电力系统连锁故障多阶段动态博弈防御模型

近年来,国内外发生了多起连锁故障引起的大停电事故,阻止连锁故障发展、避免大停电事故发生对保障电力系统安全稳定运行具有重要的现实意义。为了防御由连锁故障引发的大停电事故,提出一种考虑参与人有限理性的连锁故障多阶段动态博弈防御模型。基于故障方的有限理性假设和故障方行动的关联性假设,综合考虑元件自身故障、外界环境、潮流转移和隐性故障等因素对元件停运概率的影响,提出基于实时运行条件的元件停运概率表征有限理性的故障方不完美的选择能力;根据可掌握的事故状态信息,提出潮流转移严重度和系统失负荷严重度表征故障方追求自身利益的意识;并进一步基于风险分析方法,生成故障方的策略集合。从风险理论的角度出发,将运行风险作为收益函数,用于定量评估防御方行动的有效性。最后,以IEEE39节点系统为例,验证了该模型的合理性。     

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。     

考虑线路停运概率的电力系统连锁故障阻断控制

随机故障造成系统潮流转移,并进一步导致线路过载停运是引发连锁故障的一个重要因素,对此,提出一种考虑线路停运概率的连锁故障阻断控制方法。首先,基于输电线路可靠性模型搜索过载主导型连锁故障路径,并根据风险指标筛选高风险路径。在此基础上,针对高风险的连锁故障路径,将阻断控制表述成一个基于风险指标的多阶段最优潮流问题。以调整发电机出力、切负荷为调控手段,将线路运行可靠性模型用Sigmoid函数近似表示并作为约束,建立连锁故障阻断控制模型,然后采用内点法求解该问题。算例分析表明,由该连锁故障阻断控制方法得到的控制方案能够考虑线路故障概率的影响,在阻断连锁故障发展的同时,有效协调安全性和经济性的需求。     

基于复杂网络理论和条件概率的灾难性事故风险评估方法

应用复杂网络理论与风险理论,综合考虑了电网的运行状态和拓扑结构,提出了一种基于贝叶斯网络的条件概率风险指标对电力系统灾难性事故的评估方法。该方法引入了电气介数指标,克服了传统风险评估中事故严重度只考虑电网运行状态而没有考虑电网结构的不足。应用条件概率,弥补了传统风险评估中元件故障概率之间相互独立的缺陷。构建了灾难性事故风险指标体系,表征了系统当前状态的运行风险,刻画了系统由于连锁故障向灾难性演变的趋势。仿真结果证明该方法能够有效地辨识系统存在的风险,为电网安全性评估提供了有效的参考信息。     

计及老化线路电流承载能力退化特性的电力系统连锁故障分析

长期老化效应导致输电线路的电流承载能力退化以及老化失效风险增大,会使连锁故障风险进一步恶化。研究了输电线路老化对电力系统连锁故障的影响。首先,基于热平衡理论建立了输电线路老化相依的电流承载能力计算模型,阐述了电流承载能力与输电线路运行年龄的数值对应关系。在此基础上,综合考虑实时潮流和输电线路的老化效应,建立了包含实时潮流、运行年限、停运概率的三维映射关系,改良了输电线路动态停运概率模型。然后,通过引入概率阈值参数,建立一种改进的基于停运概率模型的连锁故障路径搜索准则,以连锁故障演化过程中的最大概率耦合事件为导向,在过滤低概率连锁故障路径的同时筛选代表性故障路径。最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行了实例研究。算例结果证明,考虑线路老化效应后,由单线路意外事件触发的连锁故障事件增多,概率增大,其对应路径阶数增大,系统连锁故障风险明显升高,表明输电线路老化效应与连锁故障后果之间存在显著相关性。     

基于不完全信息多阶段对策的复杂电网连锁故障防御模型

为防御由连锁反应故障引发的大停电事故提出一种基于不完全信息多阶段对策的复杂电网连锁故障防御模型。鉴于无法掌握连锁故障各个阶段的事故状态信息,提出负载严重程度和母线电压跌落严重程度表征"不完全信息"情况下元件故障对系统造成的影响。结合对策理论,模型对连锁反应故障不同阶段的电网进攻方当前策略进行辨识并求取其支付函数。根据进攻方支付函数的大小,防御方通过计算直流潮流灵敏度矩阵和负荷节点电压灵敏度矩阵采取相应的防御策略,同时对电网各元件进行快速越限系数计算,预测进攻方下一轮策略。模型为连锁故障初级阶段的调整措施和快速反应阶段的紧急控制措施提供了直观依据。算例仿真验证了该模型的准确性和有效性。     

计及传播路径的电力系统连锁故障多阶段阻断控制

开展连锁故障的多阶段阻断控制研究对于电力系统安全稳定运行及电网的升级改造均具有重要的应用价值.简要阐述了过载主导型连锁故障的传播过程,并分析了该类型的连锁故障传播路径与阻断控制策略间的交互影响.在此基础上,针对考虑传播路径的连锁故障开展了多阶段阻断控制研究,提取了故障/非故障路径线路的停运概率约束以及潮流控制力度约束,建立了以期望控制成本和失负荷风险之和最小为目标的考虑传播路径连锁故障多阶段控制模型.算例分析结果表明,基于该连锁故障阻断控制模型求得的控制策略能够在驱动连锁故障仍按预测传播路径发展的同时有效降低故障路径内线路故障概率,为连锁故障的防御决策提供了重要参考.     

一种电力系统连锁故障的概率风险评估方法

讨论了连锁故障风险评估的框架结构,即确定元件停运模型、选择初始系统状态、相继故障过程分析和风险计算。该文在分析中考虑了保护误动、断路器拒动、元件组停运、电站相关停运、共因停运等相关停运模型,利用功能组分解技术和事件树分析法,选择连锁故障的初始系统状态,提出简化相继故障过程分析的依据和处理方法,进而提出一种新的连锁故障概率风险评价方法。通过算例,给出不同停运模式的风险指标以及系统元件的风险排序。仿真结果显示,系统发生连锁故障的总风险值随负荷率的增长而增长。当负荷率小于1时,连锁故障总风险主要由保护误动模式承担;当负荷率达到1和1.26两个临界点时,总风险发生两次突变。其中,第1个临界点受共因停运模式的影响,第2个临界点受单元件强迫停运模式的影响。     

基于潮流转移识别的电力系统连锁故障风险评估模型

在元件停运概率历史统计值的基础上,综合考虑潮流因素的影响,给出了元件停运概率曲线,并采用严重度指标从系统静态安全的角度评估了连锁故障的后果。为了缩小安全分析的范围,根据实时网络拓扑结构建立相应的矩阵,经过矩阵运算,得到过载支路对应的并行断面;利用动态解耦潮流算法计算并行断面内支路的潮流,将潮流增加较大的支路作为下一故障环节的备选支路集。最后以IEEE39节点系统为对象进行仿真,验证了此方法的可行性与有效性。     

基于随机潮流和风险价值的含大规模风电系统高风险连锁故障评估

随着系统中风电渗透率的增加,风电出力不确定性对电力系统连锁故障演化路径的影响不可忽视。基于此,引入随机潮流和风险价值理论,构建一种高风险连锁故障事故链模型,分析含大规模风电系统连锁故障事件的风险程度。首先基于多点风电随机注入相关性的随机潮流方法,提出了前瞻故障实时概率和严重度的后续故障搜索指标,据其风险价值选取高风险故障作为下级故障。其次,为反映风电随机性对风险指标的影响,采用模糊聚类建立风电场景,计算系统失负荷损失风险指标。基于该指标可分析当前运行点处于安全运行区域还是连锁故障高风险区域,指导系统日内调度。最后以改进的IEEE 39节点系统为例,说明了所提模型和算法的合理性,并分析了风电渗透率和风电预测误差对连锁故障停电风险的影响。     

台风对电力系统连锁故障的影响分析

在分析连锁故障现有模型的基础上,在多时间尺度连锁故障预测模型中考虑台风对线路故障概率的动态影响,建立台风变化过程与连锁故障事故链的配合关系。考虑台风影响下的线路故障概率,构造初始故障集;结合天气因素、线路负载率和潮流波动率等因素构造关联性指标,利用聚类方法选取关联性指标高的线路作为下一级故障线路,模拟重载等因素引起的线路随机开断;将基于潮流追踪的切机切负荷与发电机调整相结合,用于线路一般过载的控制,并计算事故链的概率和风险;最后以IEEE 39节点系统为例,说明台风对系统关键线路和事故链的影响、基于潮流追踪的切机切负荷控制的作用和提高线路设计风速的可能性,并验证了所提模型和算法的合理性。     

基于加权半方差的含风电电力系统旋转备用效益研究

在考虑系统旋转备用的容量成本和能量成本、因购买旋转备用而减少的停电损失,以及旋转备用效益的离散程度的基础上,引入风险偏好系数,并采用证券投资组合中的加权半方差度量风险。以期望旋转备用效益最大和风险最小为优化目标,建立基于加权半方差的含风电电力系统旋转备用效益-风险模型。采用蒙特卡洛模拟法模拟实际负荷功率偏差和风电出力预测偏差,并通过多目标纵横交叉算法求得期望旋转备用效益-风险有效前沿和日前旋转备用计划,以及风险偏好系数、可靠性水平、预测偏差、失负荷损失价格、旋转备用价格对期望旋转备用效益和风险的影响。算例验证了所提模型的合理性。     

基于风险的电网调度操作最佳供电路径生成策略

为保证电网调度操作票系统生成票样的合理性,针对调度操作票生成涉及的负荷转移问题,提出了一种基于风险的调度操作最佳供电路径的生成机制。采用深度优先搜索策略对电网拓扑结构进行负荷转移路径的搜索,并结合启发式剪枝技术,按照电网经济性和安全性的原则及时淘汰无效转移路径,形成可行供电方案。根据考虑了电网连锁故障的静态安全风险评估综合指标,在搜索到的可行供电方案中决策出最佳供电路径方案。算例分析证明了所提方法的合理性。     

电力系统在线运行风险评估与决策

电网运行风险评估可以综合考虑扰动事件发生的可能性与严重性,是电网确定性安全分析的有益补充.分析在线环境下运行风险评估与传统可靠性研究之间的关系,讨论在线运行风险评估的特性和关键问题;重点探讨瞬态时变的设备停运模型、缺乏统计数据情况下的建模方法、快速评估算法和基于风险决策模型的数学含义等。运行风险技术可以从系统和设备2个层面对导致系统故障的累积性风险因素和突发性风险因素进行建模,并可以应用到状态检修优化决策等领域,具有广阔的应用前景.     

基于风险理论的电力系统元件风险评估

提出了基于风险理论的电力系统元件风险评估办法。以风险理论为基础,综合考虑元件停运概率和元件停运可能对系统造成的影响,通过过电压风险、低电压风险、线路过载风险、变压器过载风险、失负荷风险五类风险指标对电力系统元件风险进行“分诊”,应用3标度层次分析法得出元件综合风险,并进一步应用ALARP原则对综合风险量化分级。通过IEEE RTS-79系统验证了基于风险理论的电力系统元件风险评估办法是可行的,它能确定系统各元件所处的风险水平及在系统中的重要度,为电力系统运行维护人员提供了一定的参考依据。     

考虑保护失效和电网动态平衡特性的连锁故障风险评估

保护失效特性严重威胁了电网安全。同时,现代电网受扰动后可调整线路参数,以减缓故障蔓延,具有典型的动态平衡特性。基于复杂网络理论提出了考虑保护失效特性和动态平衡特性的连锁故障风险评估方法。首先,基于隐性故障,定义了保护失效严重度概念,可度量保护对电网安全的影响程度。其次,结合保护失效严重度,建立了变权重模型,以表征电网故障后动态平衡特性。然后,引入风险理论,从复杂网络理论角度评估电网安全风险,以为实际运行提供指导意义。最后,新英格兰39节点算例系统验证了所提方法的有效性和合理性。     

考虑信息失效影响的配电网信息物理系统安全性评估方法

由自然故障或网络攻击导致的信息失效事件会影响配电网的故障处理过程,导致配电网停电区域的扩大与停电时间的延长。为量化评估信息失效故障给配电网信息物理系统（cyber physical system, CPS）安全性造成的影响,首先建立配电网CPS安全性评估框架,明确安全性评估的内容和流程。其次,以最小化失负荷功率为目标函数构造配电网故障恢复数学模型,得到故障下的最优开关动作策略。随后考虑故障定位、隔离、恢复过程中出现的信息失效故障,分析其对故障处理业务的影响,计算信息物理组合故障下的安全性评价指标,最终得到对配电网CPS安全性影响最大的关键组合故障集与关键的电力及信息设备。基于某地62节点配电网算例的仿真结果,验证了所提方法的有效性和合理性。     

配电网重复多发性停电风险辨识方法

该文提出了一种针对配电网重复多发性停电的风险辨识方法。首先,界定了配电网重复多发性停电的频率,提出基于停电发生概率和停电严重程度的重复多发性停电风险预警指标。为准确刻画已发生停电次数对重复多发性停电预警指标的影响,提出重复多发性停电影响因子,用于修正预警指标。分别采用装备水平、运维水平和网架结构水平指标刻画重复多发性停电发生概率,采用停电负荷重要程度、历史停电投诉信息、停电影响用户数指标刻画重复多发性停电损失严重程度,基于层次分析法（analytic hierarchy process,AHP）和熵权法确定各影响指标的主、客观权重,最终实现配电网重复多发性停电的风险预警评估。根据量化评估结果,即可辨识出重复多发性停电风险较大的线路。以某省电力公司3条10 kV线路为例进行了算例分析,算例结果表明,所提指标和方法能够有效评估配电线路重复多发性停电风险,并辨识出风险较高的线路。     

一二次系统融合的电网风险评估实用化计算方法及数据建模研究

二次系统在电网安全运行中的地位日益重要,如何合理评价二次系统对一次系统的影响是全面的电网安全风险评估的难点。以保护系统为研究范例,提出了综合考虑保护功能分解及其与变电站二次元件的拓扑关系模型。依据物理组件与保护功能之间的拓扑关系,给出了由各组件故障概率构成的不同功能配置的保护系统故障概率计算模型。依据保护的失效以及误动和拒动行为对一次系统运行的不同影响,构造了一二次系统融合的风险评估体系及评估流程。基于IEC 61970 CIM标准进行一二次元件信息模型、计算交互模型和事件后果模型的数据建模,并阐述了其风险计算流程中的信息来源及关键步骤。     

计及输电线路老化风险的电力系统快速预防控制模型

输电线路老化失效事故的发生,会导致线路停运,由此导致的潮流转移可能会造成其他正常线路过载,从而严重危害电力系统的安全稳定运行。因此,有必要深入研究输电线路老化对系统安全稳定的影响,并采取相应的预防控制措施以减小系统运行风险。基于风险理论给出了线路老化失效概率的计算方法,构建了一种连续可导的线路老化失效后系统的过载风险指标;进而建立了一种计及风险的电力系统快速预防控制模型。针对模型的特点,引入支路开断分布因子,以减少预防控制模型求解过程中优化变量和约束条件的数量,从而有效地提高了模型的求解效率。仿真算例验证了所提模型的有效性和高效性。