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。     

恶劣天气下的复杂电网连锁故障在线预警

尽管网架结构日益坚强,但部分区域电网主通道线路走廊气候条件复杂,恶劣天气导致元件发生"故障聚集"现象使电网发生连锁故障的概率大大提高。为此通过分析恶劣天气下电网连锁故障的产生机理,结合小世界理论提出了恶劣天气下复杂电网连锁故障在线预警模型。利用电网具有自组织临界性的特点提出电网临界线路的判断约束标准,通过考察系统局部元件集合性质变化的方式来预判系统整体是否存在进入自临界状态的趋势。分析认为长程连接线路是传播连锁故障的主要路径,并提出以线路介数来定义长程连接线路。预警模型对临界线路集中的长程连接线路进行预警,可为调度员预防连锁故障的发生提供依据。对中国某区域电网的仿真分析验证了理论方法的正确性和预警模型的有效性。     

大规模风电集中接入电网的自组织临界态辨识指标提取

大规模风电接入电网后,极大地改变了电网的网络结构和潮流分布,尤其是其出力大小的波动,直接加剧了电网趋于自组织临界态的进程,电网发生负荷丢失的连锁故障风险随之上升。在深入分析含大规模风电集中接入对电网自组织临界态影响的基础上,提出了风电波动熵概念,以表征大规模风电集中接入对电网自组织临界态的影响。通过仿真分析可知,所提出的风电波动熵指标能够很好地表征含大规模风电集中接入对电网自组织临界态的影响,可作为含大规模风电集中接入的电网自组织临界态辨识的物理指标之一。     

考虑连锁故障的覆冰灾害下输电线路脆弱性分析模型北大核心CSCD

虽然电网鲁棒性日益增强,但部分输电线路经过区域极易遭受覆冰灾害,导致该地区发生一次故障的概率大幅增加,而一次故障将会导致电网发生二次连锁故障。针对此问题,文中首先通过蒙特卡洛法判断覆冰灾害引发的输电线路一次故障脆弱性,然后通过自组织临界理论判断由一次故障引发的输电线路二次连锁故障脆弱性,从而建立综合考虑覆冰灾害和电网物理特性的输电线路脆弱性分析模型,以潜在事故链的形式展现了电网覆冰灾害下的故障演化进程,为运维人员甄别覆冰灾害下区域电网的输电线路薄弱环节提供重要决策依据。最后通过对IEEE-39节点电力系统实例进行仿真与分析,验证了所提出模型的可行性。     

基于潮流嫡的复杂电网自组织临界态判断模型

为研究复杂电网大停电的发生机理,同时找出影响大停电发生的关健因素,文中基于嫡理论提出了电网的潮流熵概念,用以定量描述线路潮流分布的不均衡性.基于潮流墒提出了复杂电网自组织临界态判断模型.对IEEE 118节点系统的仿真结果表明,潮流嫡对电网连锁故障的传播具有重要影响,是决定系统是否进入自组织临界态的重要因素.使用该判断...     

基于概率及结构重要度的电力系统事故链模型与仿真

通过分析电力系统连锁故障的一般演化规律,在已有的事故链模型基础上,提出一种同时考虑事故概率重要度和设备在网络中的结构重要度的事故链中间环节的预测指标.采用离差最大化的灰色关联度算法综合考虑各类指标,构建电网连锁故障的事故链搜索模型.采用IEEE-RTS系统仿真得到风险值较大的事故链集合,仿真结果验证了所提模型的有效性.     

台风天气下电网薄弱线路辨识与停电事故模型

为研究台风天气下电力系统的连锁故障演化,提高电网的应对能力,选用Yan Meng风场模型计算台风天气下输电线路的故障率。首先,结合线路潮流的停运概率模型,制定计及电网拓扑结构的线路脆弱度指标;然后,对现有停电模型进行改进,建立一种包含时间、空间、强度三要素的台风天气电网停电事故模型;最后,以宁德电网为例,仿真分析了玛莉亚台风期间该电网的薄弱线路,验证了所建模型的可行性。仿真结果表明,可用事故幂律曲线的分维值对台风天气下电网整体稳定性进行评估。     

负载率对电力系统自组织临界状态的影响分析

建立一种能够模拟在各元件潮流极限相对固定不变的时间段内电力系统事故演化的自组织模型,以IEEE 39节点系统为例对系统在不同负载率下的故障情况进行仿真,分析了负载率分布对自组织临界性的影响。仿真结果提醒调度人员,应在其日常的电网调度中既关注整个电网的系统负载率,又关注各元件的负载率在双对数坐标图中分布曲线的斜率值。在系统负载率相同的情况下,分布曲线斜率的绝对值越大,电力系统发生大规模连锁故障的概率就越高。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于复杂网络理论的电网脆弱性研究述评

基于复杂网络理论对电网脆弱性进行研究.介绍复杂网络的基本概念和发展历程,阐述其自组织临界特性与电力系统灾变事故的关联性,分析连锁故障模型;在总结网架结构模型和故障指标模型的基础上,讨论复杂网络理论在电力系统网络特征分析、连锁故障模拟及结构脆弱性中的应用;最后探讨该领域的发展趋势,建议把传统分析与复杂网络相结合,建立更符...     

考虑自组织临界条件的区域电网风电极限渗透功率评估方法

随着电力系统中风电装机容量的不断增长,如何评估已有区域电网的最大风电极限渗透功率成为了一个重要问题。通过分析复杂电力系统的自组织临界性,提出了基于区间最优潮流的连锁故障模型来评估系统风电极限接入容量的新方法。该方法将风电出力的波动性建模为区间数,通过区间连锁故障模型模拟在风电比例不断增长情况下的电网连锁故障概率与连锁故障规模的规律,获得电网出现自组织临界特性时的风电渗透平均功率,并以此作为电网的最大风电渗透容量。通过在IEEE30节点系统和IEEE118节点系统上的仿真实验,验证了该方法可合理地测量电力系统的极限风电接入容量。     

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。     

A Study of Self-Organized Criticality of Power System Under Cascading Failures Based on AC-OPF With Voltage Stability Margin

From the perspective of self-organized criticality, this paper develops a novel model with ac-OPF and ac grid upgrade to study the cascading failures and blackouts in power systems, which overcomes some shortcomings of existing blackout models. The proposed model contains two types of dynamics, one is fast dynamics which simulates the serial blackouts in power systems, the other is slow dynamics which reflects the tendency of the power systems time evolution. This model also has voltage stability analysis function and can reveal critical characteristics from reactive power and voltage viewpoint. Simulation results of the IEEE 118-bus system with this model show that the fast dynamics can capture the cascading process and the criticality property in micro scale. Besides, the macro scale of self-organized criticality of power systems can be revealed from the mean value of fractional overloads and the ratio of total load demand to the total network transfer capability. Furthermore, the voltage stability criticality status could be detected from the eigenvalue with the smallest magnitude through reactive power and voltage relevant modal analysis.