电力系统连锁故障分析理论与应用(一)--相关理论方法与应用

电网互联规模的扩大在提升供电能力与经济效益的同时也一定程度上增加了连锁故障风险,近年因故障扩散导致的大规模停电时有发生,详细整理电力系统连锁故障分析理论及其功能特点与适用场景,是一项十分有意义的工作.经过多年发展,在此研究领域已出现了一系列兼具理论性与实用性的理论模型与分析方法.从连锁故障过程的普遍特点入手,深入分析其物理特征、内外因素与关键信息,并在归纳主要技术难点基础上,针对电力系统连锁故障现有分析方法的理论要点及其适用性进行完整的比对性研究,以期为后续研究提供详细的理论背景分析.进一步介绍了国外电力系统已实用化的若干连锁故障计算分析软件及其算法要点,为开发符合我国电网运行特点的相关高级应用提供启示.     

电力系统连锁故障分析理论与应用（二）——关键特征与研究启示

研究大停电中连锁故障的关键演变特征有利于辅助理解电力系统故障级联传播现象,总结实际系统行为特点。在前文相关理论方法与应用评述基础上,选取近年来国内外影响较大的8次大停电实例,对其关键特征进行了细致剖析,详细分析并阐述了大停电前期连锁故障的演变过程、临界事件、主导模式与基本共性,对照连锁故障实际过程进一步说明了现有理论实用性不佳、对所涉因素及系统行为考虑过于简化等弱点。此外,针对新的WAMS、灾害监测等信息化系统发展,从电网脆弱性深度分析、故障在线诊断与智能告警、设备状态监测与建模等角度提出研究展望,讨论了未来一段时期内电力系统连锁故障分析技术的发展方向。     

大电网安全性评估的系统复杂性理论研究

在简述电力系统复杂性的基础上,介绍了系统复杂性理论在电力系统中的应用以及研究概况,包括电力系统的自组织临界性、电力系统连锁故障模型和复杂电力网络的结构脆弱性和连锁故障演化等,进一步指出电力系统复杂性理论的研究可能为探索互联电力网络的安全性和可靠性提供一个新的方向。     

复杂网络理论在电力CPS连锁故障研究中的应用综述

历次大停电事故表明,电网中单一元件故障是导致电力信息物理系统(cyber physical system,CPS)连锁故障的主要原因。因此,探寻电力系统信息网与电力网的交互机理,建立电力CPS耦合网络模型、研究电力CPS连锁故障传播及演化过程,对保障电力系统安全和稳定运行具有重要的理论现实意义。文章首先从电力CPS建模、仿真、蓄意攻击及安全分析方法 4个方面梳理了电力CPS研究现状;然后从影响电力CPS连锁故障建模分析的4个方面,重点综述了复杂网络理论在电力CPS连锁故障研究中的应用,并分析了已有研究成果的优点和不足;最后,结合电力系统发展需求,指出了相关研究课题及研究方向。     

复杂网络理论及其在电力系统中的应用研究综述

因连锁故障引发的大电网停电事故凸显了大型电力系统的脆弱性。传统方法难以有效解释类似事故的发生机制,复杂网络理论研究的不断深入和广泛应用为此提供了新的理论工具。首先简介了复杂网络理论及其基本概念,其次探讨了用以解释电网连锁故障发生机制和结构脆弱性的理论基础,并详细阐述了复杂网络理论在电力系统拓扑结构建模、连锁故障模型研究、电网脆弱性分析以及电网关键支路和节点识别等方面的研究进展和应用情况,最后对未来的研究方向做出了展望。     

电力系统连锁故障研究综述

大停电事故的发生、发展过程通常表现为连锁故障,如何应对灾难性连锁故障、提高电力系统可靠性是目前电力系统运行与发展的主要任务之一。分析多重故障、相继故障和连锁故障的特点关系,对连锁故障进行定义。分析连锁故障的主导模式及其特点,包括过载主导型、配合主导型和结构主导型,并将大停电事故按照连锁故障机理进行分类。总结归纳连锁故障模型和控制的研究现状,提出电力系统在连锁故障仿真、连锁故障预测和连锁故障控制方面需要进一步突破的关键技术问题。     

复杂系统理论在电力系统中的应用研究展望

国内外电网在过去十多年来曾发生多次由连锁故障导致的大停电事故,引起人们对电网安全的高度重视,促使人们深入研究连锁故障传播机理。近年来,关于复杂系统理论,特别是复杂网络理论的研究取得了重要进展。应用复杂系统理论为分析和研究大停电和连锁故障传播机理提供了一种新的视角,有助于从整体上掌握电力网络的复杂性,并讨论相应的动力学特性。主要从复杂网络、自组织临界性以及电网与通信网络的耦合关系这3个方面对近年来电力系统连锁故障建模以及电网脆弱性分析方面的研究进行综述,并展望相关重要研究课题与方向。     

电网大停电自组织临界性的概率统计分析法

针对复杂电力系统的自组织临界性特点,基于概率统计基本理论,利用极值分布的最大吸引场定理提出一种分析电网连锁故障大停电事故的有效方法。首先给出了衡量连锁故障大停电事故规模的指标及其选择依据和计算方法;然后通过定义连锁故障的分布函数计算出连锁故障发生的规模和概率。文章指出电网连锁大停电事故的发生与所研究的时间范围和故障规模有关,因此可以根据研究年限和故障规模来预测连锁故障发生的频率。对华北电网连锁故障大停电事故的历史数据进行了分析计算,结果表明了本文方法的有效性。     

基于实时运行条件的电力系统连锁故障风险性评估

电力系统中的连锁故障是一种发生概率低但后果严重的事故,严重的连锁故障可能导致大面积停电甚至整个系统崩溃.基于风险理论提出了一种复杂电力系统连锁故障的风险评估方法,该算法根据线路潮流实时运行条件来确定引发大停电初始故障的概率,然后根据系统运行状况基于层次分析法和灰色关联度的分析方法模拟连锁故障的一般发展过程,将事故发生的...     

电力系统复杂性及其相关问题研究

首先从存在意义和演化意义角度对电力系统的复杂性及其研究概况进行了介绍,并指出了电力系统存在复杂性和演化复杂性之间的关系。电力系统存在意义上的复杂性包括多层次与相互关联性、非线性动态性、随机性、实时性、社会经济性和开放性等。电力系统演化意义上的复杂性包括自组织特征、协同学特征、突变性和分维分形特性等。然后提出了电力系统复杂性研究的理论框架,该框架包括电力系统复杂性的概念及其综合分析方法与体系的研究、电力系统的自组织临界性研究、电力网络特性的研究、基于复杂性理论的电力系统连锁故障的仿真及预测方法研究和电力系统复杂性的综合集成技术研究等内容。最后,指出了与电力系统复杂性相关的重要研究课题以及未来的研究方向。     

停运模型与事件树理论在电力系统脆性风险评估中的应用

阐述了电网因连锁性故障发生大停电事故的原因.基于停运模型及事件树理论对系统连锁故障进行了脆性分析;给出了风险评估流程,并结合实例验证了该方法的可行性.所以,系统的脆性风险分析,可以确定重点高风险元件,通过对高风险元件的监测、控制,防止系统连锁性故障的发生,以保证电力系统安全、可靠地运行.     

电网连锁故障的概率分析模型及风险评估

按照连锁故障发生、发展的物理过程,并结合各个阶段事件的概率特点,建立了一种电网连锁故障的概率分析方法,对连锁故障的各个环节进行了详细的概率描述。通过对连锁故障过程的模拟,用节点电压越限、出现孤立负荷等指标对连锁故障进行风险评估,找到系统的薄弱环节。采用根据以上理论编写的电力系统连锁故障模拟及风险评估软件,对IEEE 39节点系统进行了算例演示,进一步说明了所提概率分析模型和风险评估方法的合理性。     

复杂电网连锁故障模型评述

在复杂电网中,由微小扰动触发的电力系统连锁故障会导致电网大面积崩溃的灾难性后果,对连锁故障的理论建模是研究复杂网络连锁故障的基础和关键.文章在探讨电网连锁故障机理的基础上,分别从电力系统角度和复杂网络理论角度介绍和评述了已有电网连锁故障模型,分析了预防和控制连锁故障的几种可行方法,指出在进行连锁故障的预防分析时,对网络脆弱性的分析与评估是关键,而对故障传播的控制,多智能体系统可能是一条有效途径;并指出了今后值得注意的几个研究方向.     

保护系统对电网连锁故障发展影响仿真分析

针对电力系统仿真模型难以准确模拟实际电网连锁故障发生过程中保护动作特性的问题,建立较为详细的保护模型。以电力系统保护为主要研究对象,基于PSASP用户自定义模块搭建保护模型,并应用于连锁故障的仿真。仿真模拟了保护的不同动作特性对连锁故障发展的影响,实现了连锁故障的仿真分析。仿真算例证实了该模型的有效性及合理性。     

基于遗传算法的连锁故障快速模拟及应用

目前,中国电网已进入跨大区互联,超、特高压交直流混合输电的快速发展时期,电网复杂程度急剧增加,发生连锁故障以致引发大面积停电事故的风险逐渐增加。文中在现有连锁故障算法研究的基础上,提出一种基于遗传算法的连锁故障快速模拟算法。该算法应用遗传算法理论,考虑系统运行条件影响,通过模拟基于自然选择的生物进化过程,搜索电力系统连锁故障风险较大的路径,模拟系统在不同初始状态下的可能连锁故障。实际算例表明,该算法可快速模拟电力系统连锁故障,发现系统薄弱环节并发出故障预警,从而进一步为连锁故障阻断对策制定及电网调度提供辅助支持。     

基于继电保护UD建模的连锁故障仿真分析

针对电力保护和控制系统模型难以准确体现继电保护动作逻辑而导致模拟连锁故障困难的问题,阐述了基于继电保护和安自装置UD建模的连锁故障仿真分析方法,建立了继电保护和安自装置模型,在PSASP中进行了连锁故障仿真计算.仿真实例分析结果表明,基于继电保护UD建模的连锁故障仿真分析方法能够真实反映继电保护动作逻辑和电力系统全过程...     

输电线路开断状态信息传输失真对连锁故障的影响

关于电力系统连锁故障的传统研究很少考虑信息网络对连锁故障的影响。文中以新英格兰39节点系统为例,在直流潮流的隐性故障模型下,研究了电力信息网络节点故障对电力系统连锁故障的影响,并提出了对连锁故障和大停电产生重要影响的关键信息节点的辨识指标。该指标可有效地辨识出在不同状态下对电力系统大停电产生重要影响的信息节点。仿真结果表明,信息系统的故障对电力系统连锁故障起到了推波助澜的作用,且信息网络的高度数和高介数节点并不是对连锁故障传播产生重要影响的关键信息节点。信息节点对应的电力线路的物理特征与信息节点在自身网络中的拓扑特征相比,前者更能表征信息节点在电力系统连锁故障中的重要性。     

基于隐性故障模型和风险理论的关键线路辨识

在大规模电网中，由简单故障触发的电力系统连锁故障常常会引起大停电的灾难性后果。为了研究复杂电网连锁故障的传播机理，同时找出对连锁故障产生重要影响的关键线路，文中基于模拟连锁故障的隐性故障模型和风险理论，提出了复杂电力系统的线路故障风险评估方法，并辨识出了对系统大停电产生重要影响的一系列关键线路。模型考虑了线路过负荷保护、隐性故障、控制策略及系统运行等参数，对IEEE118节点系统仿真结果表明，在重负荷状态运行下只对辨识出的少量关键线路加以改善，就可以使系统停电概率大幅减小，特别是大停电概率；在临界状态运行下改善少量关键线路，则可以使系统脱离临界状态，避免大停电发生。     

基于自组织临界理论的南方电网停电事故宏观规律研究

采用自组织临界理论研究了中国南方电网发生事故的宏观规律,初步证明中国南方电网具有自组织临界性(SOC)的一些重要性质。一方面,利用变尺度(R/S)分析方法对比分析了北美和中国南方电网的事故符合幂次定律及其发展趋势,同时表明Hurst指数代表的事故发展趋势符合2个电网的实际情况;另一方面,以海南电网为研究对象,建立了模拟电力系统连锁故障的最优潮流方法(OPA)模型,并进行了数值模拟研究,揭示了其SOC特征。     

考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障评估

天然气机组的大规模引入使得电力系统和天然气系统耦合更为紧密,这也导致天然气系统运行方式会对电力系统的安全可靠运行带来重大影响。现阶段对电力系统连锁故障发生机理和模型构建等内容的研究已经开展较多。然而,传统的电力系统连锁故障研究仍集中于电力系统侧,忽略了与天然气系统耦合的因素。电-气耦合的背景下,天然气系统中发生的随机故障会导致天然气机组的输出功率减少,进而可能加剧电力系统的连锁故障。为此,提出了考虑天然气系统随机故障影响的电力系统连锁故障模型,将随机故障下天然气系统对电力系统的影响转换为天然气机组输出功率的变化,而后将其作为约束条件耦合到电力系统连锁故障模型中,以此来评估天然气系统随机故障对电力系统连锁故障的影响。最后,引入IEEE30节点和比利时20节点天然气系统组成的测试系统验证模型的有效性。