电力基础设施社会网络论文范文

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1研究框架

1.1技术路线万州城区电力基础设施网络的健康评价分三个步骤.第一步,运用社会网络分析原理,构建现状和规划两个网络.第二步,根据电力基础设施健康运行的要求和社会网络分析方法的计算模型,建立计算指标和评价模型.第三步,计算两个网络拓扑结构的相关指标,对比分析计算数据,得出结论,提出电力基础设施规划网络的优化策略.

1.2研究方法及网络构建社会网络分析方法发源于计量社会学,用于研究社会活动中不同行动者的相互关系.其基本原理是将行动者作为“点”,行动者之间的关系作为“线”,从而构建一张行动者“网络”.由于其原理清晰,操作简单,目前在城乡管理结构、产业集群结构、区域经济结构、社区社群网络及工业园区结构等领域均有运用.在万州城区电力基础设施中,各级变电站及其他线路节点被认为是“点”,“点”之间的连接关系即为“线”,“线”在一定程度上反应的是线路设施.“点”之间存在连接关系计为“1”,不存在连接关系计为“0”,并通过社会网络分析软件Ucinet构建了现状与规划两张空间拓扑网络关系图(图5和6).社会网络分析模型与传统线路接线图(图2和3)具有一定的相似性,均能清晰地表达出设施网络中电器元件的位置、配线方式和接线方式,但社会网络分析方法能够更为直观的表达出基础设施网络整体的拓扑关系,涵盖网络整体结构及单个设施的网络特性评价.相比于国内外电力网络研究中常用的网络图模型、Agent模型、物理模型、系统动力学模型或投入产出模型等传统分析方法,社会网络分析方法擅长于网络个体间关联关系的分析,即能表达网络结构的整体特征,也能反映个体在整体的位置,以及描述整体对个体的影响程度.弥补了传统分析方法缺乏网络间关联关系分析能力的不足.对电力等工程型基础设施网络的健康评估、规划布局等问题,更有针对性.另外,社会网络分析方法的技术过程更简单,研究结论也更简明.

1.3评价模型与指标通常,工程型基础设施网络的健康程度取决于网络自身的拓扑结构合理性和运行状态的效率与稳定.万州城区电力网络的建设与运行数据表明,影响网络结构的健康因素有网络完备度和凝聚度、网络层级关联度、局部稳定成份比例以及网络节点脆弱性等4个方面.网络健康运行则应该维持荷载在整个网络中的均衡分布,避免容载比过高.社会网络分析方法中的密度、凝聚子群、K-核、Lambda集合、切点和中心度等计算模型可以对这些指标予以对应的定量计算.由此,建立健康评价模型和指标。

2计算过程

2.1网络拓扑结构评价1)网络整体完备度网络密度公式可以测定网络整体完备程度,计算公式。P为网络密度,L为网络中实际存在的连接数,n为网络中实际存在的节点数.现状电网整体完备度为0.0493,凝聚力系数为0.308,节点间平均距离为4.038.规划电网整体完备度为0.0271,凝聚力系数为0.277,节点间平均距离为4.245.由此,现状电力网络的整体完备度及凝聚力系数均小于规划,节点间平均距离大于规划,说明现状电力网络的完备度优于规划(图5和6).2)网络局部稳定度“K-核”(K=1,2,3…)是建立在点度数上的凝聚子群概念,表达一个子图中的全部点至少与其他子图中的“K”个他点相连.由此,“K”值越高、“K-核”占比越高,则该网络的局部稳定成分越多,网络整体也就越稳定.现状电网中,“2-核”共有19个,占网络整体的35.85%,其中变电站节点9个,线路节点10个.规划电网中,“2-核”共有58个,占网络整体的59.79%,其中变电站节点35个,线路节点28个.规划电网的“2-核”成分明显高于现状,局部稳定性有较大提升(图7和8).同时发现,变电站A17在现状与规划电网中都不是“2-核”成分,急需提高其稳定性.3)网络层级边关联度“Lambda集合”是网络整体结构稳定性的评价因子,通过网络中某2个点的“边关联度”指数给出定量测量.边关联度指数可标记为s(i,j),等于为了使得这2个点之间不存在任何路径,必须从图中去掉的线的最小数目,该值越大二者之间的关系越稳健.由Ucinet软件计算可知,现状电网有1,2,3,4和5等五个级别,边关联比例分别为100%,50.94%,33.96%,11.32%,3.77%;规划电网有13个级别,边关联比例分别是100%,73.20%,54.64%,37.11%,27.83%,20.62%,11.34%,8.25%,6.19%,5.15%,4.12%,3.09%及2.06%.对比发现,现状电网50.94%的边关联分布在“2”以下,规划电网54.64%的边关联分布在“4”以下.由此,规划电网的边关联度指数(s)更高,整体稳定性优于现状(图9和10).4)网络节点脆弱性“切点”是网络中联系的关键节点.一旦去掉,网络将分离成多个独立的部分.分析切点在整个网络的占比,可衡量网络的节点脆弱程度.计算可知,现状电网中“切点”占比为30.19%,规划电网为25.77%.两者在节点脆弱性上的差异性不明显(图11和12).

2.2网络运行状态评价为避免网络局部出现过载,需要使直接荷载与过境荷载两种不同类型的电力荷载在网络中处于均衡分布的状态,需要对网络运行中上述两种荷载的分布情况进行评估.1)直接荷载均衡度①节点荷载压力度数中心度用来衡量单个点在网络中占据的核心性,该值越高越处于网络的中心位置,往往也意味着更大的荷载压力.度数中心度可以分为两类:绝对中心度与相对中心度,前者根据与节点直接相连的节点数目,测量出来的中心度可称为“局部中心度(localcentrality)”,后者是前者的标准化,适用于对不同规模的网络进行横向比较,本研究选择相对中心度作为衡量节点荷载压力的指标.公式为Dss(n1),(2)式中,Ds为相对度数中心度,s为与某一节点直接相连的对象数,n为节点数.计算可知,现状电网A19(500kV),A11(220kV)的相对中心度最高,其值分别为0.19和0.17;其次110kV变电站节点A1,A9,A13,A12,A7及线路节点a29,其值分别为0.11,0.09,0.09,0.09,0.09和0.09.上述节点相对其他节点而言,面临着更大的荷载压力.规划电网A19(500kV)的相对中心度最高,其值为0.22;其次A11(220kV),A1(110kV),A9(110kV),B12(220kV),B33(220kV),A13(110kV)和A12(220kV),其值分别为0.15,0.13,0.12,0.11,0.10,0.09和0.09(图13和14).分析得知,现状电网A11(220kV)有过载风险,虽然规划电网增加了2个220kV变电站(B12,B33),但并未降低现状A11的过载风险.②网络荷载压力“度数中心势”能评价网络的整体中心性,可评估网络运行中荷载的整体分布情况,防止网络出现局部失衡.2)过境荷载均衡度分析中间中心性测量的是一个点(线)在多大程度上位于图上其他点(线)的中间.在网络中,中间中心性高的点(线)需要承受更多的过境荷载压力,容易出现过载问题.中间中心性主要通过“中间中心势”和“度数相对中间中心度”予以测定.前者适用于评价网络整体,后者衡量单个节点的中间中心性.对比可见,规划电网中线路的中间中心度有所下降,过境荷载压力有所缓解.同时,可以看出现状电网中间中心度高的线路主要集中在A19(500kV)及A11(220kV)变电站,这在一定程度上也反应出了供电的层级关系,规划电网在增加了500kV变电站B17后这种情况并未得到改善,相反使得A11及A19周围过载线路更为密集,因此规划电网在进行与B17配套的线路设计时存在缺陷.

3结论与讨论

3.1研究结论上述计算可知,万州城区电力基础设施的规划网络整体上优于现状.首先,虽然现状电网在整体结构上比较完备与紧凑,但由于线路布置方式等原因,规划电网具备更高比例的局部稳定结构,电网的整体稳定性更强.其次,荷载在规划网络中的层级分布更加合理,尤其在220kV变电站层面上的荷载分布更加均衡.第三,过境荷载在规划电网的全网分布更加均衡,过境荷载过载现象在一定程度上有所降低.但是,规划电网仍然存在一些问题.首先,新增加的500kV变电站在网络中的作用并未得到充分体现,一定程度上存在使用浪费情况.其次,荷载在220kV变电站上分布有所改善,但是对于现状网络中220kV变电站的使用情况未产生改善作用,该部分变电站仍然存在一定程度上的浪费.第三,A19(500kV)等节点存在较大的过境荷载压力.第四,新建线路主要围绕着变电站A19(500kV)及A11(220kV)进行扩展,并未从整体全局出发考虑问题.第五,A17等变电站在网络中处于不稳定部分.针对以上问题,有必要从电网拓扑结构设计与工程加固等两个方面进行着手予以调整和改善.

3.2研究展望社会网络分析方法能够针对工程型基础设施的物质构成要素,挖掘要素个体间的关联关系,建立整体的网络拓扑结构,并就其稳定性和整体性能进行健康评价.社会网络分析不仅是一套针对关系或结构的分析技术,还是一种理论方法,有助于我们建立结构分析观点,探究隐藏在看似独立的事物表象之下的网络模式,从而寻找更为本质的客观规律.

作者：黄勇肖亮胡羽单位：重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆大学建筑城规学院