一种交直流系统连锁故障预测方法及风险评估

随着大容量直流线路的相继投运,交直流系统连锁故障预测模型的完善日益迫切。针对目前研究缺乏交直流相互作用过程的动态特性仿真,提出一种基于多时间尺度的交直流系统连锁故障预测方法。首先将连锁故障划分为3种时间尺度过程,并根据不同的时间尺度建立相应的仿真模型。其中短时间尺度过程考虑直流换相失败、暂稳、交流线路严重过载;长时间尺度过程考虑交流线路一般过负荷和重载开断,并包含短时间尺度;极长时间尺度过程考虑负荷波动,并包含长时间尺度。其次,以IEEE₃₉节点系统为例,对使用该预测方法形成的连锁故障过程进行分析,并与其他方法形成的连锁故障过程进行对比,主要从时间尺度特性及与实际的负荷情况两方面展示了预测方法所具有的优越性。最后对事故链各阶段不同控制措施的平均故障风险和有无直流调制的预测路径风险进行分析。结果表明:不同控制措施在不同阶段存在风险差异以及将直流调制加入控制措施中可减少控制代价。     

交直流电力信息物理系统连锁故障演化模型及风险评估

为了更准确地对交直流电力信息物理系统(CPPS)连锁故障进行仿真,提出考虑多时间尺度和控制措施时间特性的交直流CPPS连锁故障演化模型.首先,建立3种时间尺度过程下的模型,短时间尺度过程考虑直流换相失败引起的直流闭锁、暂态稳定判断及控制、交流线路严重过载、信息传输;长时间尺度过程考虑一般过载及其控制、重载线路跳闸;极长...     

考虑暂态过程仿真的连锁故障多时域演化模型

在分析现有连锁故障演化模型不足的基础上,提出考虑暂态过程仿真的连锁故障多时域演化模型,并对连锁故障路径进行阶段性评估。首先,建立线路过负荷保护模型、发电机电压保护模型、线路状态转移模型和负荷时序波动模型,并按照不同扰动的时域特性对模型进行时域分类;其次,针对连锁故障演化的不同时域过程,分别建立暂态过程的暂态仿真模块,暂态过程向中长期过程过渡的潮流计算模块和中长期过程的稳态仿真模块,形成了连锁故障多时域演化模型;最后,以故障环节为评估对象,对连锁故障进行阶段性评估。用IEEE 39节点系统进行仿真计算,分析表明所建模型能够更加合理地模拟连锁故障演化过程,提高连锁故障演化模型的精确性,并揭示连锁故障的阶段性特征。     

台风灾害下考虑连锁故障的电力系统弹性评估

全球气候变化导致台风灾害频发，亟需通过准确地弹性评估以感知电力系统应对台风灾害的能力。针对现有弹性评估方法对连锁故障过程考虑不足的问题，提出一种考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法。首先，通过输电线路故障模型生成初始故障场景；其次，利用基于短、长两时间尺度的连锁故障演化模型分析可能发生的连锁故障情况；然后，结合电力系统恢复模型，采用序贯蒙特卡洛模拟法，根据系统性能情况评估电力系统弹性；最后，以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析，结果表明所提方法能够更合理地评估电力系统弹性。     

改进的Manchester连锁故障模型及其应用

本文根据Manchester模型和最优潮流理论,提出了一种改进的连锁故障模型。该模型通过快动态和慢动态两个时间尺度对系统连锁故障过程进行描述,并通过电量不足期望值对系统的停电风险进行评估。算例依据我国一区域电网,研究了系统负载率和关键线路的故障率对电网停电风险的影响以及临界负荷情况下电网的幂律特性。本研究对系统规划和运行人员分析连锁故障过程和采取有效措施降低系统停电风险提供了一定的决策参考。     

基于OPA连锁故障模型的电力系统风险评估

连锁故障是大停电事故的主要诱因之一。本文在OPA连锁故障模型(ORNL-PSERC-Alaska,OPA)的基础上,分析连锁故障的演化机理,探讨大停电事故的复杂特性;通过考虑继电保护隐性故障和推导完整事故链进一步完善OPA模型;引入多种系统级的风险评估指标对仿真结果进行处理,在宏观层面上评估目标系统连锁故障风险;通过统计故障频次,辨识目标系统的薄弱环节。最后编写MATLAB程序,并以IEEE RTS96节点系统为算例,仿真得到不同运行条件下的连锁故障仿真结果,计算得到大停电风险评估指标,验证了评估方法的有效性。     

无功电压特性对连锁故障的影响分析

大量连锁故障和大停电事故表明,无功电压特性在连锁故障发展过程中具有重要作用。为了具体研究无功电压特性和相关动态在连锁故障中的作用,本文分别建立了基于交流潮流的连锁故障模型(AC-CFM)和基于直流潮流的连锁故障模型(DC-CFM),通过比较连锁故障风险评估结果和相关影响因素,分析无功电压特性对连锁故障风险的具体影响。IEEE-30系统和河南实际系统算例仿真表明无功电压特性在连锁故障后期对连锁故障风险具有重要的影响,同时电压崩溃的风险不可忽略。     

电网运行断面的自组织临界态辨识和量化分析

电力系统自组织临界性表现在电网演化的长期过程和某个静态运行断面的运行过程2个方面。针对电网演化的长期过程进行连锁故障建模研究较为成熟,而针对静态运行断面进行连锁故障建模研究则较少。建立了一个基于去除慢动态过程的OPA模型,用于电网静态运行断面连锁故障的仿真计算。该模型不考虑电力系统的慢动态过程,而是基于某个静态断面进行仿真计算,单次仿真完成后系统重新恢复至原始运行断面,完成多次仿真后得到该运行断面下的大停电负荷损失分布数据。采用极大似然估计法和K-S检验法对大停电分布数据进行负荷损失累积概率分布律参数估计和检验,进而判断该运行断面下电网是否处于自组织临界态。然后针对处于不同自组织临界态的系统,建立了自组织临界态风险评估指标,将自组织临界态风险进行了数值化表征。     

考虑发电机励磁保护和OLTC的多时间尺度连锁故障模型

世界范围内多次连锁故障和大停电事故表明,无功电压相关因素对连锁故障具有重要影响。提出了一种计及有载调压变压器(on-load tap changer,OLTC)和发电机励磁保护的多时间尺度大停电模型。该模型提出了对无功电压具有重要影响的发电机励磁保护和OLTC动作的建模方法,并进一步基于该模型提出了多时间尺度连锁故障模拟方法,实现了连锁故障动态过程的清晰描述,克服了传统连锁故障模型在此方面的局限性。文中用IEEE 30节点系统进行了连锁故障仿真计算,分析了发电机励磁保护、OLTC动作等与无功电压密切相关的因素对连锁故障的影响及机理,并揭示了连锁故障的若干阶段性特征。     

保护隐性故障及其对电力系统连锁故障发展影响

继电保护隐性故障是造成电力系统连锁故障的重要因素之一,针对影响保护隐性故障因素,建立了考虑线路故障的保护隐性故障模型。从人为失误、保护装置自身的老化失效、保护所处环境影响来分析保护的故障率,基于Markov状态空间法,针对高压系统两套主保护及远近后备保护,建立详细的线路—保护状态转移模型,计算保护误动概率与拒动概率,并应用到连锁故障仿真算例中。连锁故障仿真考虑不同保护动作特性、控制措施动作以及不同负荷水平的影响,根据仿真结果计算保护拒动与误动风险,分析保护隐性故障对电力系统连锁故障的影响,以及各因素对保护拒动和误动的影响。仿真结果表明,重载时保护不正确动作风险比轻载和正常工作时大。     

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。     

基于事件驱动的配电信息物理连锁故障演化机理

随着通信与控制技术在配电系统中迅速发展,其逐渐呈现出信息物理系统的典型特征。这既带来了崭新的发展机遇,也将信息系统中的多类型风险引入了电力系统中,致使近来电网中信息物理连锁故障频发,导致严重事故。因此,分析与研究信息物理连锁故障的演化过程与故障后果,探索信息物理连锁故障演化的内在机理具有重要的理论与现实意义。本文基于事件驱动模型提出配电信息物理系统架构,分析物理与信息系统的交互机理,提出信息物理连锁故障演化机理研究框架。然后,对信息系统内部节点重要度进行研究,综合考虑系统总风险值与防御资源,计算信息节点被攻击成功概率等相关参数并建立相关矩阵。最后,在算例上进行信息物理连锁故障演化机理的仿真计算,验证所提机理的合理性与其在故障过程推演和后果计算上的有效性。     

计及系统连锁故障风险的电网预防控制

电网连锁故障控制策略一般根据选定的运行条件和故障状态,采用确定性的安全校验方法进行预防控制,忽略了系统中存在的不确定因素,并且人为选定的故障方式难以完全反映系统动态特性。考虑初始故障、继电保护动作等不确定因素的影响,计及故障后元件运行状态变化对后续故障的影响,进行连锁故障的预防控制。建立了基于贝叶斯网络的连锁反应故障概率分析模型,对故障进行筛选和识别。根据系统故障发展过程中连锁故障搜索和分析情况,提出以连锁故障风险最小为目标的预防控制方法。针对IEEE30节点系统的故障演化路径求取预防控制措施,仿真结果表明控制策略能有效降低系统发生连锁反应故障的风险,预防连锁故障的发生。     

计及系统连锁故障风险的电网预防控制

电网连锁故障控制策略一般根据选定的运行条件和故障状态,采用确定性的安全校验方法进行预防控制,忽略了系统中存在的不确定因素,并且人为选定的故障方式难以完全反映系统动态特性.考虑初始故障、继电保护动作等不确定因素的影响,计及故障后元件运行状态变化对后续故障的影响,进行连锁故障的预防控制.建立了基于贝叶斯网络的连锁反应故障概率分析模型,对故障进行筛选和识别.根据系统故障发展过程中连锁故障搜索和分析情况,提出以连锁故障风险最小为目标的预防控制方法.针对IEEE30节点系统的故障演化路径求取预防控制措施,仿真结果表明控制策略能有效降低系统发生连锁反应故障的风险,预防连锁故障的发生.     

基于故障链聚类算法的电网关键线路辨识

研究连锁故障发展机理以及辨识故障演化路径中的关键线路,对揭示电力系统薄弱环节、降低连锁故障风险具有重要意义。为此,文中提出一种基于故障链聚类算法的电网关键线路辨识方法。首先,建立改进的基于直流潮流法的电力系统解列模拟器(DCSS)连锁故障仿真模型,配合随机化学(RC)法高效生成含详细时序信息的故障链集合;然后,以编辑距离为相似性指标实现对故障链的层次聚类,分类后的故障链集合不仅可以降低后续数据挖掘的难度,而且能够更加全面地识别出不同连锁故障演化模式中的薄弱环节;最后,以Matpower 2383节点系统为例,根据关键线路扩容后系统风险水平的下降程度评估各类算法所辨识线路的重要性。结果表明文中方法能更好降低系统连锁故障风险水平,证明了所提模型及算法的有效性。     

严重灾害下特高压交直流电网风险评估方法

为研究特高压交直流电网承受自然灾害的能力,基于风险评估理论,研究了适用于严重灾害下特高压交直流混合电网的安全性分析方法。首先,考虑连锁故障的全过程,提出一种基于PSD电力系统分析软件仿真的快速故障概率计算方法,计算系统在某初始故障集下的连锁故障概率;并考虑故障恢复阶段的损失,建立全过程风险评估模型;其次,从电网架构、故障状态、经济损失3个方面提出了综合指标评价体系,对系统风险进行了量化评估。最后对某地区特高压电网2种规划方案进行了风险评估,通过比较其连锁故障发展过程,并根据事故阶段和恢复阶段的风险指标计算结果,得出了优选网架规划方案,验证了研究工作的有效性。     

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OTS的停电模型及其自组织临界性分析

根据自组织临界理论和考虑基于暂态稳定约束的最优潮流(OTS),建立了电力系统连锁故障和停电模拟模型.该模型涵盖暂态、潮流以及网络规划3个时间尺度的电力系统动态过程,既可模拟电力系统连锁停电过程,又可从宏观上研究和揭示电网演化的自组织临界特征.进一步基于稳定域边界的暂态稳定裕度指标评估系统的稳定性,并利用该指标的灵敏度信息将微分-代数方程描述的暂态稳定约束转化为代数约束,从而可以针对随机产生的预想故障设计相应的预防和紧急切机控制措施.新英格兰系统的仿真结果验证了所建立的模型的有效性.     

考虑电网拓扑演化的连锁故障模型

针对OPA模型及其现有改进模型中未考虑电网拓扑演化的问题,提出了一种考虑电网拓扑 演化的连锁故障模型。该模型结合OPA模型和电网拓扑的时空演化模型,OPA模型用以模拟负 荷增长、线路改造等电网的演化过程和由于线路开断引起的连锁故障,时空演化模型用以模拟电网 的拓扑演化。基于改进后的OPA模型分析了不同的演化参数对电网连锁故障的影响,仿真结果 表明,中国北方电网与美国西部电网相比,小规模故障概率较大而大规模停电概率较小。本模型为 研究不同的电网规划方案和参数在较长时间尺度上对电网演化的影响提供了一种途径。     

电力系统连锁故障评估综述

比较全面地对系统连锁故障发生、演化机理以及预防措施进行了综述。首先阐述了连锁故障发生原因和产生机理;其次从系统宏观和微观物理特性的角度将故障模型分为基于复杂网络理论和基于电力系统理论两大类。对连锁故障模型进行详细分析,给出了不同模型的实现方式以及存在的缺陷,并进一步指出了由于电网所具有的存在复杂性和演化复杂性,使得准确对连锁故障的演化机理进行研究存在较大困难。最后提出了预防及缓解大停电事件的有效方法和途径。