一種基于約束求解的智能電網系統魯棒性驗證方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電網系統魯棒性驗證。
【背景技術】
[0002] 近來，大型智能電網系統的故障事故將如何發現輸電網絡中的缺陷運個問題帶到 了大家面前。智能電網系統的設計者和維護者希望有工具能夠有效幫其找到輸電網絡中的 問題。運其實是一個缺陷評估問題：對于一個給定的智能電網系統，將其內部小部分輸電線 路移除后，是否會導致整個系統的故障？運里，我們將被移除的輸電網絡的邊數定義為k， 一般情況下，我們會認定k是5W內的。
[000引工業界，一般將運個問題命名為N-k問題。運里N為整個電網系統中輸電線路的 邊數。即給定一個含有N條輸電線路的網絡，求解在最少破壞多少化）條線路的情況下整 個電網將無法正常工作。N-k問題是極為難W處理的，即使在k很小的情況，單純的枚舉方 法也是不實際的，因為需要檢查的破壞可能會組合爆炸，一一枚舉檢查會極為耗時。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的問題是解決電網的N-k問題，判斷k值時電網系統是否魯棒，或 者計算電網系統N-k問題中的k值。 陽0化]為解決上述問題，本發明采用的方案如下：
[0006] 一種基于約束求解的智能電網系統魯棒性驗證方法，包括如下步驟：
[0007] S1:獲取電網數據；
[0008] S2:遍歷模擬輸電線路失效的情形，針對每一種輸電線路失效的情形，根據電網數 據，分析電網是否安全；
[0009] 所述分析電網是否安全包括W下步驟：
[0010] S21 :根據該輸電線路失效的情形和所述電網數據，構建SAT約束編碼F，并初始化 約束集T為空；
[0011] S22 :將所述SAT約束編碼F和所述約束集T輸入至SAT求解器進行求解；假如SAT 求解器能夠求得一組解，將運組解作為可行配置輸入至步驟S23并執行；假如SAT求解器無 解，則認為該輸電線路失效的情形下電網不安全，結束對該輸電線路失效的情形的處理； 陽〇1引S23 :根據所述可行配置和所述電網數據，構建SMT約束編碼W;
[0013] S24 :將所述SMT約束編碼W輸入至SMT約束求解器進行求解；假如SMT約束求解 器可解，則表示所述可行配置能夠應對該輸電線路失效的情形，該輸電線路失效的情形下 電網安全，結束對該輸電線路失效的情形的處理；假如SMT約束求解器不可解，則將所述可 行配置加入至所述約束集T后轉步驟S22。
[0014] 進一步，所述步驟S2中遍歷模擬輸電線路失效的情形時，輸電線路失效數從1開 始累加遍歷，直到當輸電線路失效數為k時存在一種輸電線路失效的情形時電網不安全。
[0015] 進一步，所述步驟S24中，當SMT約束求解器不可解時，還包括：從SMT約束求解器 的UC接口獲得所述SMT約束編碼W中不可滿足的最小集合X，根據最小集合X生成相應的SAT約束編碼并將其去反之后加入至所述SAT約束編碼F中，然后轉步驟S22。
[0016] 進一步，所述電網數據包括電網中站點和輸電線路的拓撲關系數據、站點電量數 據和輸電線路電量數據；所述站點由發電站、變電站和耗電區域組成；所述站點電量數據 包括發電站電量數據、耗電區域電量數據；所述發電站電量數據包括最大發電量、最小發電 量；所述耗電區域電量數據包括額定耗電量；所述輸電線路電量數據包括最大通電量。 陽017] 進一步，，所述步驟S21中構建的SAT約束編碼F=FgnFpuinFnk;其中Fg為站 點部分的SAT約束編碼，表示為：
Fhii為輸電線路失效部分的SAT約束編 碼，表示為
F。,為輸電線路正常部分的SAT約束編碼，表示為：
其中，Gi為布爾變量，用于表示第i個站點是否正常工作；E1為布爾變量，用于表示第i條 輸電線路是否正常工作；Ng為站點數；Ne為輸電線路數；t為輸電線路失效數。
[0018] 本發明的技術效果如下：本發明使用了SAT約束求解和線性SMT約束求解兩項技 術來判定電網系統的魯棒性是否能滿足預定的要求，同時通過SMT約束求解器獲得不可滿 足的最小集合，然后將運個最小集合轉化后加入至SAT約束求解器進行求解W加速整個驗 證過程。本發明能夠快速對大規模的電網系統進行完備的魯棒性驗證，有效節約時間和人 力成本。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明的實施例的電網結構樣例圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合說明書附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0021] 本發明用W分析的數據來自智能電網系統的數據庫。智能電網系統的數據庫保存 有各種各樣的電網數據。而本發明并不需要其中全部的電網數據，本實施例為此構建了一 個簡化的電網數據模型。如圖1所示，圖1是一個構建好的簡化的數據模型。該數據模型 是由站點和輸電線路組成的一個拓撲圖。其中站點分成=種：發電站、變電站和耗電區域。 發電站在圖1中用五角星表示，有=個發電站，分別為站點1、2、3。變電站用長方形表示， 站點6為變電站。耗電區域用圓圈表示，站點4和5為兩個耗電區域。輸電線路連接站點， 包括：站點1和6之間的輸電線路L16、站點2和6之間的輸電線路L26、站點3和6之間 的輸電線路L36、站點2和4之間的輸電線路L24、站點3和5之間的輸電線路L35、站點4 和5之間的輸電線路L45。構建簡化的電網數據模型過程也即是前述所指的步驟S1的獲 取電網數據。步驟S1中的電網數據包括電網中站點和輸電線路的拓撲關系數據、站點電量 數據和輸電線路電量數據。站點電量數據包括發電站電量數據、耗電區域電量數據。發電 站電量數據包括最大發電量、最小發電量。耗電區域電量數據包括額定耗電量。輸電線路 電量數據包括最大通電量。W圖1為例，作為發電站的站點1、2、3的最小發電量和最大發 電量分別為：(0,10)，（8,10)，（8,10);作為耗電區域的站點4、5的額定耗電量均為5 ;輸電 線路L16、L26、L36、L24、L35、L45的最大通電量和額定電阻分別為：10, 3, 3,10,10,10。需 要說明的是，上述步驟S1中所指的電網數據的"獲取"也可W表示為運是本發明的輸入，因 此，本實施例中構建簡化的電網數據模型過程不是必備的，也因此，如何具體構建簡化的電 網數據模型并不是本發明所討論的范疇，無需寶述。
[0022] 步驟S1之后是模擬驗證的過程，也就前述步驟S2:遍歷模擬輸電線路失效的情 形，針對每一種輸電線路失效的情形，根據電網數據，分析電網是否安全。本實施例中，遍歷 模擬輸電線路失效的情形時，輸電線路失效數從2開始累加遍歷。也就是輸電線路失效數 從2開始，3,4，....，逐個遍歷。輸電線路失效表示該輸電線路被破壞無法正常工作。本領 域技術人員可W理解，當輸電線路失效數為t時，根據對輸電線路失效情形的組合，總共有
種輸電線路失效的情形。其中，化為輸電線路總數。假如遍歷過 程終止于輸電線路失效數為k時，則總的輸電線路失效的情形有
種。也就是在分 析電網是否安全的步驟中大約需要分析
忡模擬輸電線路失效的情形。分析電網是 否安全通過W下步驟實現：
[0023] 首先步驟S21 :根據該輸電線路失效的情形和電網數據，構建SAT約束編碼F，并初 始化約束集T為空。SAT約束編碼F為合取范式由=部分組成：站點部分的SAT約束編碼 Fg、輸電線路失效部分的SAT約束編碼FhiiW及輸電線路正常部分的SAT約束編碼Fuk。SAT 約束編碼F可表示為：F=FgHFhiinFck。其中，
Gi為布爾變量，用于 表示第i個站點是否正常工作；Ng為站點數。
[0024]
Ei為布爾變量，用于表示第i條輸電線路是否正常工 作；化為輸電線路數；t為輸電線路失效數。W圖1為例，當前模擬輸電線路失效的情形為 輸電線路L16、L26失效，則根據上述定義SAT約束編碼F表示為： 陽0巧]
[0026] 上述合取范式中，Eie、Eze、Ese、E24、E35、E45分別為用于表示輸電線路L16、L26、L36、 124、L35、L45是否正常工作的布爾變量。
[0027] 然后將SAT約束編碼F和約束集T輸入至SAT求解器進行求解。約束集T是SAT 求解器對SAT約束編碼F的解集，用于使得SAT求解器對SAT約束編碼F求解時避免解得 約束集T中的結果。SAT求解器，又稱SAT約束求解器，用于求解布爾可滿足問題度oolean Satisfi油ilityProblem)，為本領域技術人員所熟悉，無需寶述。假如SAT求解器無解，貝U認為該輸電線路失效的情形下電網不安全，結束對該輸電線路失效的情形的處理，轉對下 一種輸電線路失效的情形進行處理，直到所有的輸電線路失效的情形被遍歷。當假如SAT 求解器能夠解得一組解，該組解是由對應于前述布爾變量Gi和布爾變量E1的布爾值組成， 該組解作為可行配置進行SMT求解。
[0028] SMT求解由兩個步驟組成。首先是構建SMT約束編碼，即步驟S23,根據可行配