiming to quantify the comprehensive influence of lines at the levels of the operational state and network state of the power grid. Firstly

based on the line outage probability model

the indicators of the entropy of outage probability distribution and the entropy of outage probability variation are put forward

differentiating the influence of the three states of line power flow within the normal range

between the normal and limit values

and greater than the limit value on the identification results

overcoming the deficiency of insufficient consideration of the direct factors affecting line faults in the existing indicators. Secondly

combined with the improved entropy of grid structure

a comprehensive indicator of key lines reflecting the grid structure and operation state of the power grid is proposed. Then

in combination with the power balance strategy

a method for identifying key lines in the power grid is proposed. Finally

based on the improved network efficiency indicator

simulations are conducted on the IEEE 39-bus system and IEEE 118-bus system

which verify the feasibility and correctness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

张鹏飞，麻常辉，李威，等 . 2021年欧洲电网两次解列事故分析及对中国电网安全的思考［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 22 - 29 .

ZHANG Pengfei ， MA Changhui ， LI Wei ， et al . Analysis of two splitting accidents of European power grid in 2021 and consideration on power grid security in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 22 - 29 .

钟海旺，张广伦，程通，等 . 美国得州2021年极寒天气停电事故分析及启示［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 6 ）： 1 - 9 .

ZHONG Haiwang ， ZHANG Guanglun ， CHENG Tong ， et al . Analysis and enlightenment of extremely cold weather power outage in texas， U.S. in 2021 ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 1 - 9 .

何剑，屠竞哲，孙为民，等 . 美国加州“8·14”、“8·15”停电事件初步分析及启示［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4471 - 4478 .

HE Jian ， TU Jingzhe ， SUN Weimin ， et al . Preliminary analysis and lessons of california power outage events on August 14 and 15， 2020 ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4471 - 4478 .

徐式蕴，王一鸣，孙华东，等 . 国外新能源脱网事故对中国电网安全稳定运行的启示［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 13 ）： 1 - 8 .

XU Shiyun ， WANG Yiming ， SUN Huadong ， et al . Insights from renewable energy outage accidents abroad for secure and stable operation of power grids in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 13 ）： 1 - 8 .

柳璐，李林芝，卢天琪，等 . 基于网页链接分析的电力系统连锁故障关键环节辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 25 - 33 .

LIU Lu ， LI Linzhi ， LU Tianqi ， et al . Critical link identification method for cascading failure in power systems based on web link analysis ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 25 - 33 .

龚思丞，黄文焘，邰能灵，等 . 基于复杂网络的电热微网拓扑综合评估方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 173 - 184 .

GONG Sicheng ， HUANG Wentao ， TAI Nengling ， et al . Complex network based comprehensive evaluation method of topology for electro-thermal microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 173 - 184 .

WANG K ， ZHANG B H ， ZHANG Z ， et al . An electrical betweenness approach for vulnerability assessment of power grids considering the capacity of generators and load ［J］. Physica A： Statistical Mechanics and Its Applications ， 2011 ， 390 （ 23/24 ）： 4692 - 4701 .

徐箭，贺中豪，廖思阳，等 . 考虑风电机组故障电压穿越特性的连锁故障关键线路辨识［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 2 ）： 82 - 94 .

XU Jian ， HE Zhonghao ， LIAO Siyang ， et al . Identification of critical lines for cascading failures considering fault voltage ride-through characteristics of wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 82 - 94 .

张涛，孙晓伟，徐雪琴，等 . 基于有功潮流介数的电网关键线路辨识［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 1 ）： 193 - 198 .

ZHANG Tao ， SUN Xiaowei ， XU Xueqin ， et al . Identification of critical lines in power grid based on active power flow betweenness ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 193 - 198 .

李美成，梅文明，刘永强，等 . 基于改进负载潮流熵指标准确辨识电网脆性支路的方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 3 ）： 1026 - 1033 .

LI Meicheng ， MEI Wenming ， LIU Yongqiang ， et al . Accurate identification method of brittle branches in power grid based on improved load flow entropy indexes ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 1026 - 1033 .

曹帅，向往，左文平，等 . 风电经柔性直流电网外送系统的交流故障诊断与穿越控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1295 - 1306 .

CAO Shuai ， XIANG Wang ， ZUO Wenping ， et al . AC fault diagnosis and ride-trough control strategy for the wind power delivery system via HVDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1295 - 1306 .

蔡万通，刘文颖，王方雨，等 . 基于临界慢化理论的电力系统自组织临界影响因素阈值计算方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 5 ）： 1068 - 1077 .

CAI Wantong ， LIU Wenying ， WANG Fangyu ， et al . Computing method of the critical value of power system’s self-organized critical factors based on critical slowing down theory ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 1068 - 1077 .

韩畅，林振智，杨莉，等 . 台风条件下区域电力系统的重要线路多维度辨识［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 15 ）： 118 - 125 .

HAN Chang ， LIN Zhenzhi ， YANG Li ， et al . Multi-dimensional critical line identification for regional power systems under typhoon ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 15 ）： 118 - 125 .

FANG R M ， SHANG R Y ， WANG Y D ， et al . Identification of vulnerable lines in power grids with wind power integration based on a weighted entropy analysis method ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2017 ， 42 （ 31 ）： 20269 - 20276 .

刘文颖，蔡万通，张宁，等 . 基于联合加权熵的电网自组织临界状态演化［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1363 - 1370 .

LIU Wenying ， CAI Wantong ， ZHANG Ning ， et al . Evolution of self-organizing of grid critical state based on united weighted entropy theory ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1363 - 1370 .

魏震波，鞠啟，易刚春，等 . 基于改进LeaderRank算法的电网连锁故障关键线路辨识方法［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 12 ）： 4265 - 4273 .

WEI Zhenbo ， JU Qi ， YI Gangchun ， et al . Identification of critical lines of power grid cascading failures based on modified LeaderRank algorithm ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 12 ）： 4265 - 4273 .

程林，刘满君，易俊，等 . 基于运行可靠性模型的连锁故障模拟及薄弱环节分析［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1488 - 1494 .

CHENG Lin ， LIU Manjun ， YI Jun ， et al . The power system cascading outage simulation and vulnerability analysis based on operational reliability model ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1488 - 1494 .

甘国晓，耿光超，高波，等 . 考虑线路停运概率的电力系统连锁故障阻断控制［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 1 ）： 266 - 272 .

GAN Guoxiao ， GENG Guangchao ， GAO Bo ， et al . Blocking control of power system cascading failures considering line outages probability ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 266 - 272 .

黄思琪，李长城，康海鹏 . 计及输电线路开断时间的连锁故障快速阻断控制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 111 - 120 .

HUANG Siqi ， LI Changcheng ， KANG Haipeng . Fast blocking control strategy against cascading failures considering tripping time of transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 111 - 120 .

姜盛波，杨军，王建雄，等 . 基于预防-紧急协调控制的大电网连锁故障防御策略［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 12 ）： 148 - 154 .

JIANG Shengbo ， YANG Jun ， WANG Jianxiong ， et al . Defense strategy against large power grid cascading failure based on coordinated preventive-emergency control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 12 ）： 148 - 154 .

孙元章，程林，刘海涛 . 基于实时运行状态的电力系统运行可靠性评估［J］. 电网技术， 2005 ， 29 （ 15 ）： 6 - 12 .

SUN Yuanzhang ， CHENG Lin ， LIU Haitao . Power system operating reliability evaluation based on real-time operating state ［J］. Power System Technology ， 2005 ， 29 （ 15 ）： 6 - 12 .

陶鸿飞，谢栋，赵福林，等 . 含大规模风电并网电力系统的关键线路综合辨识［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 6 ）： 115 - 123 .

TAO Hongfei ， XIE Yong ， ZHAO Fulin ， et al . Comprehensive identification of critical line in power systems with large-scale wind power integration ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 6 ）： 115 - 123 .

曾珂，李华强，曾梦婕，等 . 考虑改进潮流转移熵的电力系统融冰预防控制［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 2 ）： 582 - 586 .

ZENG Ke ， LI Huaqiang ， ZENG Mengjie ， et al . Power system ice-melting preventive control considering improved transfer entropy of power flow ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 2 ）： 582 - 586 .

LI C C ， KANG Z J ， YU H G ， et al . Identifying the key transmission lines considering the power flow impact force ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 96297 - 96308 .

梁才，刘文颖，温志伟，等 . 电网组织结构对其自组织临界性的影响［J］. 电力系统保护与控制， 2010 ， 38 （ 20 ）： 6 - 11 .

LIANG Cai ， LIU Wenying ， WEN Zhiwei ， et al . The influences of power grid structure on self-organized criticality ［J］. Power System Protection and Control ， 2010 ， 38 （ 20 ）： 6 - 11 .

南斌，董树锋，徐成司，等 . 基于改进离差最大化方法的电网关键线路综合辨识［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 10 ）： 4076 - 4084 .

NAN Bin ， DONG Shufeng ， XU Chengsi ， et al . Comprehensive identification of critical lines in power grid based on improved maximizing dispersions method ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 4076 - 4084 .

丁理杰，刘美君，曹一家，等 . 基于隐性故障模型和风险理论的关键线路辨识［J］. 电力系统自动化， 2007 ， 31 （ 6 ）： 1 - 5 .

DING Lijie ， LIU Meijun ， CAO Yijia ， et al . Power system key-lines identification based on hidden failure model and risk theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2007 ， 31 （ 6 ）： 1 - 5 .

康海鹏，李长城，黄思琪 . 计及能源转换负荷影响的气电耦合系统连锁故障评估［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 12 ）： 133 - 145 .

KANG Haipeng ， LI Changcheng ， HUANG Siqi . Evaluation of cascading failures in an integrated gas and power system considering effects of energy conversion load ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 12 ）： 133 - 145 .

王涛，高成彬，顾雪平，等 . 基于功率介数的电网关键环节辨识［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 7 ）： 1907 - 1913 .

WANG Tao ， GAO Chengbin ， GU Xueping ， et al . Power betweenness based identification of power grid critical links ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 7 ）： 1907 - 1913 .

朱大锐，王睿，段建东，等 . 考虑多影响因素的关键输电线路辨识［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 20 ）： 5938 - 5947 .

ZHU Darui ， WANG Rui ， DUAN Jiandong ， et al . Identification of critical transmission lines considering multiple influencing factors ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 20 ）： 5938 - 5947 .

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