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。     

大型电网连锁故障分析技术及大停电智能预警系统

连锁故障引发的大停电事故在全球范围内时有发生,对社会和经济造成了巨大损失。为了理解连锁故障的演变特征并进一步构建有效的大停电预防系统,回顾近年来国内外发生的8次大停电事故,研究大停电事故的故障演化过程;对现有连锁故障研究模型和方法进行评述,分析其适用性及模型优缺点;提出基于事件校核和连续时域仿真的连锁故障时序事件搜索方法;最终基于所提连锁故障时序事件搜索方法构建了可用于大停电风险可视化预警的智能预警系统。     

基于线路触树故障时间的连锁故障防治研究

近年来世界范围内发生的大停电事故,揭示出研究连锁故障中线路触树跳闸这一故障规律和隐藏的时间尺度的重要性。分别对线路弧垂动态变化和树木高度进行建模,在综合考虑环境条件和输电走廊树木高度的情况下,计算在上一级故障发生后线路由于潮流增加而发生触树故障的时间,为运行人员提供紧迫性感知,避免由于运行人员的延误而造成大停电事故。分别对WCSS-9节点和IEEE-24节点标准测试系统进行仿真,结果说明本方法能根据系统所处实际环境计算系统因线路触树故障发生连锁故障的崩溃序列及相应时间尺度,有助于连锁故障的预防和控制。     

电网连锁故障发展过程及应对

2003年以来,美国-加拿大、俄罗斯、丹麦-瑞典、意大利等国电网相继发生了大停电事故。相关的事故统计数据和研究表明,电网连锁故障引起的大停电事故的概率并非人们以前所认为的那样小;且在触发故障之前,连锁故障是可以被终止的,而触发故障发生之后,事故进程将不可逆转。     

基于实时运行条件的电力系统连锁故障风险性评估

电力系统中的连锁故障是一种发生概率低但后果严重的事故,严重的连锁故障可能导致大面积停电甚至整个系统崩溃.基于风险理论提出了一种复杂电力系统连锁故障的风险评估方法,该算法根据线路潮流实时运行条件来确定引发大停电初始故障的概率,然后根据系统运行状况基于层次分析法和灰色关联度的分析方法模拟连锁故障的一般发展过程,将事故发生的...     

电力系统连锁故障研究综述

大停电事故的发生、发展过程通常表现为连锁故障,如何应对灾难性连锁故障、提高电力系统可靠性是目前电力系统运行与发展的主要任务之一。分析多重故障、相继故障和连锁故障的特点关系,对连锁故障进行定义。分析连锁故障的主导模式及其特点,包括过载主导型、配合主导型和结构主导型,并将大停电事故按照连锁故障机理进行分类。总结归纳连锁故障模型和控制的研究现状,提出电力系统在连锁故障仿真、连锁故障预测和连锁故障控制方面需要进一步突破的关键技术问题。     

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.     

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。     

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。     

电力系统连锁故障分析理论与应用（二）——关键特征与研究启示

研究大停电中连锁故障的关键演变特征有利于辅助理解电力系统故障级联传播现象,总结实际系统行为特点。在前文相关理论方法与应用评述基础上,选取近年来国内外影响较大的8次大停电实例,对其关键特征进行了细致剖析,详细分析并阐述了大停电前期连锁故障的演变过程、临界事件、主导模式与基本共性,对照连锁故障实际过程进一步说明了现有理论实用性不佳、对所涉因素及系统行为考虑过于简化等弱点。此外,针对新的WAMS、灾害监测等信息化系统发展,从电网脆弱性深度分析、故障在线诊断与智能告警、设备状态监测与建模等角度提出研究展望,讨论了未来一段时期内电力系统连锁故障分析技术的发展方向。     

Performance and reliability of electrical power grids under cascading failures

The stability and reliability of electrical power grids are indispensable to the continuous operation of modern cities and critical for preparedness, response, recovery and mitigation in emergence management. Because present power grids in China are often running near their critical operation points, they are especially vulnerable and sensitive to external disturbances such as hurricanes, earthquakes and terrorist attacks, which may trigger cascading failures or blackouts. This paper describes a quantitative investigation of the stability and reliability of power grids with a focus on cascading failures under external disturbances. The 118-bus (substation) power network in Hainan, China is employed as a case study to investigate the risk of cascading failure of the regional power grids. System performance and reliability of the power grids are evaluated under two hypothetical scenarios (seismic impact and intentional disturbance) that could trigger cascading failures. By identifying the most vulnerable (critical) edges and nodes, the robustness of the power network is evaluated under the triggered cascading failures. It is found that the system reliabilities could decline as much as 95% during the triggered cascading failure. This paper also explores the use of concepts from modern complex network theories such as state transition graph and characteristic length to understand the complex mechanism of cascading failures. The findings could be useful for power industries and emergency managers to evaluate the vulnerability of power systems, understand the risk of blackout induced by cascading failures, and improve the resilience of power systems to external disturbances.     

电网连锁故障演化机理与博弈预防

连锁反应故障是导致大停电的重要原因。回顾了2003年以来世界范围内3次较为严重的连锁故障造成的大停电事故,通过对连锁故障发展过程的总结,得出了连锁反应故障的演化规律与一般特征。在此基础上,对连锁反应故障的机理进行了分析。文中将博弈思想应用于连锁故障的预防,将电网出现的扰动作为对弈中的进攻方,系统被动的调整作为被动的防御,提出连锁故障的对弈防御策略,一旦电网发生扰动则系统做相应调整,类似于对弈过程二人的交替走步。机理分析表明,这种调整削弱了元件间的关联作用,将系统运行点向远离临界状态的方向移动,因此可有效预防连锁故障。     

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.     

A new approach for mitigating blackout risk by blocking minimum critical distance relays

Electric power systems are complex and commonly run near their operational limits. Power systems are basically designed based on the (N − 1) criterion. In these systems, total or partial blackouts are unavoidable. Cascading failures following an initial event is recognized as the main mechanism for power system blackouts. Undesirable activation of zone 3 of distance relays due to their local function has been identified as one of the major causes for propagation of cascading failures. In this paper, in order to mitigate the risk of power system blackouts, a novel approach is proposed for recognizing the critical line outages with the highest contribution in cascading failure and preventing their undesirable outage by blocking zone 3 of their distance relay. In this paper, based on the statistical activation of distance relays, a deterministic–probabilistic approach is developed for identifying the critical lines with the highest contribution in blackouts due to activation of zone 3 of their distance relays. In order to avoid interference of relay blocking with the main protection duty of distance relays, the proposed approach recognizes the minimum critical lines with the highest contribution in cascading failure for blocking zone 3 of their distance relays. The proposed approach is demonstrated on the New England 39-bus system and detailed simulation studies carried out to examine the validity and effectiveness of the proposed approach.     

电力系统连锁故障快速预测方法研究

近年来,电力系统大停电事故时有发生,而连锁故障是导致其发生的重要诱因,快速、准确地预测连锁故障可能的发展路径对预防大停电事故的发生具有重要的指导意义。针对过载主导型的连锁故障发展模式,充分利用连锁故障的前后因果关联性特点,定义关联性指标,提出基于故障路径树的连锁故障快速预测方法。该方法采用模糊聚类算法对关联性指标进行分类,选取关联性指标最高的一类支路为下级故障环节,在有效减少计算量的同时,改进了现有预测方法的不足。最后,对IEEE39节点系统进行仿真分析,仿真结果验证了所提预测方法的快速性和正确性。     

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。     

大停电自组织临界特征的若干问题探讨

对电力系统大停电的自组织临界特性的若干重要的问题进行了详细的讨论，包括大停电发生规模的幂率分布特征，分形特征及1/f噪声特征。该文利用国内的一些资料数据对我国电力系统的大停电的概率分布进行了回归分析，并在国内外研究工作的基础上从大停电持续时间分布的角度，对大停电的1/f噪声特性进行了近似证明，其结果和Bak等人在理想沙堆模型上得到的结果基本一致。