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。     

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。     

基于事故链模型的电网关键线路辨识

确定电力系统中具有关键作用的线路对于避免连锁故障具有重要意义,为此,基于事故链模型提出了一种辨识电网中关键线路的方法。初始故障由系统负荷水平、线路故障率、线路负载率及关联系数等因素确定,使用事故概率重要度和设备在网络中的拓扑重要度作为事故链中间环节的预测,建立了基于事故链的连锁故障仿真模型。在事故链的风险评估基础上,考虑线路在事故链中位置、造成事故的严重程度等因素建立关键线路的重要度指标,通过该指标可以辨识对电力系统连锁故障产生重要影响的关键线路。以IEEE 39节点系统为算例,验证了该方法的有效性。该方法可以提高电网运行的可靠性,减少大停电事故的发生。     

基于FP-growth算法的大电网关键线路辨识方法

辨识出连锁故障发展过程中的关键线路,对采取有效的连锁故障抑制策略,保障电网安全稳定运行具有重要作用。提出一种基于FP-growth算法的大电网关键线路辨识方法。利用FP-growth算法对基于电网运行可靠性模型进行连锁故障模拟生成的连锁故障事故链集合进行数据挖掘,发掘事故链集隐藏的关联规则,辨识连锁故障发展过程中的关键线路,对关键线路进行风险分析,并分析其对连锁故障的影响。IEEE 118节点系统仿真结果表明,所提方法能够有效辨识出连锁故障发展过程中的危险线路。     

面向互联电网连锁故障安全防控的关键支路辨识

随着电网互联紧密程度的提高,抵御连锁性故障成为关键问题。在一定场景下,电网关键载流支路故障会引发过载型连锁反应,威胁系统安全运行,对于此类关键线路的筛选和辨识具有重要意义。据此,在考虑无功电压的改进直流潮流模型的基础上,推导和构建了过载型连锁故障动态演化模型。该模型考虑连锁故障过程中系统功率平衡和电压稳定装置的调节作用以及系统的校正控制措施,并较为准确地模拟支路失效后互联系统连锁故障的动态演化过程,进而研判连锁故障对系统功能和结构的影响。在此基础上,提出了电网载流支路的重要度评估指标,通过大规模连锁故障模拟计算,获得各载流支路的重要度指标,最终实现电网关键支路的有效辨识。以IEEE 39节点系统为算例,验证了所提模型和方法的有效性。     

基于图注意力网络算法的电网连锁故障关键线路辨识

快速、准确识别电网中对连锁故障发展具有助推作用的关键线路,对避免大停电事故发生具有重要作用。该文提出一种基于图注意力网络(graph attention network,GAT)算法的电网连锁故障关键线路辨识方法。首先,分析连锁故障传播机理和关键线路特征,采用运行可靠性模型仿真模拟连锁故障,依据风险理论定义关键线路。其次,利用GAT算法建立关键线路辨识模型,考虑到计算稳定性、样本均衡性等问题对辨识结果的影响,设计了多头注意力机制、带权重交叉熵损失函数等,完善优化模型。最后,构造运行场景-关键线路样本集,对辨识模型进行训练、验证与测试。IEEE39节点系统和实际电网算例仿真表明,所提方法显著提高了新场景下连锁故障关键线路辨识的准确性和速度,具有一定的应用前景。     

考虑电网运行状态和结构关联的连锁故障序列预测

针对传统连锁故障考虑因素单一的不足,该文提出一种综合考虑电网运行状态和网络结构的连锁故障预测方法。首先,根据系统运行状态,建立潮流相关的线路故障概率模型和基于Markov方法的隐性故障模型;其次,基于复杂网络理论,提出网络电气结构和保护关联区间,建立故障级间的结构关联模型;最后,兼顾故障后系统运行状态和网络结构的变化,提出连锁故障预测方法,从而辨识出最易受初始扰动影响的下级故障及其影响范围,使预测结果更加符合电网实际运行情况。基于IEEE 30节点系统仿真结果验证了该方法的有效性和实用性。     

考虑风电机组故障电压穿越特性的连锁故障关键线路辨识

新能源的接入提高了电网连锁故障发生的概率,给故障传播中关键线路的辨识增加了难度。为此,建立了考虑风电机组故障电压穿越特性和线路可靠性的连锁故障仿真模型,从线路失负荷严重程度、失负荷不均匀性和结构脆弱性3个角度建立了线路综合风险指标评价集。基于状态故障网络计及线路失负荷程度和线路失负荷不均匀性,分别定义了失负荷风险指标和不均匀风险指标;基于电气介数提出了考虑分布式新能源接入的脆弱结构指标;同时,考虑电网的网络结构和状态转移特性,采用模糊熵权法定义综合风险指标,以衡量线路开断的综合影响。通过IEEE 39节点和IEEE 118节点系统算例验证所提方法用于关键线路辨识的有效性,且针对关键线路的缓解措施能显著降低大停电风险。     

基于继电保护隐性故障的电力系统连锁故障分析

分析了现有的三种继电保护隐性故障模型,建立了新的线路潮流越限时隐性故障模型。该模型考虑了由保护定值导致的可修复隐性故障、由硬件老化导致的不可修复隐性故障以及由恶劣环境等因素引发的隐性故障。采用直流潮流法对电力系统进行连锁故障风险评估,找出风险指标大的关键线路,并据此提出了减小系统连锁故障风险的措施。对TS-9节点系统仿真结果表明,通过提高线路保护装置的可靠性,改善线路的负载能力都能降低风险值,减小系统发生停电的概率。     

基于继电保护隐性故障的电力系统连锁故障分析

分析了现有的三种继电保护隐性故障模型,建立了新的线路潮流越限时隐性故障模型.该模型考虑了由保护定值导致的可修复隐性故障、由硬件老化导致的不可修复隐性故障以及由恶劣环境等因素引发的隐性故障.采用直流潮流法对电力系统进行连锁故障风险评估,找出风险指标大的关键线路,并据此提出了减小系统连锁故障风险的措施.对TS-9节点系统仿真结果表明,通过提高线路保护装置的可靠性,改善线路的负载能力都能降低风险值,减小系统发生停电的概率.     

基于自组织临界理论的电网脆弱线路辨识

为了辨识引发电力系统连锁故障的脆弱线路,从事故发展的角度出发,基于自组织临界理论的幂律特性构建了电网脆弱线路辨识模型。线路因保护的隐藏故障或过载而退出运行后,利用孤岛搜索辨识引发系统解列的关键线路,并对其处理以便重新潮流计算。综合改进的潮流分布熵、灵敏度分析理论及OPF模型对负荷水平和发电机出力进行调整,构成电网停电模拟模型。通过大量的仿真与统计,利用系统负荷损失量的幂律或幂律尾特性判断系统是否达到临界状态,同时,系统负荷损失量的数学期望越高,该自组织临界状态越危险,致使连锁故障的风险越高。以IEEE 39节点系统为仿真算例,验证了方法的正确性和有效性。     

基于关键线路识别的电力系统连锁故障风险评估模型

针对现有模型的不足,提出了一种新的电力系统连锁故障风险评估模型。该模型从元件过负荷、继电保护隐性故障2个方面定义了连锁故障概率:以故障发展过程中出现的母线低电压、线路过负荷、电力系统失负荷来衡量连锁故障带来的后果。在不违背连锁故障发生机理的前提下,将支路的结构传输重要度与反映电网实时运行状况的线路故障发生概率相结合,给出了连锁故障中关键线路识别的重要判据,根据关键线路排序结果合理选择下一个故障环节,加快了连锁故障模式搜索速度。最后对IEEE 10机39节点系统进行仿真,仿真结果证明了本文方法的有效性。     

二次系统隐性故障的多指标综合风险评估

针对二次系统隐性故障可能引发的连锁故障,提出了一种多指标综合风险评估方法。采用马尔科夫状态空间转移方法,求解系统处于不同状态的时变概率及平稳概率。将平稳概率与距离保护相结合,构造反映系统隐性故障的模型。从电网容量、电网用户、电网稳定性3个方面建立电源孤立、负荷切除以及电网解列的风险指标,加权得到反映连锁性故障的综合风险指标。建立了基于蒙特卡洛抽样算法的风险评估体系,并通过具体的算例对多指标风险评估的方法应用进行展示。     

基于静态安全域的交直流混联大电网关键线路辨识

特高压直流输电系统的相继投运导致电力系统运行特性改变,交直流混联大电网的薄弱环节将出现变化。为辨识出交直流混联电网中的关键线路,避免大停电事故的发生,提出一种基于静态安全域的交直流混联电网关键线路辨识方法。采用静态安全域分析方法构建交直流混联电力系统的静态安全域,考虑交流线路潮流越限与直流逆变站闭锁判据,结合支路潮流模型,提出适用于交直流混联电力系统的静态安全裕度计算方法。以静态安全裕度为指标,给出交直流混联电力系统的关键线路辨识流程。最后使用江西电网实际电力系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

计及无功潮流影响的传输介数概念及其电网关键线路辨识研究

在潮流介数的基础上,考虑了线路在传输无功潮流方面的作用,提出线路传输介数并将其用于辨识电网关键线路。由于充足的无功支持是电压稳定性的基础,将无功传输的作用纳入到关键线路辨识方法中后,传输介数能准确地辨识出影响系统电压稳定性的重要线路。关键线路的连续故障会导致有功和无功传输通道的破坏,需要切除部分负荷以维持系统频率和电压稳定,故采用基于最优潮流的失负荷量作为故障线路重要性的评价指标,以验证具有高传输介数的线路在电网运行中承担关键作用。IEEE39和IEEE118节点系统算例表明,传输介数能够辨识出系统中影响节点电压稳定水平的重要线路,其辨识效果优于潮流介数,基于传输介数的电网关键线路辨识方法具有合理性和有效性。     

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。     

基于脆弱支路筛选的电网连锁故障多目标预防策略

针对电力系统中由线路故障引发的连锁故障现象,文中提出了一种基于脆弱支路筛选的电网连锁故障多目标预防策略。首先,提出一种改进的支路安全指标和系统安全指标,并引入泰尔熵指数对电力系统中各支路进行脆弱性评估,以此量化某支路故障退出运行后对电网运行安全性的影响;然后,根据支路脆弱性排序筛选出发生初始故障退出运行后对电网运行安全性影响较严重的几条支路,建立预想事故集;最后,建立兼顾系统安全指标和电网电压稳定,且能应对多种初始故障场景的电力系统连锁故障预防控制模型,并使用非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解该模型。基于IEEE 39节点系统进行仿真分析,结果表明所提预防策略能获得更安全合理的发电机组出力方案,且证明了支路负载率差异对脆弱支路辨识的重要性。     

基于序列模式挖掘的电力系统连锁故障模式分析方法

研究连锁故障的传播规律,对于识别系统薄弱环节、制定连锁故障预防和阻断策略具有重要意义。在分析连锁故障发展过程的基础上,定义了连锁故障模式的概念,并基于序列模式挖掘技术提出连锁故障模式挖掘算法,实现对海量仿真数据的快速分析,有效辨识系统连锁故障模式。最后以IEEE 39节点系统和某省实际电网为例,利用该算法挖掘出系统主要连锁故障模式,并结合系统拓扑和潮流状态分析了系统连锁故障传播规律。测试结果证明,该方法对于分析系统连锁故障模式和辨识关键线路具有良好的效果。     

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。