考虑系统运行状况的电网连锁故障风险性评估

在大规模电网中,由简单故障触发的系统连锁跳闸可能会导致大停电事故.建立了一种新的电网连锁故障仿真模型,对故障在电网中的传播方式、故障关键元件的识别、系统发生连锁故障的风险和损失评估进行了研究.考虑了系统负荷状况、天气条件、继电保护隐藏故障等因素,可以得到某种运行状态下的连锁故障风险指标,并识别不同情况下引发连锁故障的关键线路,通过IEEE-RTS系统和IEEE57节点系统的计算结果对本方法进行了验证.     

考虑系统运行状况的电网连锁故障风险性评估

在大规模电网中,由简单故障触发的系统连锁跳闸可能会导致大停电事故。建立了一种新的电网连锁故障仿真模型,对故障在电网中的传播方式、故障关键元件的识别、系统发生连锁故障的风险和损失评估进行了研究。考虑了系统负荷状况、天气条件、继电保护隐藏故障等因素,可以得到某种运行状态下的连锁故障风险指标,并识别不同情况下引发连锁故障的关键线路,通过IEEE-RTS系统和IEEE57节点系统的计算结果对本方法进行了验证。     

基于连锁故障搜索模型的降低电网发生连锁故障风险的方法

目前由简单扰动引起的电力系统连锁故障是威胁大规模电网安全稳定运行的一个重要因素。为找出降低电网发生连锁故障的风险的有效方法，使用连锁故障搜索模型在IEEE RTS 96系统上分析了关键线路的故障率、隐藏故障概率、关键线路传输功率上限以及采取新的控制措施对连锁故障风险指标的影响，结果表明降低关键线路的故障率、在某些节点间增加1回线路和采取新的控制措施是比较有效的降低连锁故障的风险的方法，而降低隐藏故障发生的概率对系统的风险指标影响不大。     

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。     

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。     

输电系统连锁故障的运行风险评估算法

随着中国跨区电网的建成,连锁故障已成为威胁大电网稳定运行的重要因素之一。为研究连锁故障输电系统中的传播机理,评估不同保护配置方案下的连锁故障运行风险,提出基于实时运行条件的线路停运概率模型和基于马尔科夫方法的隐性故障模型,并据此提出连锁故障搜索模式。基于风险理论,提出市场条件下输电系统的连锁故障运行风险评估方法及相关指标,从而将安全性和经济性较好地结合起来。将该算法应用于IEEE-RTS 79系统,指出其中的关键线路。仿真分析表明:合理的保护配置方案能减小隐性故障带来的风险,改造线路的传输容量能有效降低连锁故障带来的风险,运用运行可靠性理论去评估连锁故障风险能较真实地反映系统的状态。     

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。     

计及电网结构和运行状态的连锁故障关键线路识别

电网关键线路对连锁故障的发展起到推波助澜的作用。本文提出了一种综合计及电网结构和运行状态的识别方法。利用线路介数量化线路在电网结构中的关键程度;基于风险理论和可信性理论,求取线路断开后给系统带来的风险,得到线路在运行状态上的关键程度。最后提出了考虑结构和运行状态的综合关键指标,用以识别关键线路。对IEEE-RTS 24节点系统仿真,证明了本文方法能够有效识别出对大停电产生重要影响的一系列关键线路。     

基于元胞自动机的电网隐性故障传播模型关键线路识别方法

有效辨识电网中关键线路对优化电网结构、减少电网连锁故障具有重大意义。为此,考虑电网线路隐性故障,建立了基于元胞自动机理论的电网隐性故障模型,并在此基础上提出了一种综合考虑线路两端负荷量、线路故障频率和线路邻居数量的电网关键线路辨识方法。以IEEE39节点系统为算例,识别了该节点系统的关键线路,并通过与别的方法对比验证了该模型的合理性及其电网关键线路辨识方法的有效性。该模型和方法能为电网连锁故障模型和脆弱性评估提供新的参考。     

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。     

Cascading failures of power grids caused by line breakdown

In recent years, several large blackouts have drawn much attention to security problems in electric power transmission systems all over the world, which were triggered by initial minor disturbances and caused by cascading failures. Many models for cascading failures in power grids based on node attacks have been proposed, where only one kind of load is involved. In real power systems, however, strict measures are normally taken to protect the nodes, i.e. the power stations, so that failures at the nodes can hardly occur. It is much easier for transmission lines to break down, which may lead to cascading failures in entire power systems. Hence, a new model involving active and reactive loads and considering transmission line failures instead of node failures is proposed to understand cascading failures of power grids. When a transmission line breaks down, its load is redistributed to its neighbouring lines according to their respective capacities. It is well known that a power grid's topology and connectivity play a key role in determining its dynamic behaviour. Therefore, cascading failures of power grids with typical topologies, i.e. random, small‐world and scale‐free networks, are investigated using the model proposed and considering transmission line breakdowns. Finally, the model's effectiveness is validated employing real data of the European power grid. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于复杂网络的电网连锁故障模型研究综述

电网连锁故障建模可以有效地分析复杂电网连锁故障的动力学行为及故障传播机理。文中从复杂网络理论角度总结了现有的电网连锁故障模型,以及近年来的研究发展状况,详细介绍了相隔中心性模型、Motter-Lai模型、有效性能模型、加权网络模型、时变模型等模型的建立过程及其在电网连锁故障机理研究中的应用。最后,在讨论了这些模型局限性的基础上,提出了复杂网络理论在智能电网建模研究中应用的发展方向。     

联络线故障停运后区域互联电网的紧急协调控制策略

为了减轻由多个区域电网互联组成的大电网因联络线突然断开而引发连锁故障的风险，提出一种以保证各区域电网内的重要关键线路运行为目标，当联络线突然断开后，若关键线路发生过载则对其潮流流入方向所在负荷节点采取按过载率成比例集中切负荷的紧急协调控制策略。以分区后的IEEE 118节点电网为例，采用可以对多个区域电网同时进行仿真的多沙堆停电事故模型，对其联络线故障后电网的连锁故障过程进行仿真实验。仿真实验结果表明，该紧急协调控制策略减轻了因联络线突然断开对多区域互联电网的影响，降低了连锁故障发生的风险。     

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.     

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...     

电力系统连锁故障的关联模型

分析了目前电力系统连锁故障模型的不足,并根据连锁故障的特征,提出了连锁故障的关联模型。该模型通过定义连锁故障环节和环节之间的关联度函数,来描述连锁故障过程中各故障元件之间的相关性,并通过分析关联度函数的影响因素,确定不同因素组合下,关联度函数的具体形式。电力系统连锁故障关联模型不仅能实时反映连锁故障环节之间的相关性,而且能快速预测连锁故障的发展方向,并提供故障过程中的影响因素分析,为连锁故障的预防和控制决策提供参考依据。最后,以IEEE 39节点系统和实际电网为例,验证了该模型对电力系统连锁故障分析的正确性和有效性。     

通信光缆故障对电力网连锁故障的影响

连锁故障研究在应对突发的大面积停电方面具有重要意义,而传统连锁故障研究很少考虑信息网通信光缆对电力网连锁故障的影响。从信息网边的角度出发,在直流潮流模型下,通过建立信息网对电力网连锁故障影响模型,并以IEEE 30节点系统为例,研究了通信光缆遭受随机故障和不同信息网拓扑结构对电力网连锁故障的影响。仿真结果表明,由于信息网的引入,电力系统脆弱点增多,导致大停电的风险增加,随着信息网中通信光缆故障规模的增大,信息网对电力网连锁故障的影响强度由强变弱,直至稳定。同时,信息网网络拓扑结构对电力网连锁故障影响显著,信息网更宽的度分布增加了电力网的脆弱性,在规则网络中,信息节点的度越大,通信光缆故障对电力网连锁故障的影响越小。     

Modeling and impact analysis of interdependent characteristics on cascading failures in smart grids

Smart grids are increasingly interactive with communication networks and have even become interdependent networks. The majority of previous research has assumed that a minor failure might evolve into cascading failures through interactive interdependency. However, in the interdependent power grids and communication networks, the point-to-point interdependency is embedded based on certain topological characteristics rather than at random. This paper aims to analyze the impacts of different interdependencies and structure characteristics of communication networks on cascading failures in power grids. An interactive cascading model for power grids and coupled communications systems is proposed based on the redistribution of DC power flow and the routing of the open shortest path first (OSPF) strategy with consideration of the abnormal transmission, and the interdependency is analyzed numerically. Quantification of the different types of interdependencies illustrates that greater interdependency leads to a lower probability of a large blackout. Furthermore, a threshold value for the transmission inefficiency of communication networks is shown in the cascading process. The most of the power system can be functional when the transmission inefficiency is under the threshold value. Comparison of the threshold values in the double-star and the mesh communication networks illustrates that the heterogeneous characteristics of the double-star structure provide better control to mitigate cascading failures.