隐性故障对小世界电网连锁故障的影响分析

为了研究复杂电网连锁故障的传播机理,文中在综合考虑电力系统中过负载故障和隐性故障的基础上,构建了一种基于复杂网络理论的电力系统隐性连锁故障概率模型。该模型假设过负载邻接节点中负载率变化最大的节点和每轮连锁故障中负载波动最大的节点均为隐性故障可能发生节点。将该模型在IEEE 300节点网络和Watts-Strogatz网络上进行仿真,仿真结果表明:电力系统隐性故障加剧了故障的传播范围,并且故障传播的范围将随着Watts-Strogatz网络边重连概率的增大而显著增大。最后,指出减小隐性故障的误动概率、降低小世界电网的随机连边概率、防止电网向随机网络演化,是抑制隐性故障在连锁故障中传播、提高电力系统安全性的有效途径。     

考虑路由策略的电力CPS连锁故障建模及分析

电力CPS的快速发展,对信息网提出了更高的要求,传统电力系统分析方法更多关注孤立的电力网或信息网,缺乏对电力CPS耦合特性的完整认识。为研究信息网对电力CPS连锁故障的影响,首先提出了一种改进的拥塞感知路由算法,以研究不同路由策略对信息网传输效率的影响;然后提出了考虑信息网路由策略的电力CPS连锁故障模型;最后基于所提模型研究了路由策略及路由策略相关参数对电力CPS连锁故障的影响。仿真结果发现,所提改进路由策略可有效减小电力CPS连锁故障发生概率,提高电力系统鲁棒性。     

基于SDN的动态优化路由策略在信息物理融合电力系统连锁故障中的研究与应用

信息物理融合电力系统连锁故障中,信息层延时对故障的发展起到推波助澜的作用。为了降低系统故障风险,有必要在故障环境下分析降低延时的方法及其影响。为了缓解信息层信息传输延时和拥塞,首先将软件定义网络(soft defined networks,SDN)的构架引入信息物理融合电力系统信息层,提出基于SDN的信息层动态优化路由策略。进而对比了小世界信息层网络和无标度信息层网络下,采用静态路由策略和SDN动态优化路由策略时的传输延时和节点拥堵情况。最后,回到信息物理融合电力系统连锁故障模拟场景,对比讨论了两种路由策略对不同规模连锁故障发展的影响。在小世界信息层网络和无标度信息层网络中,采用SDN动态优化路由策略平衡了不同节点的排队压力,缓解了拥堵程度,降低了最长信息传输延时和平均信息传输延时。连锁故障模拟表明,信息层动态优化路由策略提高了故障中物理电网安全控制的准确性且降低了连锁故障风险。     

智能电网中交互级联故障传播的影响因素分析

级联故障是导致智能电网大停电事故的重要诱因。由于智能电网是物理连续的电力系统和数字离散的通信网络的相依网络,不仅继承了电力系统的自组织临界性,还受到网络攻击威胁。以复杂网络理论为基础,构建了基于节点攻击的级联故障模型,其中级联故障在2个网络之间交互传播,遵循马尔科夫过程。此外,基于智能电网的系统特性约束,提出一个结合电力潮流容量和通信能力容量的系统容量模型,并结合电力系统孤岛运行特性指标,研究多种因素对相依网络级联过程的影响。仿真结果表明,多种因素对相依网络的鲁棒性和生存性产生不同程度的影响,据此可以为制定减缓智能电网级联故障的策略提供参考。     

自动控制电力网络中路由节点故障检测方法研究

电力网络系统处于复杂的工作环境中,控制参数复杂和不确定,导致路由节点的故障频发,需要进行更有效的电力网络系统的路由节点故障检测,提高电力网络的生命周期和自动控制性能。传统的电力网络路由节点故障检测方法采用离谱加权的网络故障信源分析方法,通过对电力网络的信源阵列信号慢变幅度估计,实现故障节点检测,但由于电力节点收发数据产生的阵列信源特征的不稳定性,导致电力网络自动控制性能不好,节点故障检测性能降低。提出一种基于路由节点故障源慢变幅度估计的自动控制电力网络中的路由节点故障检测算法。进行自动控制电力网络的阵列分布模型和故障信号特征模型构建,采用MUSIC方法估计电力网络路由故障信号的方位信息,基于路由节点故障源慢变幅度估计,直接获取信源二维参数,实现故障检测。仿真实验表明,该方法能有效实现对电力网络的路由节点故障检测,提高故障检测准确率,实现对电力网络的路由故障节点的准确定位,故障诊断自动控制性能较好。     

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。     

基于马尔可夫过程的电力系统连锁故障解析模型及概率计算方法

提出一种基于马尔可夫过程的电力系统连锁故障解析模型及概率计算方法,该方法区分电力系统不同元件物理特性,结合系统元件所在电力系统状态信息,分析元件停运概率。在元件停运模型基础之上,考虑连锁故障演化过程中故障事件间的相关性,以及故障序列对故障概率、故障后果的影响,通过马尔可夫过程描述连锁故障转移过程,搜索系统在不同初始故障条件下的连锁故障事件,生成电力系统连锁故障全系统状态空间;与此同时,分析系统不同状态下的转移过程,通过相关元件停运模型分析系统转移概率,计算得到不同规模连锁故障的概率。最后,在RTS79系统中验证此方法,结果表明该方法可发现系统在不同初始故障下的连锁故障事件,并计算连锁故障概率,发现系统中的关键元件,以便基于此提出相应的系统改进措施,预防连锁故障发生,降低系统风险,提高电力系统供电能力。     

计及统一潮流控制器的电力系统双层协调弹性调度

极端天气造成的故障会引发潮流转移,触发连锁故障,从而增加了大规模停电事故发生的概率。高比例电力电子设备接入电网的趋势增加了电网调度的灵活性。因此,提出计及统一潮流控制器的电力系统双层协调弹性调度策略。采用随机场景生成的方法模拟极端天气事件;通过潮流熵定量描述极端天气下潮流分布的不均衡性,以表征发生连锁故障的风险;将弹性调度代价最低和潮流熵最低分别作为上下层模型的目标函数,同时基于统一潮流控制器的调节潮流特性,构建双层弹性调度模型;基于KKT条件和对偶原则,将原双层调度模型转化为单层混合整数线性优化模型进行求解,并通过装有统一潮流控制器的IEEE 39和IEEE118节点系统进行算例仿真,验证了所提模型在降低大规模停电事故概率和提升系统弹性方面的有效性。     

基于有权网络模型的电力网节点重要度评估

电力网络中的某些重要节点对连锁故障的发生有着重要的影响。文中应用复杂网络理论,综合考虑节点在网络拓扑结构中的分布特性以及电网的电气特性,选取输电线路的电抗值作为权值参数,建立了电力网络的有权网络模型;提出了基于有权网络模型的电力网带权重的网络凝聚度及节点重要度评估指标;并以EPRI 36节点系统为例进行了暂态稳定时域仿真实验,仿真结果表明了该方法的有效性。