考虑电网承载结构的连锁故障模拟与防御策略

提出基于复杂网络和信息熵理论的电网承载结构模型,定义线路承载能力、承载系数及全网电气结构承载熵等指标,研究其与电网自组织临界性的定性关系。通过IEEE 118节点算例仿真揭示了承载结构能够实时反映电网结构与运行状态的变化情况,承载熵变化与负荷损失变化之间具有宏观关联性。在此基础上,提出同时在故障过程中优化控制和电网发展过程中规划建设的双层连锁故障防御策略,并建立加入防御策略的连锁故障仿真模型。采用某省实际电网进行连锁故障仿真,验证了所提指标的合理性,并通过对比加入防御策略前后大停电累积概率分布曲线验证了防御策略的有效性。     

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.     

考虑风电场接入的电网连锁故障运行风险评估

随着智能电网的兴起,大规模新能源的并网增加了系统的不确定性。为了研究风电接入对电网大停电的影响,从连锁故障的角度出发,结合输电线路和保护的运行可靠性模型,根据风电出力变化和系统当前运行状况,提出了连锁故障搜索模式,并基于效用理论提出连锁故障运行风险评估方法及相关指标。以IEEE-RTS 79系统为算例,分析不同的并网方案下风险指标的差异,评估风电渗透率、风电接入方式以及风电随机性对输电网连锁故障的影响,研究结果可为风电接入条件下的电网规划运行及防御大停电提供科学的理论依据和参考价值。     

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。     

隐性故障对小世界电网连锁故障的影响分析

为了研究复杂电网连锁故障的传播机理,文中在综合考虑电力系统中过负载故障和隐性故障的基础上,构建了一种基于复杂网络理论的电力系统隐性连锁故障概率模型。该模型假设过负载邻接节点中负载率变化最大的节点和每轮连锁故障中负载波动最大的节点均为隐性故障可能发生节点。将该模型在IEEE 300节点网络和Watts-Strogatz网络上进行仿真,仿真结果表明:电力系统隐性故障加剧了故障的传播范围,并且故障传播的范围将随着Watts-Strogatz网络边重连概率的增大而显著增大。最后,指出减小隐性故障的误动概率、降低小世界电网的随机连边概率、防止电网向随机网络演化,是抑制隐性故障在连锁故障中传播、提高电力系统安全性的有效途径。     

信息网受损对电网过载主导型连锁故障的影响

信息网是实现信息系统功能的基础,信息网不同程度受损导致信息系统功能呈现多态性,影响电力系统的灾变应急能力。研究信息网受损对电网连锁故障的影响,是保证现代电网安全运行的重要课题。以信息系统的监视和控制功能为切入点,建立考虑信息网受损影响的电网连锁故障模型;结合信息网结构和信息系统功能受损程度量化指标,分析不同信息网受损程度对电网连锁故障的影响;从失效边群体区域分布和个体重要性角度,对比研究了几种信息边失效方式下,信息网受损对电网连锁故障的影响。对IEEE 30节点系统的仿真表明,信息网受损削弱了系统抑制电网连锁故障传播的能力,导致连锁故障蔓延;当电网处于重负载水平时,信息网受损对电网连锁故障的影响更为显著;不同信息边失效方式下电网连锁故障规模差异明显,信息网结构脆弱性是影响电网连锁故障传播的重要因素。     

基于脆性风险熵的复杂电网连锁故障脆性源辨识模型

复杂电网连锁故障是引发系统大停电的主要原因,其实质是脆性源被激发后系统脆性的传播过程。为研究复杂电网大停电的机理及防御措施,同时找出电网的薄弱环节,提出了一种基于复杂系统脆性理论的连锁故障脆性源辨识模型。模型从电力系统本身具有的脆性出发,用潮流熵来衡量电网所处的状态,通过脆性关联及熵增分别从元件和宏观上阐述连锁故障的传播机理。提出了脆性源的辨识方法,并综合元件脆性关联度的分析给出了对连锁故障影响较大的系统薄弱环节的判定流程,通过对连锁故障过程的模拟,用脆性风险熵来评估元件退出运行对电网状态的影响及造成的负荷切除,为连锁故障防御策略制定提供依据。以甘肃电网为例验证了模型的有效性和可行性。     

基于网络依存关系的CPPS连锁故障分析及风险评估

信息系统的融合给电网安全运行带来了新的风险，因此有必要研究电力信息物理系统(cyber-physical power system, CPPS)连锁故障的产生及传播机理。首先建立CPPS部分相互依存模型，采用老化因素、潮流、隐性故障、偶然因素构建电网风险元，采用信息占用率、拓扑结构、网络攻击、节点负荷以及依存关系构建信息网风险元，从而将风险元理论应用于CPPS连锁故障预测过程。其次提出一种同时考虑两网失负荷率的风险计算方法，可以识别骨干层与接入层的关键节点。最后分析信息节点自身故障和网络攻击引起的信息节点失效对连锁故障的不同影响。算例分析表明：依存关系会促进故障在两网传播，增大系统的风险；对CPPS进行整体分析能较全面地评估连锁故障风险，识别关键信息节点；同时遭受网络攻击与信息节点自身故障的CPPS的平均风险最高，需采取措施提高其可靠性。     

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。     

基于标准化结构熵的电网结构对连锁故障的影响

为研究大规模互联电网连锁故障的传播机理,选取输电线路的电抗值作为线路权重,建立电网加权拓扑模型,并定义综合考虑节点和边差异性的加权网络拓扑结构熵的概念。连锁故障过程中结构熵的变化能有效地反映故障传播的速度。利用遗传算法迭代计算相同结构下结构熵指标的最大值与最小值,将连锁故障过程中结构熵值归一化从而消除电网规模对结构熵指标的影响,得到标准化结构熵值。通过分析故障前后电网标准化结构熵值的变化辨识电网结构中"异构"线路。对IEEE 118节点系统和华北电网仿真实验说明通过主动移除"异构"线路能改善电网结构异构性,增强网络抵抗连锁故障的能力。     

电网复杂性及大停电事故的可靠性研究

从电网连锁故障的近似整体模型的统计分析、动态特点和风险评估入手,探讨了近期关于电网复杂性和连锁故障机理的一些研究进展。众多学者对北美电力可靠性协会(NERC)提供的北美地区15年的事故数据进行分析,发现其事故概率和事故规模近似服从幂指数律,并具有集群特性。学者们提出了多种连锁故障模型来阐释连锁故障的机理。进一步研究发现,电网是一个具有自组织临界特性的网络,其网络演变特性必然导致系统趋向临界状态,而系统临界负荷状态下连锁大停电事故的风险大大增加。要削减和预防电网连锁故障的发生,就需要寻找降低系统风险的作用力, 并建立一个综合评估框架来进行分析和研究。     

从复杂网络视角评述智能电网信息安全研究现状及若干展望

未来智能电网可视为信息/物理网相互依存的超大规模二元复合网络(cyber-physical power grid,CPPG).研究其安全理论特别是信息安全对全系统存活性的影响在理论和工程两方面均具有重要意义.全面论述了电网信息安全的国内外研究现状,提出将复杂网络理论加以发展并应用于CPPG的网络建模、拓扑结构特征提取、...     

交直流电网连锁故障研究现状与展望

综述了国内外对连锁故障机理和连锁故障模型的研究现状,分析了高压直流输电系统接入传统电网所带来的影响,讨论了已有连锁故障机理和模型在交直流电网的适用性以及存在的问题。在此基础上,从深入探索交直流电网连锁故障机理、建立更符合交直流电网实际的连锁故障模型、搭建精确高效的连锁故障仿真平台和制定交直流电网连锁故障预防策略4个方面展望了未来研究方向。     

电网连锁故障分析方法评述

由于近年来世界范围内发生了不少大停电事故,这些事故多表现为连锁故障,因而电网连锁故障的研究日益受到重视。国内外的研究人员就此从多个角度提出了各种分析方法以及数学模型来研究电网连锁故障的发生、发展机理及其表现形式。本文对这些研究成果分为如下四类进行了评述①模拟物理过程的模式搜索法;②模拟物理过程的宏观评估法;③简化物理过程的宏观复杂系统理论法;④简化物理过程的宏观复杂网络法。文章的最后对今后可能的研究方向进行了展望,指出应该考虑连锁故障发展过程中安全自动装置动作这一类更加复杂而普遍的行为以反映真实的连锁故障发展过程,在计算资源受限的条件下,可以从相继开断的角度来考虑连锁故障的分析和预防;复杂系统理论方法应尽可能地利用反映电网实际连锁故障过程的样本数据以避免简单建模和真实物理过程之间误差;复杂网络法可以考虑和模拟物理过程的方法紧密结合以更真实地反映电网的结构脆弱性。     

特高压电网安全监控功能和技术需求分析

为进一步完善特高压电网安全理论和安全监控技术,基于实际电力系统大停电事件分析,讨论了形成连锁故障的条件和大电网停电事件的复杂性,解释了典型大规模停电事件发生和发展的机理,指出电力系统安全防御体系的缺陷是造成大规模停电的重要原因。在上述基础上,针对特高压大电网安全的关键问题,讨论了对特高压大电网安全防御体系的新的功能需求。最后建议建立分布式的多智能体安全监控系统,加强对发电机和关键输电线路的实时监测和提高电力系统危急状态实时调整能力,这样可以充分降低电力系统发生大规模电压崩溃的风险。     

复杂网络理论及其在电力系统中的应用研究综述

因连锁故障引发的大电网停电事故凸显了大型电力系统的脆弱性。传统方法难以有效解释类似事故的发生机制,复杂网络理论研究的不断深入和广泛应用为此提供了新的理论工具。首先简介了复杂网络理论及其基本概念,其次探讨了用以解释电网连锁故障发生机制和结构脆弱性的理论基础,并详细阐述了复杂网络理论在电力系统拓扑结构建模、连锁故障模型研究、电网脆弱性分析以及电网关键支路和节点识别等方面的研究进展和应用情况,最后对未来的研究方向做出了展望。     

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。     

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。     

自适应外部环境的电网安全稳定智能防御系统应用

基于江西自适应外部环境的电网智能防御系统实际运行,结合实际调度运行的案例阐述了智能防御系统的作用。系统实现了电网拓扑关系、地理信息、自然环境信息、电网运行状态信息的多时间尺度多维一体可视化展示。基于灾害机理,系统实现了自然环境引发设备故障的概率量化评估和自适应预想故障集调整。结合雷电、山火实例介绍了考虑自然灾害信息的电网安全预警与辅助决策和相继故障风险评估等功能。最后,介绍了离线研究子系统在编制短、长期调度预案方面的积极作用。     

基于态势感知的电网台风预警防御框架研究综述

鉴于态势感知在电力系统的应用和发展,对基于态势感知技术的电网台风预警防御框架进行研究,以应对近年来频发的台风灾害。基于态势感知的3个阶段对台风预警防御框架的主要研究内容和关键技术进行归纳。在态势要素采集环节对台风预警防御系统需采集的信息进行了拓展和总结。基于所获取的数据,在态势理解环节对电力设备的静态故障率和电网的韧性进行实时评估,以实时感知电网的运行状态。在未来态势预测环节,在预测和修正台风的路径及风速的基础上,对台风灾害下电网的运行风险评估方法进行归纳分析,包括单个故障、群发性故障和连锁故障的风险预测。最后,总结了基于态势感知的电网台风预警防御的整体框架,并对台风预警防御框架的未来发展方向进行展望。