电网连锁故障发展过程及应对

2003年以来,美国-加拿大、俄罗斯、丹麦-瑞典、意大利等国电网相继发生了大停电事故。相关的事故统计数据和研究表明,电网连锁故障引起的大停电事故的概率并非人们以前所认为的那样小;且在触发故障之前,连锁故障是可以被终止的,而触发故障发生之后,事故进程将不可逆转。     

电网连锁故障的事故链模型

连锁故障是诱发电网大面积停电事故的主要原因之一.事故链可以恰当地表征连锁故障的特征.建立基于事故链的电网连锁故障模型,是实施连锁故障预测、预控的基础,对防止发生大停电事故具有重要意义.文中充分考虑连锁故障过程中的主要影响因素,利用现有PSASP等分析工具,建立用于监控的连锁故障的事故链模型.根据事故链与连锁故障的关系,提出将故障选择限制在供电路径上,从而有效降低了计算工作量;利用连锁故障的事故链模型,可以采用安全科学的相关方法实现连锁故障的监视和预控.对江西电网的实际应用表明,该方法对分析区域性大停电或电厂全停事故非常有效,并已在电网规划中得到应用.     

电网停电事故的自组织临界性及其极值分析

对复杂电力系统灾变以及电网发生连锁性大停电事故机理的研究表明，自组织临界性是电网停电事故的特征。极值理论主要以极值为研究对象，传统上被用来预测海啸、地震、洪水等自然灾害。文中将极值理论应用于电网停电事故的自组织临界性的研究中，在电网停电事故的标度一频度幂律分布特征下，证明了停电事故发生规模的极值分布为极限收敛于Ⅰ型渐近分布。利用计算公式以东北及西北电网的停电事故为例，进行了初步的计算分析。     

用复杂网络理论分析电网连锁性大停电事故机理

针对世界上连续发生的电网连锁性大停电事故,论述了长期以来采用的还原法的思想方法已不完全适应对电网整体动态特性的研究。简述了复杂网络的基本概念;综述了应用复杂网络理论,对美国和中国电网大停电事故的部分数据统计分析的结果。发现电力系统的无标度特性:大停电的规模与出现的概率具有幂律特征,而电网的自组织临界性是发生连锁性大停电事故的内在动力。提出建立实时动态的全国沙堆模型,为预测大停电事故提供实时信息和应用复杂网络的控制理论对电网关键节点进行保护和控制,以缓解大停电事故发生的设想。     

电网复杂性及大停电事故的可靠性研究

从电网连锁故障的近似整体模型的统计分析、动态特点和风险评估入手,探讨了近期关于电网复杂性和连锁故障机理的一些研究进展。众多学者对北美电力可靠性协会(NERC)提供的北美地区15年的事故数据进行分析,发现其事故概率和事故规模近似服从幂指数律,并具有集群特性。学者们提出了多种连锁故障模型来阐释连锁故障的机理。进一步研究发现,电网是一个具有自组织临界特性的网络,其网络演变特性必然导致系统趋向临界状态,而系统临界负荷状态下连锁大停电事故的风险大大增加。要削减和预防电网连锁故障的发生,就需要寻找降低系统风险的作用力, 并建立一个综合评估框架来进行分析和研究。     

传统交流电网与高比例新能源电网连锁故障差异性分析

新能源的强随机性、强不确定性及电力电子装备的弱抗扰动能力等特性使得高比例新能源电网的连锁故障演化过程更加复杂,现有基于传统交流电网而来的连锁故障相关理论与方法在高比例新能源电网中的适用性有待商榷.以美加大停电与英国"8.9"大停电事故作为切入点,从连锁演化主导推动因素、演化时间、事故发生概率、电气特性等方面分析传统交流电网与高比例新能源电网在连锁故障问题上的差异性,并基于IEEE39节点系统在PSD-BPA与MATLAB中展开算例分析.     

基于CCA分析法电网连锁故障分析

通过以往大停电事故分析不难发现,其事故本质为源故障发生后,后续局部调整失败导致的连锁故障传递使电网运行环境恶化,最终引发大停电事故。基于CCA(cause consequence analysis)分析方法,依据电网拓扑结构和控制设备基本特性对电网的连锁事故的原因以及控制失败后可能引发的后果进行了分析,对电网故障的动态传递过程给予了较为直观的揭示和说明,并利用该方法对2011年美墨大停电事故进行了实例事故分析,验证其适用性,为大停电事故分析提供借鉴。     

电力系统连锁反应事故机理的初步研究

近年来,全世界范围内发生了多次电力系统大停电事故,给社会经济带来了巨大损失。研究表明,大停电事故多是由连锁故障引起,且连锁故障的发展有一定的共性。本文基于对以往发生的各种事故的分析和总结,从寻找系统中重要断面及关键线路的角度出发,研究了导致发生电网连锁故障灾变的机理和对系统连锁故障的预防措施,为提高系统运行可靠性提供了参考。运用EUROSTAG软件在IEEE39节点系统中进行的仿真计算验证了本文的研究结论。     

用于预防控制的电力系统连锁故障事故链在线生成方法

为了预防大停电事故的发生,必须在事故前建立可用于大停电预防控制的连锁故障分析模型。因此基于安全科学的事故链分析模型,提出基于网络潮流的事故链中间环节预测指标,用以在线构建电力系统事故链,从而形成网络事故链表,在此基础上可以定量分析电网连锁故障。该事故链生成方法以系统失稳为目标,指标的计算简单方便,可用于连锁故障的在线分析,可以为电网连锁故障的风险评估和预防控制提供有力支持,IEEE39节点系统的仿真验证了该指标的有效性。     

基于事故链的电力系统连锁故障风险模糊综合评估方法

分析目前电力系统连锁故障方法研究的不足,从预防大停电事故的角度,提出基于事故链的电力系统连锁故障风险模糊综合评估方法。该方法根据安全科学中"事故链"的概念,建立连锁故障的事故链模型,根据事故链影响因素的量化评估值计算发生概率,并采用严重度指标从系统暂态安全的角度评估事故链的后果。应用模糊综合评估方法对事故链的风险进行评估和等级划分,并给出风险等级的释义和相应的预防控制指导方案。最后,以IEEE 39节点系统和某地区实际电网为例,从定量反映系统风险水平和为大停电事故的预防和控制提供决策依据方面,验证了该方法的有效性和实用性。     

复杂电力系统连锁故障的风险评估

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。文章提出了一种复杂电力系统连锁故障的风险评估方法,模拟连锁故障的一般发展过程,将事故发生概率及后果联系起来,提出了量化的风险指标,能发现系统运行中更深层次的问题,暴露安全隐患。以此为基础开发了基于风险理论的电力系统连锁故障风险评估软件,并以美国东北部 NPCC 48机测试系统为例验证了该方法的先进性和有效性。     

概率模型在停电事件预测中的应用研究

停电及连锁故障(cascading failure)是电网安全的重大威胁,严重影响工业生产与公众生活.针对停电事件预测中的困难,分析了概率模型在这一领域的应用场景.该模型包括了网络拓扑结构的导纳模型与各组件的故障概率模型.导纳模型提供了一种对于电网结构的简洁表示,可用于对故障组件的发现.在此基础上,使用概率模型对停电事...     

基于节点流量重要度的电网关键节点辨识

当电力系统发生大规模连锁故障的时候,电网中的某些关键节点可能会对故障的扩大起着推动的作用。为了提高关键节点辨识的准确性以及更好地预防大规模连锁故障的发生,本文提出了基于节点流量重要度的电网关键节点辨识方法。该方法通过定义节点传输贡献度指标和节点传输效率,然后基于电网节点潮流传输贡献重要度矩阵,计算各节点的节点流量重要度并进行比较。最后,通过对IEEE 39节点系统和南方某区域电网进行仿真,所得仿真结果表明本文所提方法计算的指标可以定量表征某个节点在潮流传输及其在电网拓扑结构中的重要度,可以有效、准确地辨识出电网中的关键节点,判断它们在交直流电网自组织临界演化过程中的作用,对预防系统向连锁故障临界状态演化有着重要的意义。     

一种基于线路相关集的大电网继电保护隐藏故障算法

世界各国频繁发生的大停电事故表明,当某条线路因故需要退出运行时,后备保护中的隐藏故障造成保护发生不必要的动作是造成大停电事故发生的重要因素。提出了线路相关集的概念,详细介绍了基于最短路径算法的线路相关集求解过程,推导了多条支路同时开断时线路相关集及相关因子的求解方法。在此基础上对假想事故后的潮流转移进行快速计算,准确地判断出后备保护的隐藏故障并快速进行消除,有效防止连锁跳闸事故的发生。用CEPRI36节点系统进行了仿真验证,证明了所提方法的正确性和有效性。     

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...     

广义极值理论在大停电事故损失负荷预测中的应用

近年来随着区域电网的互联升级,大停电事故的风险随之增加。对停电风险进行预测,具有重要的现实意义。文中应用广义极值分布模型来预测电网停电事故损失负荷。首先,通过对1981至2012年全国电网停电事故损失负荷数据的分析,证明了损失负荷数据不适合直接作为极值分析的样本;然后采用相对值法对停电事故损失数据进行处理,以消除电网规模变化对数据分析的影响,给出了广义极值下的预测模型;最后,以1997至2012年的相对值数据对未来全国电网的事故概率及损失负荷情况进行了预测,进而推算出各区域电网对应的事故损失负荷预测值,并通过实际事故数据验证了所述方法的可行性。     

考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估

提出了考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估方法。采用继电保护隐性故障的概率模型描述保护装置对电力系统风险的影响,通过分析保护系统的机理表明保护装置在连锁故障中的作用,用母线孤立风险、负荷孤立风险、电网解列风险及系统综合风险来评估系统的连锁故障风险,并据此提出了减小系统连锁故障风险的预防措施。应用蒙特卡罗方法产生系统事故、保护装置和隐性故障的随机特性,编写了电力系统连锁故障风险评估与预防软件。IEEE118节点系统的应用结果证明了该方法的可行性及软件的有效性。     

直流输电对交直流互联系统自组织临界性的影响分析

提出了一种考虑紧急控制保护装置及直流系统概率动作特性的连锁故障动态仿真模型,应用该模型对2010年华东电网实际系统进行了动态仿真。在不同的直流运行方式、直流控制参数、交直流互联方式、交直流传输容量分配条件下,计算了系统的停电功率—停电概率幂律曲线,分析了直流输电对系统自组织临界性的影响。结果表明,在某些系统中选取合适的直流输电模式可以减小连锁故障及大停电的发生概率。     

土耳其“3·31”大停电事故分析及启示

2015年3月31日,土耳其发生了大规模停电事故。事故起源于土耳其东西向输电通道内一回400kV联络线线路重载跳闸,随后发生的连锁故障导致电网崩溃,土耳其全国的电力供应几乎全部中断。文中详细介绍了事故前土耳其电网的运行情况以及事故的发展经过和恢复过程,分析总结了事故教训,解析了事故根本原因。结合中国电网实际情况,提出了保障中国电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的几点建议。     

电力系统N-K故障的风险评估方法

历次大停电事故表明,由简单故障触发的连锁故障会对电力系统造成灾难性的后果。识别和分析可能对电力系统造成大面积停电的严重N-K故障是进行电网安全评价和制定防御措施的必要步骤。文中在分析大停电演变过程的基础上,提出了一种电力系统N-K故障的风险评价方法：考虑故障间的相互影响和继电保护的隐藏故障,计及元件运行状态变化对其故障概率的影响,基于贝叶斯网络给出了N-K故障的概率计算模型;详细模拟了实际电力系统连锁故障过程中的控制措施,建立了计及电压稳定约束的最优控制模型,提出了N-K故障严重程度的确定方法;最后提出了N-K故障风险指标的计算方法。利用Python语言对PSS/E进行了二次开发,实现了所提方法,并以IEEE 30节点测试系统为例,识别出该系统中的严重N-K故障,验证了方法的正确性。