计及连锁故障传播路径电力系统N-k故障场景筛选模型重磅

1主要内容

该程序参考文献《计及连锁故障传播路径的电力系统 N-k 多阶段双层优化及故障场景筛选模型》，复现文章上层模型，以IEEE39节点系统为例，以负荷损失最小为目标，模拟调度中心调整发电机出力、负荷大小等抑制故障级联传播的过程，通过设置线路状态、跳闸状态、节点相角等级联故障变量，以攻击线路数、源发阶段线路状态、线路潮流、系统功率平衡等作为系统约束条件，通过matlab+gurobi平台进行求解，最终求解得出k重源发故障线路以及级联传播故障线路，并得出在故障传播过程中负荷损失情况等模型运行结果，非常优质的代码，注释清晰，方便学习研究！

• 目标函数

该模型以负荷损失最小为目标，具体表达式如下：

• 约束条件

1.源发故障数量约束

在源发故障阶段，设置源发故障的线路数为k,该值的设定可以结合历史系统故障进行设置，从当前的电力网络运维情况来看，k值取值不宜超过3。

2.线路运行状态约束

除了源发故障的线路外，其余线路都处于正常运行状态，因此初始线路运行状态和源发阶段线路故障状态变量保持一致。

3.功率平衡约束

在故障级联阶段，节点系统研究对象，在本模型中，即IEEE39节点系统，需要满足节点功率平衡，这是考虑线路-节点连接关系以及发电机功率、负荷损失的重要约束，具体各个参数的含义见原文章。

4.线路潮流约束

对于电力系统主网络，一般采用直流潮流来描述潮流约束，采用相角矩阵作为变量，形成直流潮流约束条件。

5.线路跳闸约束

当线路功率超过承载的最大功率，线路跳闸，表现在模型中即为跳闸状态变量变为1。对应的线路状态标志变量也发生改变。

6.发电机运行状态变化约束

在电力系统主网中，发电设备会连接多条线路，第一个约束指的是如果所有连接线路运行状态之和为0，那么表示发电机与网络脱离，只要有一条线路运行状态不为0，那么发电机与网络仍然是联通状态。第二个约束是对实际发电机输出功率的限制。

6.负荷运行状态变化约束

该部分约束与发电机运行状态变化约束类似，不再赘述。

• 连锁故障中孤岛处理

该部分是模型中的重点，也是难点，随着被研究对象（IEEE39节点系统）中部分线路故障退出运行后，网络联通状态发生改变，甚至出现孤岛，从而导致网络中部分节点存在不满足节点功率平衡条件等约束，为了保证负荷和发电机从系统中断开后，级联传播阶段系统功率仍然能保持平衡，通过下述模型进行调整。

在程序中，约束条件和孤岛处理约束均完成复现。

• 模型框架示意图
• 

2部分代码

%% 添加MATPOWER路径

addpath(genpath('F:\MATLAB_fujian\matpower8.0'));

​

%% 清空环境

clear;

close all;

clc;

​

%% 初始化数据

% 导入IEEE 39节点系统数据

mpc = loadcase('case39');

​

% 提取相关数据

NB = size(mpc.bus,1); % 总节点数

NL = size(mpc.branch,1);% 总支路数

NG = size(mpc.gen,1); % 总发电机数

​

% 负荷节点

load_buses = find(mpc.bus(:,3)>0);

ND = length(load_buses);

​

% 平衡节点

swing_bus = find(mpc.bus(:,2)==3);

​

% 参数设置

k = 3; % 攻击的线路数

m = 3; % 故障阶段数(源发故障为阶段1，级联故障为阶段2~m)

​

% 初始负荷

Dd0 = mpc.bus(load_buses,3);

​

% 发电机初始出力

Pg0 = mpc.gen(:,2);

3程序结果

从结果能看出来，随着源发故障和级联故障的发生，系统负荷损失也在逐步增大。下一步就要控制级联故障情况下的负荷损失，原文采用下层模型优化调度，并将两层模型通过对偶转化为单层进行处理，对于该方向研究的同学，该基础上考虑新的阻断负荷损失的策略模型，从而组合成为新的创新点，发文章要简单很多。

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