本文是一篇电气自动化论文，本文提出了基于网络结构脆弱性指标以及状态脆弱性指标的配电网脆弱线路的评估方法，利用基于专家经验知识的AHP法计算出所建立的脆弱性指标的主观权重，利用熵权法从指标自身数值所蕴含的趋势信息来计算指标客观权重。
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
近些年来，我国在科技与经济方面得到了快速的增长，人们在物质与精神上的幸福感相比于以前有了很大的提高。与此同时，家用电器的种类也不断增多，其对电能的需求也变得日益变多。在整个电力网络中，配电网作为根据用户需求来分配电量的部分，它被设计在整个网络的最后面，与电力用户联系紧密。因此，它能否正常运行，对人们的正常生活与生产具有直接的影响[1]。随着配电网的规模日益增大，其安全性问题渐渐引起了研究人员的注意。
我国的电网建设的重心主要放在输电网络的建设上[2]，对于配电网络的建设相比较而言重视度较低，其起步较晚，故导致配电网建设远远不如输电网建设，这也就导致配电网供电可靠性不如输电网稳定。普通电力用户以及厂用电量的激增导致配电网的规模变得异常复杂，其在构设计上存在的不合理的地方也慢慢凸显出来。近几十年来，全世界各地不断发生大停电事故[3]，每一次的停电事故都为本国的经济造成严重的损失。
例如，在2012年7月30日，印度北部地区以及东部地区发生了超大停电事故。同月31日，停电范围继续扩大，最终导致印度两大地区的人民生活受到影响[4]。
在2017年，美国哈兹菲尔德-杰克逊亚特兰大机场一起停电事故。该起事故的起因是由于设备老化问题，最终导致了多达7个小时停电事故[5]。
在2018年，巴西电网因其故障导致严重的电力事故，这次事故直接造成大约22.5%的电力用户断电，共造成大约1.8万兆瓦的负荷损失[6]。
通过分析以上案例，我们最终可以发现上述案例导致大停电的最根本的原因在于某个元件的损坏或者是由于某些保护装置拒动或者误动，所引发的关联性故障[7]。同时，没有在故障初期得到有效的解决，最终导致故障向更远处蔓延，最终形成大停电事故，导致巨大的经济损失[8]。因此，如何有效地识别出电网中的脆弱元件，对电网的脆弱性进行合理的评估是极具研究意义的[9]。据官方统计结果.可知，超过80%的供电故障是发生在配电网结构中的[10]。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 配电网脆弱性研究现状
脆弱性最初被描述为所有能被攻击的并且使得整个系统产生不必要损失的薄弱环节，后被学者用来解读国家关系[27]，现广泛应用在计算机领域中。所谓的脆弱性就是当系统内部由于自身原因所导致的损坏或者被竞争对手攻击时，无法防得住攻击或者受到攻击后无法通过自身的调节能力恢复到最初的稳定环节的状态[28]。随着人们在物质与精神上的幸福感不断提升，普通民众对电力的要求也越来越高，为了满足居民对电力的需求，不同区域的电网开始相互连接，高压输电范围不断地扩大，因此，电力网络的复杂程度也越来越高[29]。近几十年，世界各国不断发生大停电事故，这使得众多学者开始对电网的脆弱性展开系统性研究。
在1994，Fouad团队首次把脆弱性理论运用到电力系统中来[30]，基于这个理论，最终提出了电力系统的脆弱性概念。这个概念主要是针对电网的安全性所提出的。随着智能化算法的提出，人工智能技术将在电网中得到运用[31]。针对智能电网的探索开始在电力系统领域掀起了一股研究潮流，随着电网结构的复杂化，传统的评估方法已经不再适用于结构更加复杂的大电网[32]。
由于目前国内外对于电力系统的脆弱性没有一个统一的评价指标以及评估方法，所以国内外针对电网的脆弱性研究的侧重点也有所不同[33]。例如，有的学者是针对评估体系进行研究，有的学者是基于停电机理进行分析等等。电网脆弱性这一概念的提出，能有效地识别出电力系统中的薄弱元件，让运维人员提前做好预防准备，大大地减少了大停电事故[34]。目前，对于电网脆弱性的研究大多数都是从两个角度[35]来展开的，一个就是从电网自身的网络结构来研究系统脆弱性，另一个就是从电网运行状态来研究系统脆弱性。结构脆弱性一般是从系统自身结构来展开的，通过分析网络结构的合理性来评判关键元件[36]。运行状态脆弱性一般是通过潮流计算算出元件的指标值与安全值的偏离程度来衡量系统脆弱性的[37]。
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第二章 基于复杂网络的配电网模型构建方法
2.1 引言
通过对电力网络系统进行抽象与简化，我们可以把电力网络描述成一个只包含节点和边的图，我们通过使用复杂网络知识能够把被系统运行过程中产生的海量动态行为掩盖的系统特性挖掘出来，从而能够更加全面的把握电力网络的结构特性，对于解决拥有复杂性特点的配电网的脆弱性问题具有很好的指导作用。为了更方便的理解复杂网络知识，以及它在电力网络脆弱性评估中的作用。
本章节一开始先对复杂网络的由来及其发展历史进行一个简单的概述，从它的基本概念入手，对它的特征参数进行介绍，分析它的基本结构，介绍几种常见的复杂网络模型。然后介绍如何将电力系统与复杂网络知识紧密结合在一起，搭建好基于复杂网络的配电网网络模型。为下一章节利用复杂网络理论知识对其脆弱性进行评估。通过案例仿真，证明基于复杂网络的配电网网络模型的可靠性。
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2.2 复杂网络理论
2.2.1 复杂网络理论的发展
早在1736年，针对在当时非常著名的古典数学难题“哥尼斯堡七桥”问题[63]，年仅29岁的瑞士伟大的数学家针对这个难题进行分析后得出“人一次性是走不完七桥”的结论，并基于此研究出了数学届的一个新的领域——图论和网络拓扑，将其用于对这个结论的解释。自此，数学家们开始对图论以及网络拓扑开展了深入的研究，复杂网络理论就是在这样的环境下发展起来的。经过研究发现，世界上很多复杂的系统都可以将其抽象成由点和边组成的复杂网络。关于复杂网络的研究已经得到了国内外众多学者的关注。最初，对于一些传统难题，研究人员仅仅是用一些规则的网络结构来代替现实中的问题。随着研究的深入，他们也开始对复杂网络如何在其他领域得到运用进行了大量的研究。
复杂网络理论最初在数学领域被广泛的运用，直到上个世纪末，人们与通讯网络的联系变的更加密不可分，而计算机网络的结构也随之变的更加复杂，人们对复杂网络理论的研究开始进一步加深。
在复杂网络中，经过一个节点且与这个节点直接相连的所有的边的总数被称为节点度。根据节点度的概念可以知道，它表征了一个节点与其他节点的连接状态，当节点的度值越大，就说明它与其他节点连接的越紧密，那么它所承担的传输信息的责任就越大，即越关键。反之，则其越不关键。单个节点的度无法反映系统整体的性能，因此，可以利用平均度D的概念来说明系统的状态。
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第三章 基于复杂网络的配电网脆弱性评估 ................................. 20
3.1 引言 ........................................... 20
3.2 基于复杂网络的配电网结构脆弱性指标 ...................... 20
第四章 考虑负荷不确定性的配电网脆弱性评估 ......................................... 35
4.1 引言 ................................................. 35
4.2 负荷预测 .............................................. 35
第五章 总结与展望 .......................... 45
5.1 工作总结 .................................. 45
5.2 研究展望 ..................................... 45
第四章 考虑负荷不确定性的配电网脆弱性评估
4.2 负荷预测
4.2.1 负荷预测定义
负荷预测指的是通过以往的数据，通过数理分析，建立相关的负荷预测模型，以此得出将来的负荷数据[65]。 电力负荷按照预测周期的不同可以分为如下几种：
以年负荷数据最为预测对象，来预测未来几年的负荷值，这种预测方式被称为中长期预测。
以天、月负荷数据为预测对象，来预测未来几天或者几个月的负荷值，这种预测方式被称为短期预测。
以小时、分钟负荷数据为预测对象，来预测未来几小时或者几分钟的负荷值，这种预测方式被称为超短期预测。
4.2.2 负荷预测特点
由于负荷大小与人们的生产，日常活动以及天气情况戚戚相关，因此，负荷最大的特点就是具有一定的波动性。
负荷预测的条件也会随着时间的变化而变化，故负荷预测的结果也具有一定的不确定性。所有种类负荷的预测都必须在一定的时间范围内进行预测，因为随着科技与经济的发展，以前和现在的用电产品无法同日而语，遥远的过去的数据对现在的影响微乎其微，甚至可能会起到反作用，干扰预测结果[61]。根据上述分析，负荷预测没有绝对的模型，都是根据需求，针对不同场景进行建模。
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第五章 总结与展望
5.1 工作总结
配电网作为整个电力系统网络的末尾电力网络单元，承担着根据用户的需求分配电能的作用。随着用户规模以及需求的增加，它的规模也正在不断地增大，其复杂性也在不断增加。近些年来发生的大停电事故的主要原因是电力元件发生故障无法及时发现与检修，最终导致连锁故障，从而引发大停电事故。在电力系统中，最容易发生故障的就是脆弱线路了，当故障发生时，往往会使配电网的结构发生很大的改变，甚至引发连锁故障。因此，如何识别出配电网的脆弱线路，具有重要意义。本文所做工作如下：
（1）通过对复杂网络理论进行分析，对复杂网络参数特征进行了介绍。考虑配电网与输电网之间的联系，建立了适用于配电网结构的网络模型。利用MATLAB软件中的matpower包对IEEE-33节点以及IEEE-69节点两案例进行建模，以此来验证配网模型的可靠性。
（2）提出了基于网络结构脆弱性指标以及状态脆弱性指标的配电网脆弱线路的评估方法，利用基于专家经验知识的AHP法计算出所建立的脆弱性指标的主观权重，利用熵权法从指标自身数值所蕴含的趋势信息来计算指标客观权重。通过博弈论理论，对主观权重和客观权重进行综合，找出他们中的均衡权重。通过对IEEE-33节点算例仿真，发现本文评估方法考虑的更加全面，更符合配电网的实际情况。
（3）提出了一种基于负荷预测的配电网脆弱性评估方法。在实际网络中，负荷的波动将导致配电网的潮流重新分布，对配电网脆弱性产生一定的影响。通过在上文所提的IEEE-33节点的配电系统的24节点处连接一个真实地区的负荷波动，来模拟负荷波动对潮流的影响。利用基于粒子群优化的改进灰色马尔科夫预测模型对该地区的未来负荷进行预测，仿真结果，该方法能够有效地提高预测的精度，这就使得预测值更加靠近真实值，从而利用预测值对系统的未来的脆弱性进行分析更加可靠。
参考文献（略）