基于渗流和风险理论的电力系统连锁故障分析

基于渗流理论结合电气性质研究连锁故障发展机理,探索故障发展路径。首先构建了支路故障渗流概率模型,结合支路健康度指标、重要度指标综合得到支路故障停运概率模型,可以辨识正常运行状态下系统脆弱支路、预测故障运行状态下系统故障支路。其次,构建了系统连锁故障路径综合后果指标,结合路径发生概率构建路径风险评估模型,全面诊断分析连锁故障可能发展路径。最后,以IEEE 39节点系统的算例验证了所述方法的有效性。     

电力系统连锁故障快速风险评估模型研究

为了提高电力系统连锁故障风险评估的快速性,解决现有模型难以实现在线应用的问题,提出了一种基于危险支路集的快速评估模型。该模型利用双向搜索算法搜索出开断支路两端点间的前K则最短路径,以确定支路开断后潮流转移的范围;综合考虑支路潮流增量、潮流越限程度两方面因素定义了危险支路判据,以便在前K则最短路径的基础上快速识别易引起连锁故障的支路,确定下一步安全分析的对象。通过上述两步骤缩小了每一故障环节的安全分析范围,提高了整体的风险评估速度。IEEE 39节点系统的仿真实例证明该模型具有较快的风险评估速度以及较高的评估精度,易于实现在线应用。     

基于潮流转移因子的电力系统连锁跳闸风险评估

提出了一种基于潮流转移因子的电力系统连锁跳闸风险评估方法。在基于最优潮流交易的基础上,应用潮流转移因子对支路切除后的潮流转移情况进行预测,考虑潮流转移后支路电流不确定性建立后备保护动作概率模型,用首条支路故障概率和下条支路后备保护动作概率之积描述连锁跳闸的可能性指标,以连锁跳闸后是否切负荷将风险严重性进行分级,然后分别以连锁跳闸后系统购电费用增幅和切负荷费用为严重性指标,从而得到特定交易下支路连锁跳闸风险值,获得高风险连锁跳闸的支路路径信息,为制定交易计划和防范风险提供决策支持信息。IEEE10机39节点系统算例仿真结果表明了该方法的有效性。     

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。     

二次系统隐性故障的多指标综合风险评估

针对二次系统隐性故障可能引发的连锁故障,提出了一种多指标综合风险评估方法。采用马尔科夫状态空间转移方法,求解系统处于不同状态的时变概率及平稳概率。将平稳概率与距离保护相结合,构造反映系统隐性故障的模型。从电网容量、电网用户、电网稳定性3个方面建立电源孤立、负荷切除以及电网解列的风险指标,加权得到反映连锁性故障的综合风险指标。建立了基于蒙特卡洛抽样算法的风险评估体系,并通过具体的算例对多指标风险评估的方法应用进行展示。     

严重灾害下特高压交直流电网风险评估方法

为研究特高压交直流电网承受自然灾害的能力,基于风险评估理论,研究了适用于严重灾害下特高压交直流混合电网的安全性分析方法。首先,考虑连锁故障的全过程,提出一种基于PSD电力系统分析软件仿真的快速故障概率计算方法,计算系统在某初始故障集下的连锁故障概率;并考虑故障恢复阶段的损失,建立全过程风险评估模型;其次,从电网架构、故障状态、经济损失3个方面提出了综合指标评价体系,对系统风险进行了量化评估。最后对某地区特高压电网2种规划方案进行了风险评估,通过比较其连锁故障发展过程,并根据事故阶段和恢复阶段的风险指标计算结果,得出了优选网架规划方案,验证了研究工作的有效性。     

考虑隐性故障的继电保护重要度分析方法

提出基于电力系统连锁故障风险评估的继电保护隐性故障重要度分析的新方法。首先通过继电保护隐性故障概率模型得到保护设备的隐性故障概率,然后将风险评估理论与母线孤立、负荷失电和电力损失期望3个指标结合,最终建立起电网的Monte Carlo仿真模型,利用继电保护重要度分析方法,得出电网中保护设备引发电网连锁故障的重要度排序。IEEE14节点系统的应用结果证明了该方法的可行性和正确性。     

考虑多时间尺度的连锁故障演化和风险评估模型

现有连锁故障演化模型忽略了连锁故障中的动态过程,未能充分考虑连锁故障中不同物理现象和对策的时间特性。在此背景下,提出一种基于多时间尺度的连锁故障演化模型。该模型根据连锁故障过程中不同物理现象和对策的时间特性,将连锁故障划分为3种时间尺度过程。同时根据不同时间尺度过程的时间范围和特点,建立相应的仿真模型,并采用3层计算结构来处理3种时间尺度过程的关系,建立连锁故障演化模型。其次,基于风险理论,对得到的连锁故障演化路径及其故障环节进行风险评估。最后以IEEE 39节点系统为例进行仿真计算,分析了连锁故障演化特点和风险变化,以及连锁故障中控制措施对连锁故障风险的影响。     

基于时变隐马尔科夫模型的连锁故障预测

最近几年,电力系统大面积停电事故在国内外多有发生,而这些事故都是由连锁故障所引起。因此,分析其发展机理、预测其发展路径成为相关学者重点关注的问题。针对目前预测方法比较单一、不能全面考虑连锁故障的影响因素等问题。文章提出时变隐马尔科夫预测模型,该模型改进了马尔科夫模型中的状态转移矩阵;充分考虑了支路保护/断路器拒动、误动概率、系统支路硬件故障概率、支路使用年限等方面因素。首先,基于系统拓扑结构计算支路间的故障状态转移概率矩阵;其次,对该矩阵进行不同的改进;然后,通过对比不同模型的预测结果,优化改进,得到连锁故障传播路径;最后,用IEEE36模型验证本文所提方法的可行性和准确性。     

基于电网状态和结构的连锁故障预测

电网连锁故障可能导致大规模停电并造成严重后果,在故障初期对后续故障进行预测有助于对大停电事故的预防。在分析了典型连锁故障的发展过程的基础上,建立了完整的支路静态能量函数的模型,构建了映射潮流变化的能量指标。结合反映电网结构脆弱性的电气介数,计及前后故障之间的累积效应,提出了反映电网故障后状态变化和结构变化的综合性裕度指标预测连锁故障。仿真结果能够搜索出较严重的连锁故障模式集,验证了该方法的合理性、有效性。     

计及全路径关联概率的连锁故障风险评估模型

连锁故障包含了源发故障、状态转移、控制失当等偶然性与必然性交织的复杂因素,传统基于相邻事件概率关联的方法难以准确反映这种复杂性所带来的风险强弱。首先,通过耦合各级故障与后续事件的关联特征,建立了计及全路径关联概率的连锁故障风险评估模型;再利用贝叶斯网络推理算法,从概率拓扑角度推算出可能发生的连锁故障事件全路径关联概率,根据该关联概率方法可得到初始激励下最有可能发生故障的下一级线路及其影响范围与强度;然后从线路状态、节点电压以及网络拓扑等方面提出了5个后果严重度指标,并基于模糊分析方法对连锁故障后果进行综合评估,以最大隶属度原则量化所分析连锁故障路径风险等级;最后,新英格兰39节点标准系统验证了所提方法的有效性。     

基于精确隐性故障模型的输电系统连锁故障风险评估

针对继电保护隐性故障进行研究,改进了现有的隐性故障模型,并在此基础上评估了保护隐性故障造成连锁故障的运行风险。首先根据不同隐性故障造成保护不正确动作概率的不同,将隐性故障详细分类,建立了隐性故障概率模型;其次应用置信规则库,建立考虑环境和系统潮流影响的保护系统马尔可夫模型,将隐性故障概率模型和马尔可夫模型结合,建立精确隐性故障模型。再次,根据隐性故障造成连锁故障的传播机理,建立连锁故障模型,并从概率、网络结构、能量损失3个角度建立相关的严重度指标。最后,将模型应用于IEEE-118系统,通过对比传统隐性故障模型和文中所提精确隐性故障模型所得风险评估结果,验证了所提精确隐性故障模型更加贴合实际,其风险评估结果更加真实可靠。     

小世界网络下电网连锁故障预测

电网连锁故障可能导致大规模停电等严重后果,小世界网络是复杂网络理论中重要网络模型之一.该文首先提出了基于小世界网络构建合理的拓扑模型,建立预测连锁故障优先级的方法.其次,构造了建立在物理特性、电气参数、功率损耗等因素基础上的加权电气介数,结合完整的支路静态能量函数模型,建立了映射潮流变化的能量指标.再次,提出了反映电网发生故障后小世界网络模型的状态和结构变化的综合性裕度指标预测连锁故障.最后,将该算法在IEEE-57母线系统中进行算例分析,仿真结果表明所提预测方法能够快速、准确地搜索出较严重的连锁故障模式集,验证了该方法的合理性、有效性.     

考虑线路停运率的电网连锁故障风险评估

风险指标能够综合事故的可能性和严重性,可用来预测电网的连锁故障序列。传统风险评估中的可能性指标仅考虑了线路故障率,而线路过载停运是导致电网连锁故障的重要原因之一。为考虑电网中的复杂不确定性,根据线路故障、线路不正常工作时引起保护动作、环境因素和人为误操作3个方面来确定每条线路的综合停运率。以线路综合停运率作为连锁故障的可能性指标,结合严重性指标进一步建立了考虑线路停运率的电网连锁故障风险评估模型。对WSCC-9节点系统和某地方电网采用该方法进行仿真,结果证明该方法正确、客观,具有一定的工程应用价值。     

基于模糊聚类和最短路径的关键输电断面确定新方法

针对因支路故障或过载被切除之后的潮流转移关键输电断面如何正确快速确定问题,提出了基于模糊聚类和最短路径的潮流转移关键输电断面快速搜索新方法。该方法首先采用具有自适应选择最佳分类数的随机聚类方法,对所有线路功率构成进行分类,获得故障或过载支路的并行支路集构成初始输电断面,以避免由于人为给定分类数的不恰当所产生的多选及漏选问题;然后对初始输电断面中的每一支路,依次从故障或过载支路的一端开始搜索包括相应支路的到故障或过载支路另一端的最短路径,在该路径上所有与故障或过载支路潮流方向相同的支路,均为关键输电断面中的候选支路,以补充单纯由聚类方法确定的候选支路可能的漏选;候选支路再经简单的分布因子校核即可确定是否为关键输电断面中的支路。该方法实现了基于支路功率聚类关键输电断面选择方法和最短路径关键输电断面选择方法的有机融合和优势互补,提高了辨识精度。多个算例证实了文中方法的有效性。     

考虑线路停运率的电网连锁故障风险评估

风险指标能够综合事故的可能性和严重性,可用来预测电网的连锁故障序列.传统风险评估中的可能性指标仅考虑了线路故障率,而线路过载停运是导致电网连锁故障的重要原因之一.为考虑电网中的复杂不确定性,根据线路故障、线路不正常工作时引起保护动作、环境因素和人为误操作3个方面来确定每条线路的综合停运率.以线路综合停运率作为连锁故障的可能性指标,结合严重性指标进一步建立了考虑线路停运率的电网连锁故障风险评估模型.对WSCC-9节点系统和某地方电网采用该方法进行仿真,结果证明该方法正确、客观,具有一定的工程应用价值.     

面向互联电网连锁故障安全防控的关键支路辨识

随着电网互联紧密程度的提高,抵御连锁性故障成为关键问题。在一定场景下,电网关键载流支路故障会引发过载型连锁反应,威胁系统安全运行,对于此类关键线路的筛选和辨识具有重要意义。据此,在考虑无功电压的改进直流潮流模型的基础上,推导和构建了过载型连锁故障动态演化模型。该模型考虑连锁故障过程中系统功率平衡和电压稳定装置的调节作用以及系统的校正控制措施,并较为准确地模拟支路失效后互联系统连锁故障的动态演化过程,进而研判连锁故障对系统功能和结构的影响。在此基础上,提出了电网载流支路的重要度评估指标,通过大规模连锁故障模拟计算,获得各载流支路的重要度指标,最终实现电网关键支路的有效辨识。以IEEE 39节点系统为算例,验证了所提模型和方法的有效性。     

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。     

基于故障影响范围的风险场景筛选方法

在电网风险评估中，需要考虑的风险场景众多，特别是多重故障场景数量巨大，给风险评估指标的在线计算造成了严重困难。提出了一种基于故障影响范围的风险场景筛选方法，该方法将存在支路越限的N-1故障和存在解列情况的N-2故障归入风险场景集，并基于支路开断因子确定N-1故障影响范围；分析了各N-2故障的故障影响范围交叠情况，在此基础上采用快速潮流计算，根据是否存在支路潮流越限筛选得到风险场景集。仿真算例表明，上述方法可大幅提升风险场景，特别是多重故障风险场景的辨识速度，更好满足了在线风险评估的应用要求。     

含大规模风电电网的关键线路识别及连锁故障预测

电力系统中的少数关键线路在连锁故障的演化过程中起着重要作用,随着电网风电渗透率的增加,风电出力的不确定性会影响关键线路的识别。为提高辨识准确性,提出考虑连锁故障过程中的支路潮流与结构脆性关联度的综合脆弱性指标来识别关键线路,进而进行连锁故障预测。最后,通过IEEE39节点系统仿真计算与风电并网运行的风险评估结果进一步验证了所提模型和方法的合理性,并且分析了风电渗透率对连锁故障停电风险的影响。