基于改进PageRank算法的电网关键节点辨识方法

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2018.11.005

电力建设 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (11): 34-41.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2018.11.005

• 现代人工智能在电力系统中的应用栏目主持文福拴教授、赵俊华教授、颜拥博士 • 上一篇下一篇

基于改进PageRank算法的电网关键节点辨识方法

姜盛波1，杨军1，吴赋章1，谭本东1，谢培元2，李军2

1.武汉大学电气与自动化学院，武汉市 430072；2.国网湖南省电力有限公司，长沙市 410000

出版日期:2018-11-01
作者简介:姜盛波（1994），男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统运行与控制；杨军（1977），男，博士，教授，通信作者，主要从事电力系统运行与控制、继电保护和智能电网等方面的研究工作；吴赋章（1992），男，博士研究生，主要研究方向为电网安全分析和电动汽车优化调度；谭本东（1994），男，硕士研究生，主要研究方向为机器学习在电力系统中的应用；谢培元（1975），男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向为电网调度与运行；李军（1970），男，学士，高级工程师，主要研究方向为电网调度与运行。
基金资助:
国家自然科学基金项目（50707021）

Identification of Critical Node in Power Gird Based on Modified PageRank Algorithm

JIANG Shengbo1， YANG Jun1，WU Fuzhang1，TAN Bendong1，XIE Peiyuan2， LI Jun2

1. School of Electrical Engineering and Automation， Wuhan University， Wuhan 430072， China；2. State Grid Hunan Electric Power Co.， Ltd.， Changsha 410000， China

Online:2018-11-01
Supported by:
This work is supported by National Natural Science Foundation of China（No.50707021）.

摘要/Abstract

摘要： 考虑电网和互联网具有相似的复杂网络特性，该文提出一种基于改进PageRank算法的大电网关键节点辨识方法。首先，以电网拓扑和潮流方向为基础，构建原始电网Google矩阵；然后，考虑节点类型在负荷供电和功率传输中的不同贡献，对原始Google矩阵进行修正以得到衍生矩阵；最后，考虑节点失效对系统功率波动和电压偏移的影响，融入电网安全因素，基于PageRank算法对节点重要度进行排序，辨识出影响负荷供电和系统安全的关键节点。以IEEE 39节点系统为例进行仿真，通过模拟对节点的蓄意攻击，并与其他方法进行比较，验证了所提方法的有效性。

关键词: PageRank算法, 关键节点, 负荷供电, 电网安全

Abstract: Due to the similar characteristics of complex network between power grid and the Internet， this paper proposes an identifying method based on a modified PageRank algorithm for critical nodes in large power grid. Firstly， the original Google matrix of power grid is constructed on the basis of the grid topology and power flow direction. Secondly， the contribution of different node types to load supply and power transmission is considered to modify the Google matrix and the deprived matrix is obtained. Then， the influence of node failure on power fluctuation and voltage deviation is integrated as grid security factors. Finally， the PageRank algorithm is used to rank the nodes by their importance and identify the critical nodes which may affect load supply and system security. Taking the IEEE 39-node system as an example， the effectiveness of the proposed method is verified by the simulation of intentional attacks on critical nodes and the comparison with other methods.

Key words: PageRank algorithm, critical nodes, load supply, grid security

中图分类号:

TM 76

姜盛波，杨军，吴赋章，谭本东，谢培元，李军. 基于改进PageRank算法的电网关键节点辨识方法[J]. 电力建设, 2018, 39(11): 34-41.

JIANG Shengbo， YANG Jun，WU Fuzhang，TAN Bendong，XIE Peiyuan， LI Jun. Identification of Critical Node in Power Gird Based on Modified PageRank Algorithm[J]. Electric Power Construction, 2018, 39(11): 34-41.

参考文献

［1］汤涌，卜广全，易俊. 印度“7.30”、“7.31”大停电事故分析及启示［J］. 中国电机工程学报， 2012， 32（25）： 167-174.
TANG Yong， BU Guangquan， YI Jun. Analysis and lessons of the blackout in Indian power grid on July 30 and 31， 2012［J］. Proceedings of the CSEE， 2012， 32（25）： 167-174.
［2］林伟芳，孙华东，汤涌，等. 巴西“11·10”大停电事故分析及启示［J］. 电力系统自动化， 2010， 34（7）： 1-5.
LIN Weifang， SUN Huadong， TANG Yong， et al. Analysis and lessons of the blackout in Brazil power grid on November 10， 2009［J］. Automation of Electric Power Systems， 2010， 34（7）： 1-5.
［3］陈晓刚，孙可，曹一家. 基于复杂网络理论的大电网结构脆弱性分析［J］. 电工技术学报， 2007， 22（10）： 138-144.
CHEN Xiaogang， SUN Ke， CAO Yijia. Structural vulnerability analysis of large power grid based on complex network theory［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2007， 22（10）： 138-144.
［4］ALBERT R， ALBERT I， NAKARADO G L. Structural vulnerability of the North American power grid［J］. Physical Review E Statistical Nonlinear & Soft Matter Physics， 2004， 69（2）：1-10.
［5］张国华，张建华，杨京燕，等. 基于有向权重图和复杂网络理论的大型电力系统脆弱性评估［J］. 电力自动化设备， 2009， 29（4）：21-26.
ZHANG Guohua， ZHANG Jianhua， YANG Jingyan， et al. Vulnerability assessment of bulk power grid based on weighted directional graph and complex network theory［J］. Electric Power Automation Equipment， 2009， 29（4）： 21-26.
［6］谭玉东，李欣然，蔡晔，等. 基于电气距离的复杂电网关键节点识别［J］. 中国电机工程学报， 2014， 34（1）： 146-152.
TAN Yudong， LI Xinran， CAI Ye， et al. Critical node identification for complex power grid based on electrical distance［J］. Proceedings of the CSEE， 2014， 34（1）： 146-152.
［7］徐岩，郅静. 基于改进节点电气介数的电网关键节点辨识［J］. 电力系统及其自动化学报， 2017， 29（9）： 107-113.
XU Yan， ZHI Jing. Identification of key nodes in power grid based on improved node electricbetweenness［J］. Proceedings of the CSU-EPSA， 2017， 29（9）： 107-113.
［8］林鸿基，赵昱宣，林冠强，等. 基于改进节点重要度贡献矩阵的电网关键节点识别［J］. 电力建设， 2017， 38（10）： 62-68.
LIN Hongji， ZHAO Yuxuan， LIN Guanqiang， et al. Critical node identification in power systems based on improved node importance contribution matrix［J］. Electric Power Construction， 2017， 38（10）： 62-68.
［9］朱国威，王先培，贺瑞娟，等.基于重要度评价矩阵的电网关键节点辨识［J］. 高电压技术， 2016， 42（10）： 3347-3353.
ZHU Guowei， WANG Xianpei， HE Ruijuan， et al. Identification of vital node in power grid based on importance evaluation matrix［J］. High Voltage Engineering， 2016， 42（10）： 3347-3353.
［10］王炫丹，李华强，廖烽然，等. 基于电压抗干扰因子与综合影响因子的电网关键节点辨识［J］. 电力自动化设备， 2018， 38（4）： 82-88，125.
WANG Xuandan， LI Huaqiang， LIAO Fengran， et al. Critical node identification of power grid based on voltage anti-interference factors and comprehensive influence factors［J］. Electric Power Automation Equipment， 2018， 38（4）： 82-88，125.
［11］李勇，刘俊勇，刘晓宇，等. 基于潮流熵的电网连锁故障传播元件的脆弱性评估［J］. 电力系统自动化， 2012， 36（19）： 11-16.
LI Yong， LIU Junying， LIU Xiaoyu， et al. Vulnerability assessment in power grid cascading failures based on entropy of power flow［J］. Automation of Electric Power Systems， 2012， 36（19）： 11-16.
［12］王涛，岳贤龙，顾雪平，等.基于奇异值熵和潮流分布熵的电网关键节点辨识［J］. 电力自动化设备， 2016， 36（4）： 46-53.
WANG Tao， YUE Xianlong， GU Xueping， et al. Power grid critical node identification based on singular value entropy and power flow distribution entropy［J］. Electric Power Automation Equipment， 2016， 36（4）： 46-53.
［13］马志远，刘锋，沈沉，等. 基于PageRank改进算法的电网脆弱线路快速辨识（一）：理论基础［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（23）： 6363-6370，6601.
MA Zhiyuan， LIU Feng， SHEN Chen， et al. Rapid identification of vulnerable lines in power grid using modified PageRank algorithm-Part Ⅰ： Theoretical foundation［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（23）： 6363-6370，6601.
［14］马志远，刘锋，沈沉，等. 基于PageRank改进算法的电网脆弱线路快速辨识（二）：影响因素分析［J］. 中国电机工程学报， 2017， 37（1）： 36-45.
MA Zhiyuan， LIU Feng， SHEN Chen， et al. Rapid identification of vulnerable lines in power grid using modified PageRank algorithm-Part Ⅱ： Factors affecting identification results［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（1）： 36-45.
［15］LI C B， LIU W C， CAO Y J， et al. Method for evaluating the importance of power grid nodes based on PageRank algorithm［J］. IET Generation Transmission & Distribution， 2014， 8（11）： 1843-1847.
［16］黄德才，戚华春. PageRank算法研究［J］. 计算机工程， 2006， 32（4）： 145-146，162.
HUANG Decai， QI Huachun. PageRank algorithm research［J］. Computer Engineering， 2006， 32（4）： 145-146，162.
［17］WATTS D J， STROGATZ S H. Collective dynamics of ‘small-world’ networks［J］. Nature， 1998， 393： 440-442.
［18］姜雅文. 网络空间用户行为的复杂网络特性研究［J］. 中国电子科学研究院学报， 2017， 12（5）： 452-457.
JIANG Yawen. Study on the characteristics of complex networks in network user behavior［J］. Journal of China Academy of Electronics & Information Technology， 2017， 12（5）： 452-457.
［19］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.

[1]	朱炳铨1，倪秋龙1，项中明1，徐立中1，曹煜2，郭创新2 . 电网调度运行全过程风险跟踪与动态调控技术 [J]. 电力建设, 2018, 39(2): 36-.
[2]	林鸿基，赵昱宣，林冠强，李惠松，莫天文，叶晓君，林振智. 基于改进节点重要度贡献矩阵的电网关键节点识别[J]. 电力建设, 2017, 38(10): 62-.
[3]	黄文英，邓兆云，邓勇，何光宇，陈睿，刘铠诚. 输电网安全性需求评估指标集的构建[J]. 电力建设, 2014, 35(8): 12-17.
[4]	李倩彭勇. 高压直流集中控制中心建设方案比较[J]. 电力建设, 2011, 32(4): 47-50.
[5]	印永华,郭强,张运洲,吕健,葛旭波,吴云,刘志铎,邬炜 . 特高压同步电网构建方案论证及安全性分析[J]. 电力建设, 2007, 28(2): 0-0.
[6]	孙昕,刘泽洪,印永华,郭强,吴云,佟明冬,张运洲,韩丰 . 中国特高压同步电网的构建以及经济性和安全性分析[J]. 电力建设, 2007, 28(10): 7-11.
[7]	李星梅,乞建勋,杨尚东 . 基于CC/BM电网设施检修流程优化模型研究与应用[J]. 电力建设, 2006, 27(4): 43-0.
[8]	黄群 . 零点开关及其在电网中的应用[J]. 电力建设, 2005, 26(7): 30-0.

基于改进PageRank算法的电网关键节点辨识方法

Identification of Critical Node in Power Gird Based on Modified PageRank Algorithm

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