台风灾害下考虑连锁故障的电力系统弹性评估

全球气候变化导致台风灾害频发，亟需通过准确地弹性评估以感知电力系统应对台风灾害的能力。针对现有弹性评估方法对连锁故障过程考虑不足的问题，提出一种考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法。首先，通过输电线路故障模型生成初始故障场景；其次，利用基于短、长两时间尺度的连锁故障演化模型分析可能发生的连锁故障情况；然后，结合电力系统恢复模型，采用序贯蒙特卡洛模拟法，根据系统性能情况评估电力系统弹性；最后，以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析，结果表明所提方法能够更合理地评估电力系统弹性。     

考虑故障连锁的多灾害输电网弹性评估及关键弹性提升元件辨识

作为电力系统的输电中枢,输电网络规模较大,极端天气下故障连锁隐患更为显著。为研究输电网在多类型极端天气过程中故障场景高度耦合背景下的弹性评估以及关键弹性提升元件的辨识,建立基础范围故障率和特征故障率构成的台风、冰雪、雷电3种不同灾害的故障率模型,由等趋势状态表征量的关联耦合故障场景并通过序贯蒙特卡罗模拟得到场景耦合故障集。从传统的面积缺失指标中分离出稳健性、快速性等弹性评估指标,并综合考虑系统的暂态、稳态及经济性能,将评估指标集合表示在弹性经济空间中,利用事件集点簇中心与完美弹性点的加权欧式距离评估系统弹性。其次,基于改进SALSA算法分析故障连锁发展中的关键元件,结合负荷重要度和拓扑重要度对辨识的关键弹性提升元件提供保护来抑制故障连锁发展进而提升系统弹性。最后,通过IEEE118算例,验证提出方法的有效性和准确性。     

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。     

台风天气考虑故障演化的电力系统韧性评估方法

全球气候变化和温室效应加剧造成了极端天气发生的频次增多、强度增大,给电力系统造成的影响愈发严重。电力系统大力发展风/光新能源发电作为缓解温室效应有效手段的同时,也深受极端天气影响。韧性是体现电力系统抵御极端事件、减小故障影响并恢复供电的能力,近年来受到广泛关注。因此,亟需开展新能源电力系统在极端天气下的韧性评估研究。以台风作为极端灾害天气代表,提出了一种台风天气下考虑故障演化的电力系统韧性评估方法。首先,根据台风天气下电力系统故障的发展特征,确定了根据系统性能变化曲线及事故链发生概率综合评估系统韧性的整体框架和流程。具体地,考虑台风天气因素对于风电机组和输电线路的影响,提出了考虑不同时间尺度故障的元件及系统状态转移概率模型;在此基础上,考虑风机故障对风电出力不确定性的影响,建立了计及电网元件故障的系统改进随机潮流模型;然后,根据系统潮流分布和线路过载概率计算连锁故障的发生概率;最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行算例分析,结果表明所提方法能够有效评估极端天气下含风电电力系统的韧性,并为极端天气下含风电电力系统的安全运行提供参考。     

极端气象灾害下输电系统的弹性评估及其提升措施研究

弹性评估能体现系统对极端事件的抵御能力和恢复能力。电力系统作为重要基础设施,在小概率-高风险的气象灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。为完善极端气象灾害下输电系统的弹性评估方法,该文提出一种考虑极端气象灾害在时间和空间双维度下对输电系统的影响的弹性评估框架。首先,以台风作为极端气象灾害代表事件,根据面向灾害风险评估的台风风场模型量化了台风对元件的影响程度,通过考虑台风路径与区域输电系统的关系来确定影响持续时间;其次,考虑故障元件的地理位置、检修队伍、修复策略因素构建输电系统的恢复过程模型,接着利用蒙特卡洛和网格划分的方法,结合系统缺供负荷量,构建对输电系统弹性评估的方法。同时以IEEE RTS-79节点系统为例,验证了提出的评估方法可行性,并在此方法基础上,研究3种典型措施对输电系统的弹性提升影响。算例仿真结果表明,该弹性评估方法可以准确、全面地计及各因素对电网弹性的影响;并指出3种典型提升措施对电网弹性提升的效果,为后期电力部门的运行和规划提供可量化的参考依据。     

台风灾害下考虑脆弱线路加固的新型电力系统弹性提升方法

随着双碳目标的提出,传统电力系统将不断向新型电力系统转变。在此背景下,有效应对台风等小概率高损失的极端自然灾害事件是新型电力系统建设中的巨大挑战。线路加固在提升新型电力系统弹性方面有重要作用,但现有加固措施方案制定过程中对新型电力系统内输电网侧脆弱线路关注较少,忽略了灾害下脆弱线路开断引发的多重故障风险,可能导致加固方案适用性减弱。文中聚焦台风灾害,将灾害下负荷损失和脆弱线路存护比例作为弹性量化指标,提出一种考虑脆弱线路加固的新型电力系统弹性提升模型。根据弹性指标特性,分别将灾害下负荷损失和脆弱线路存护比例作为目标函数和约束条件,该模型以线路加固成本、台风灾害下切负荷成本之和最小为目标,考虑了脆弱线路存护比例约束。通过IEEE RTS 24系统算例分析表明所提方法能够有效满足弹性指标要求。     

山火灾害下输电系统的弹性评估方法及其提升措施

弹性能反映电力系统应对极端灾害的抵御能力和恢复能力。输电系统作为电力系统中的重要组成部分,在小概率-高损失的山火灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。该文提出一种考虑山火灾害全过程的输电系统弹性评估框架。首先定量分析极端山火灾害对输电线路故障率的影响,建立火点位置与线路故障率之间的数学关系,并利用系统信息熵获取典型故障场景以描述山火灾害可能导致的故障规模;其次,结合故障元件的地理位置、检修人员调度资源和修复时间等因素,构建以最小化山火灾害下负荷削减量为目标的输电系统恢复模型,提出考虑灾害全过程的输电系统弹性评估方法;最后,以IEEE RTS-79节点输电系统为例,验证了所提模型和弹性评估方法的有效性。算例结果表明,该评估方法可有效、全面地衡量各因素对输电系统弹性提升性能的影响。此外,定量分析了3种典型弹性提升技术措施的效果,为电力部门应对极端山火灾害制定防御及恢复策略提供了可量化的参考依据。     

基于数据挖掘的配电网线路台风故障影响分级评价

台风灾害给电力系统造成巨大损失,严重威胁配电网可靠运行,因此,评估台风对配电网的影响至关重要。提出了一种基于大数据分析的配电网线路台风故障影响分级评价方法。首先,基于配电网在线监测大数据资源,构建配电网线路台风故障影响评价指标体系;其次,采用主成分分析和单层次分析等数据挖掘方法求取评价指标权重;然后,计算各条线路台风故障影响综合评分并划分影响等级。最后,选取中国某省的配电网台风故障线路数据进行算例分析,验证了所提算法的实用性和有效性。算法可精准定位配电网线路台风故障薄弱环节,对供电公司精准化运维和线路升级改造具有重要意义。     

台风天气下电网薄弱线路辨识与停电事故模型

为研究台风天气下电力系统的连锁故障演化,提高电网的应对能力,选用Yan Meng风场模型计算台风天气下输电线路的故障率。首先,结合线路潮流的停运概率模型,制定计及电网拓扑结构的线路脆弱度指标;然后,对现有停电模型进行改进,建立一种包含时间、空间、强度三要素的台风天气电网停电事故模型;最后,以宁德电网为例,仿真分析了玛莉亚台风期间该电网的薄弱线路,验证了所建模型的可行性。仿真结果表明,可用事故幂律曲线的分维值对台风天气下电网整体稳定性进行评估。     

基于脆弱性的电力应急体系灾害损失预评估

介绍了基于时间维的灾害损失评估的几种评估方式,针对其中的预评估在电力应急体系中的应用展开分析,提出了在电力应急体系中进行灾害损失预评估计算方法。具体介绍了该计算方法中灾害损失数值和电力系统相关系数两个具体参数的确定方法,针对国家和上海市中最严重的台风灾害损失,根据已有的数据资料具体推导计算,得到预估台风针对电力系统造成的灾害损失,以根据预评估的数据安排电力应急体系的具体区域电力调度和保障物资的准备和发放,为电力应急体系的应急管理提供参考与辅助。     

考虑电网载荷均衡度及N -1安全约束的防灾经济调度

极端气象灾害的日益频发,给电网安全稳定运行带来了极大的威胁。传统电力系统的经济调度方法为了追求发电成本的经济性而忽略了电网载荷分布状况,在恶劣天气条件下重载或是满载线路的停运都可能引发电力系统连锁故障大停电事故。为此,提出了一种恶劣天气条件下考虑电网载荷均衡度及安全约束的防灾经济调度方法。该方法在传统经济调度模型的基础上,综合考虑全网和恶劣天气影响区域输电线路载荷的状况,通过降低全网输电线路载荷率的平均绝对偏差以及恶劣天气下区域输电线路载荷率,改善电网的载荷均衡度,并提高系统的运行安全。为保证调度模型在恶劣天气条件下的鲁棒性及求解高效性,基于支路开断分布因子以及校验添加再校验思想,提出了一种新的安全约束动态校核及添加方法。最后,基于现有的考虑隐性故障的连锁故障仿真模型,提出了在台风灾害下电力系统防灾经济调度策略的可靠性评估方法。IEEE RTS-79系统的仿真结果表明,相比于传统经济调度方法,所提出的防灾经济调度方法能够有效地提高电网载荷均衡度,改善恶劣天气条件下电力系统的停电分布,并可提高系统运行安全性及可靠性。     

基于脆弱性的电力应急体系灾害损失预评估

介绍了基于时间维的灾害损失评估的几种评估方式,针对其中的预评估在电力应急体系中的应用展开分析,提出了在电力应急体系中进行灾害损失预评估计算方法.具体介绍了该计算方法中灾害损失数值和电力系统相关系数两个具体参数的确定方法,针对国家和上海市中最严重的台风灾害损失,根据已有的数据资料具体推导计算,得到预估台风针对电力系统造成的灾害损失,以根据预评估的数据安排电力应急体系的具体区域电力调度和保障物资的准备和发放,为电力应急体系的应急管理提供参考与辅助.     

电力系统脆弱性评估综述

针对电力系统脆弱性评估体系当前的研究概况,首先对脆弱性本身的概念解读及其在系统安全分析中的定义进行了分析;其次将脆弱性与系统安全性、风险性、弹性等系统固有属性进行了比较,明确了脆弱性与其他三个属性的区别与联系;同时,通过分析脆弱性与连锁故障机理的内在交互,揭示了系统脆弱性和级联故障的本质;最后对脆弱性评估的分类与总结阐明了电力系统脆弱性当前评估体系存在的问题,并且展望脆弱性的研究方向。     

基于改进状态空间分割法的继电保护设备拒动风险评估

继电保护设备隐性故障已经成为导致电力系统连锁故障的重要因素.因此,在电力系统的风险分析中,需要突破传统N-1故障设置假设,考虑受继电保护设备隐性故障影响的N-k连锁故障.针对继电保护设备拒动引发连锁故障的问题,首先根据继电保护设备的功能模块建立继电保护设备拒动故障树模型;然后综合考虑元件固有失效率和运行信息,建立继电保护设备拒动概率动态评估模型.基于此,提出一种改进的状态空间分割法对电力系统面临的连锁故障风险进行分析,实现了在枚举空间和抽样空间中进行连锁故障搜索,可提高连锁故障搜索的完备性和风险分析的计算效率.最后,在仿真中验证了所提方法的有效性.     

极端天气下计及电-气互联影响的配电网弹性评估

为避免在极端天气下发生大规模停电事故,配电网必须具备一定抵御极端灾害、最小化负荷损失并迅速恢复断电负荷的能力,称之为配电网的弹性。在综合能源背景下,电-气互联系统实现了电、气两种能源形式的紧密耦合,二者在故障情形下可以互为备用,是提升配电网弹性的有效手段。文章以台风灾害为例,提出了一种计及电-气互联影响的配电网弹性评估方法。基于台风风场模型,获取台风过境情况下配电线路的时变故障率,并以此故障率进行随机抽样,生成配电网故障场景。针对孤岛场景,可以通过燃气轮机对孤岛内负荷供电,并根据最优切负荷模型计算孤岛内负荷缺额。以配电网负荷曲线缺失面积作为弹性指标,基于蒙特卡洛模拟评估计及电-气互联影响的配电网弹性。最后,通过改进IEEE 33配电系统算例验证了所提方法的有效性,量化分析了电-气互联对配电网弹性的提升作用。     

低碳化转型下综合能源电力系统弹性：综述与展望

当前,电力系统正在转型为清洁低碳的新一代综合能源电力系统.不仅可再生能源出力的间歇性、随机性会影响综合能源电力系统的正常运行,而且极端事件对单个能源系统造成的扰动可能引发综合能源电力系统范围内的连锁故障.为增强综合能源电力系统耐受、应对极端事件的能力,相关的弹性评估和提升研究日愈重要.首先对综合能源电力系统弹性的概念进行介绍,然后对弹性评价指标、运行状态分析方法等进行梳理与总结,且以多元技术融合的视角对弹性提升手段进行思考与展望,最后对相关研究可能面临的问题和挑战进行梳理和分析.     

强台风环境下配电线路故障概率评估方法

针对强台风环境下配电线路故障问题,提出了一种台风到来前配电线路故障概率评估方法。首先,根据历史灾害损失数据拟合强台风环境下的杆塔故障概率曲线;其次,利用流体力学软件对配电网所在区域进行风荷载仿真计算;最后,在真实台风环境下根据台风实时气象信息计算配电网所在区域的风荷载,并计算配电线路整体故障概率。算例验证了强台风环境下该方法对配电网线路故障概率评估的合理性和实用性,该方法可为中国东南沿海配电网台风期间应急预警及防灾减灾工作提供借鉴参考。     

台风灾害下配电系统受损评估研究

台风灾害会造成配电系统多个元件同时故障而导致大面积用户停电。为研究台风灾害对于配电系统的破坏影响,提出台风灾害下配电系统受损情况评估方法。为描述台风特征对元件故障概率的影响,基于台风影响历史数据,使用随机森林算法建立元件脆弱性曲线。在元件模型建立后,使用时序蒙特卡洛模拟法评估配电系统的实时和累计电量及用户损失。为提升评估效率,引入故障模式后果分析法,使用最小路法生成故障影响报表,更快地确定失电负荷节点。最后通过RBTS-BUS6测试系统和广州地区的实际系统进行算例分析,验证了所提算法的有效性。结果表明：台风对配电网的影响具有延时性,配电系统受损情况与元件维修时间和维修资源数量相关。     

考虑连锁故障的广东电网抗毁性分析

为研究极端天气条件下的复杂电网抗毁性,构建计及台风及衍生灾害共同作用的电网节点停运概率模型,并分析了一种基于复杂网络理论的连锁故障模型。结合极端天气导致的电网节点故障和连锁故障过程中的节点过负荷故障,采用连锁故障模拟仿真的方法对复杂电网的抗毁性进行分析。以广东电网为例,首先分析了广东电网具有的小世界性是导致电网抗毁性降低的内在原因,随后的连锁故障仿真结果充分说明了电网小世界性的加深对电网抗毁性的恶化起到了加剧作用;最后,指出极端天气扩大了连锁故障的传播范围,严重地降低了电网的抗毁性。     

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.