兼顾电压稳定和连锁故障触发的电网预防策略研究

从目前国内外停电事故情况来看,预防因连锁故障导致的大停电事故是电力系统研究中的重要内容。针对电网连锁故障前期的连锁跳闸现象,提出一种兼顾电网电压稳定和连锁故障触发的预防控制方法。该方法利用电网对于连锁跳闸的安全裕度指标和电压稳定指标,给出了综合的目标函数。该函数的目标在于保持电网对连锁跳闸具有尽可能高的安全裕度水平的同时,还具有尽可能高的电压稳定水平,然后结合电网实际情况给出了各种约束条件,确定了完整的用于预防的优化模型。利用该模型并结合粒子群优化算法给出了详细的算法求解,并在IEEE39节点系统上进行算例分析,算例仿真结果证明了所提出的预防模型的可行性和有效性。     

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。     

考虑安全性和经济性的连锁故障预防控制策略

为阻止源头性故障引发连锁故障的安全问题,文章提出一种考虑安全性和经济性的连锁故障预防控制策略。首先,根据继电保护的动作特性给出一种判别连锁故障的数学形式。其次,以电网安全裕度和发电运行成本分别评价系统的安全性和经济性,以支路脆弱性评估方法选取初始故障,构建了针对不同初始故障作用下的连锁故障预防控制模型。该模型是一种双层优化的数学模型,内层模型采用粒子群算法求解出电网安全裕度;外层模型采用改进的多目标粒子群算法求解出最小化发电成本和最大化电网安全裕度。最后,利用模糊集理论对计算出的Pareto集合进行评估,确定最优发电机出力策略。以IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统为例进行仿真研究,验证了所提方法的可行性。     

计及冲击风险及分布熵的电网连锁故障预测

电网连锁故障预测有利于预防大停电事故的发生。为了弥补现有电网连锁故障预测中未计及线路故障退出运行后系统均匀性的不足,提出了计及电网故障过程中的冲击风险及故障后电网均匀状态的电网连锁故障预测方法。考虑节点关联度,引入电压波动熵的概念,用以准确描述关键线路退出后电网的电压波动情况;运用熵理论,对断线后电网电压分布和有功分布进行分析,克服了以往连锁故障预测未计及电网均匀性的缺陷。采用离差最大化灰色关联,综合考虑线路自身重要性、冲击风险指标以及分布熵指标。通过RTS-79系统仿真,得出了风险值较高的连锁故障链,结果证明该模型实际有效。     

复杂电网连锁故障模型评述

在复杂电网中,由微小扰动触发的电力系统连锁故障会导致电网大面积崩溃的灾难性后果,对连锁故障的理论建模是研究复杂网络连锁故障的基础和关键.文章在探讨电网连锁故障机理的基础上,分别从电力系统角度和复杂网络理论角度介绍和评述了已有电网连锁故障模型,分析了预防和控制连锁故障的几种可行方法,指出在进行连锁故障的预防分析时,对网络脆弱性的分析与评估是关键,而对故障传播的控制,多智能体系统可能是一条有效途径;并指出了今后值得注意的几个研究方向.     

智能电网可靠性需求约束下无线发射功率模型预测控制

在基于无线传感器网络(WSN)的智能电网数据采集与通信的应用中,通信可靠性是WSN的关键技术指标。提高发射功率会增加通信的信号强度和可靠性,但同时会导致节点间相互干扰增加。针对这一矛盾,基于自适应模型预测控制的方法,研究智能电网中WSN发射功率优化问题。依据无线通信链路路径损耗模型分析了影响智能电网无线通信信噪比的主要因素,并构建了系统状态空间模型;通过实时估计信噪比随机波动置信区间下界对系统期望信噪比给定进行补偿,并基于模型预测控制的算法,优化求解节点发射功率;最后,通过仿真软件将所提算法与自适应传输功率控制(ATPC)算法及势反馈控制(PFC)算法进行对比分析,并采用WSN硬件平台对算法进行测试。结果表明,所提出的自适应模型预测控制算法可以在保证智能电网无线通信可靠性条件下,降低由节点发射功率较大导致的相互干扰。     

基于有限状态机故障因果链的连锁跳闸故障诊断和预测研究

随着变电站告警信息的规范化、大数据分析在设备监控中应用的深入,使得利用监控大数据及智能化预测分析方法解决电网连锁故障的识别问题成为可能。为避免连锁故障造成电网大停电事故的发生且针对电网连锁故障识别困难的问题,本文提出了基于连锁故障状态因果链的电网故障诊断、故障演化预测及电网脆弱性评估的方法。本文首先介绍了基于有限状态机模型故障因果链的数学模型,利用故障因果链的数学模型对电网中的单元件故障和连锁故障进行识别,从而形成了单元件诊断以及连锁故障诊断方法,然后研究了基于智能状态因果链的电网故障演变的风险预测方法,即形成了基于智能状态因果链构建的电网故障风险评估系统。最后以实际电网为例,验证了本文所提方法的可行性。     

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,本文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预防控制模型,并使用NSGA-II求解该模型,通过对IEEE39节点系统的仿真分析,结果表明支路负载率差异对脆弱支路辨识的重要性,且证明了所提预防策略能获得更安全合理的发电机组出力方案。     

兼顾电压稳定的电网安全裕度指标研究

针对电力系统中的连锁跳闸现象，在电网最大安全裕度前提下，对兼顾系统电压稳定的问题展开研究。通过总结继电保护设备在连锁故障发生过程中可能存在的误动情况，提出了一种综合评价电网连锁故障的安全指标，在此基础上，基于雅可比矩阵的最小特征值指标来衡量电网静态电压稳定水平。结合两者，构造了一种兼顾电压稳定和电网对于连锁故障具有高安全性的预防模型，并利用粒子群算法对此模型进行求解。在IEEE39节点系统上模拟演示，验证了该方案的适宜性和实用性。     

基于预防-紧急协调控制的大电网连锁故障防御策略

电网结构和运行方式的复杂性日益增加,源发故障引发大停电事故的概率随之加大。基于过载主导型连锁故障的传播机理和时间特性分析,兼顾调度人员对连锁故障后果的可承受性,建立了基于预防-紧急协调控制的大电网连锁故障防御模型,引入协调因子将控制压力分解到连锁故障发生前/后,以预防控制优化系统的初始运行状态,在考虑发电机可调度潜力的基础上以紧急控制配合必要的切机/切负荷手段,实现对连锁故障蔓延的抑制。IEEE 39节点系统的算例分析结果表明,所提协调控制模型可以充分发挥预防控制和紧急控制的互补特性,兼顾连锁故障后果可承受度约束和经济性要求,对连锁故障进行全过程防御。     

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。     

电网大停电自组织临界性的概率统计分析法

针对复杂电力系统的自组织临界性特点，基于概率统计基本理论，利用极值分布的最大吸引场定理提出一种分析电网连锁故障大停电事故的有效方法。首先给出了衡量连锁故障大停电事故规模的指标及其选择依据和计算方法；然后通过定义连锁故障的分布函数计算出连锁故障发生的规模和概率。文章指出电网连锁大停电事故的发生与所研究的时间范围和故障规模有关，因此可以根据研究年限和故障规模来预测连锁故障发生的频率。对华北电网连锁故障大停电事故的历史数据进行了分析计算，结果表明了本文方法的有效性。     

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。     

基于CIM/E的连锁故障在线分析程序开发

电网连锁故障在线评估的关键在于物理模型和实时数据的获取,本文提出一种基于CIM/E的地区电网连锁故障在线评估方法。从电网物理模型和数据特点出发,在提出将CIM/E应用于电网连锁故障在线评估的基础上,对CIM/E文件检查、数据提取、数据处理、电网孤岛识别等关键技术进行了研究,并将提出的方法与电网连锁故障在线评估的可信性测度评估方法相结合,提出了完整的地区电网连锁故障在线评估方案。通过系统开发和在我国西南地区某实际电网中的应用证明,本文提出的方法正确、可行,能及时、准确地为电网调度人员提供决策依据。     

计及大规模风电并网的交直流电网连锁故障熵特征研究

随着风电并网容量的不断提升和网内直流输电工程的日益增多,大量的电力电子化设备接入使得系统发生连锁故障模式以及演化过程出现了一些新的特征.从影响因素和发展过程等方面对比分析了电网传统连锁故障相继开断过程和计及大规模风电并网后的连锁故障过程的差异.在传统连锁故障潮流熵分析方法的基础上,引入了在相继开断中可能导致风机故障脱网的电压熵和频率熵,构建了其计算公式,并提出了评估连锁故障发展影响因素的综合熵向量,给出了连锁故障影响因素的判别方法与相应的流程,为对大规模风电并网后连锁故障的影响因素定量分析和评估提供了技术手段.通过对就地消纳型和外送型两种典型系统进行仿真,结果表明,所提的方法能够有效地反映电网发生连锁故障的原因以及发展过程.提出了相应的连锁故障防控措施.     

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。     

含大量继保和安自装置的连锁故障并行仿真软件研发

基于MPI实现了一种基于用户自定义建模思想的含有大量继电保护和安全自动装置的连锁故障并行仿真软件。软件首先采用面向对象的用户自定义建模方法,完成大量继电保护和安全自动装置建模;然后采用分网并行和分组并行计算技术,将大规模电网进行网络分割,分配给子网进程;将大量继电保护和安全自动装置模型进行分组划分,分配给外接进程。任务分配后的数据被提交到并行集群上,执行连锁故障的并行仿真。由于子网进程和外接进程由不同的CPU并行计算,程序效率得以提高,能在用户可接受的时间内完成大电网的连锁故障仿真。     

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。     

协调运行经济性与安全性的电力系统连锁故障风险控制方法

连锁故障对电力系统的危害巨大,因此有必要在连锁故障模拟和风险评估的基础上,实现对连锁故障风险的有效控制。本文提出了一种基于连锁故障模拟和风险评估结果的风险控制方法。首先通过对风险展开式进行近似线性化,求得连锁故障风险的梯度;然后利用风险梯度建立了协调控制优化模型,通过求解得到全系统发电出力调整和切负荷策略,在有效降低风险的前提下最小化控制成本,实现运行经济性与安全性的协调。为了克服线性化带来的较大误差,进一步提出了风险协调控制优化多步迭代方法。4节点测试系统和宁夏电网算例结果验证了所提方法的正确性和计算效率。本文所提方法能够用于离线预想故障分析,并具有在线分析和辅助决策的潜力。