基于潮流熵的电网连锁故障传播元件的脆弱性评估

为研究电网连锁故障机理,同时判别出连锁故障传播过程中的关键脆弱元件,从熵的基本原理出发,结合过负荷与断线扰动下潮流的分布特性,提出了基于潮流熵的脆弱元件评估模型。通过对新英格兰10机39节点系统的模拟计算,节点单位过负荷扰动下,节点的潮流分布熵越小,越容易导致系统支路越限,节点越脆弱;支路受"发电机—负荷"节点对的潮流冲击越大、支路潮流转移熵越小,支路越脆弱,在连锁故障中起到关键传播作用;与基于介数、风险等方法的脆弱元件判别结果相比,基于潮流熵的脆弱元件评估模型物理意义明确,计算速度快,脆弱元件集符合实际情况。     

电力系统连锁故障评估综述

比较全面地对系统连锁故障发生、演化机理以及预防措施进行了综述。首先阐述了连锁故障发生原因和产生机理;其次从系统宏观和微观物理特性的角度将故障模型分为基于复杂网络理论和基于电力系统理论两大类。对连锁故障模型进行详细分析,给出了不同模型的实现方式以及存在的缺陷,并进一步指出了由于电网所具有的存在复杂性和演化复杂性,使得准确对连锁故障的演化机理进行研究存在较大困难。最后提出了预防及缓解大停电事件的有效方法和途径。     

基于PageRank算法的输电网连锁故障脆弱线路辨识

为快速准确识别输电网中可能触发连锁故障的脆弱线路,基于PageRank算法提出一种计及连锁故障级联效应的输电网脆弱线路双层辨识方法.首先,考虑连锁故障的演化进程,建立基于快照的输电网时序网络模型;其次,综合考虑线路间的交互影响和输电线路对负荷波动的抗扰能力,基于拓展PageRank算法构建浅层辨识模型,用于快速计算输电...     

基于潮流转移识别的电力系统连锁故障风险评估模型

在元件停运概率历史统计值的基础上,综合考虑潮流因素的影响,给出了元件停运概率曲线,并采用严重度指标从系统静态安全的角度评估了连锁故障的后果。为了缩小安全分析的范围,根据实时网络拓扑结构建立相应的矩阵,经过矩阵运算,得到过载支路对应的并行断面;利用动态解耦潮流算法计算并行断面内支路的潮流,将潮流增加较大的支路作为下一故障环节的备选支路集。最后以IEEE39节点系统为对象进行仿真,验证了此方法的可行性与有效性。     

基于改进渗流理论的信息物理融合电力系统连锁故障模型

基于改进渗流理论,提出了考虑物理层电网潮流分析与信息层延时的信息物理融合电力系统连锁故障模型。将连锁故障的动态发展描述为故障在信息层、物理层交替传播扩大的多阶段过程,在分析故障在物理层传播的阶段中考虑物理层电网潮流,在脆弱度指标中综合拓扑完整度、信息层延时增量及物理层实际运行指标。对信息层、物理层不同对应依靠策略及节点攻击策略的连锁故障建模仿真表明拓扑中心度对应依靠策略呈现较低的脆弱度;物理层分区设立分布式控制中心与集中式控制中心的结构相比,能提高连锁故障发展中信息层的运行实时性。同时,节点蓄意攻击相比于随机攻击能造成发展更迅速,影响范围更广的连锁故障。     

基于潮流熵测度的连锁故障脆弱线路评估及其在四川主干电网中的应用

运用熵的基本原理,结合电网扰动下线路潮流转移和分布特性,提出线路潮流转移熵和线路潮流分布熵的概念。针对不同运行状态下电网脆弱环节的转移特点和过负荷与故障断线扰动下线路潮流熵的变化特点,考虑电网实时运行风险,提出基于潮流熵的脆弱评估模型。IEEE　30 节点系统仿真结果验证了所提方法的可靠性和全面性。丰大和枯大方式下四川主干网应用表明,潮流分布熵越大、潮流转移熵越小的线路过负荷冲击脆弱度越大;潮流负载较重、运行故障率高、潮流转移熵较小的线路故障断线风险脆弱度高;丰大、枯大期电网的脆弱环节发生转移;基于潮流熵的电网综合脆弱线路与电网实际薄弱环节相吻合。     

基于脆弱线路辨识的电网连锁故障严重路径快速搜索

为在保证搜索精度的同时进一步提升搜索效率,基于电网动态特性,在脆弱线路辨识的基础上,提出一种连锁故障严重故障路径快速搜索方法。该方法首先采用改进K核法,从而实现脆弱线路辨识;其次,将连锁故障前两级指定为脆弱线路,使连锁故障模拟过程向负荷损失较大的方向发展,从而提升严重故障路径搜索效率。以IEEE-39节点系统为算例进行仿真,结果验证了所提方法的高效性。     

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。     

直流潮流与交流潮流的对比分析

直流潮流因其具有线性表达和快速性而被广泛用于电力系统日前发电计划安全校核、电力市场阻塞管理、安全约束机组组合以及经济调度等场合。但是与交流潮流相比,其结果的误差及其与网络结构、运行状态的关系尚未得到深入分析。对IEEE多个测试系统和福建电网算例做了大量数值仿真,给出了误差的量化指标,并对误差与电压标准差、网络元件电抗电阻比及负荷状态等因素之间的关系进行了详细分析。研究表明对于电抗电阻比大于4且电压标准差值小于0.02的网络,采用直流潮流误差较小。     

基于线路运行可靠性模型的电力系统连锁故障概率评估

线路过载被认为是致使连锁故障进一步发展的主要原因.文中基于输电线路的运行可靠性模型,计算了反映系统运行状态的连锁故障风险指标.采用递归算法生成连锁故障树,记录连锁故障路径经历的每个状态及其相应的连锁故障风险指标.在运行可靠性评估框架的基础上,结合动态潮流计算,对IEEE RTS系统进行了连锁故障运行可靠性评估.分析了不...     

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.     

基于综合评价的交、直流输电适用范围研究

以交、直流输电方式的合理适用范围作为研究对象,基于交、直流输电特性,研究了给定输电需求下考虑受端电网电气强度的各高电压等级交、直流输电方案的快速建立方法。在此基础上,建立了考虑功率传输特性、安全稳定性、经济性等多因素的交、直流输电方式的综合评价指标体系,用以评价交、直流输电方案,并提出了交、直流输电方案的综合优选方法。最后,将所提方法应用于多组典型输电情景,建立交、直流输电方案并进行综合优选。总结得到:随着输电容量增大,所需交流和直流输电电压等级增大,2种输电方式的输电距离临界线也由500 km增大到1000 km。     

基于源流路径链和输电介数的电网关键线路辨识

快速、准确和全面地辨识关键线路对预防连锁故障、保障电网安全稳定运行具有重要意义。提出一种基于源流路径链和输电介数的电网关键线路辨识方法,该方法首先建立电网有向加权拓扑模型,然后基于源流路径链生成算法,搜索源流节点对间的所有潮流传输路径。根据输电介数的定义,计算各线路的输电介数并排序,按照排序结果辨识电网关键线路。最后,通过对IEEE39节点的算例测试,验证了所提算法的有效性和准确性。     

Robust modeling of the interline power flow controller and the generalized unified power flow controller with small impedances in power flow analysis

The interline power flow controller (IPFC) and the generalized unified power flow controller (GUPFC) are two innovative configurations of the convertible static compensator (CSC) of FACTS. In this paper, direct modeling of the practical series or/and shunt operating inequality constraints of the IPFC and the GUPFC in power flow calculations are presented. Special initialization of a solution with the IPFC and GUPFC is also derived. Furthermore, an impedance compensation technique is proposed to deal with the numerical instability or the numerical difficulty of the IPFC and GUPFC models when either their coupling transformer impedances are too small or they are transformer-less controllers. Condition number analysis of the Newton power flow equations is given to get insights of the numerical instability of the voltage sourced models of the IPFC and GUPFC with small impedances. Numerical examples are given based on the IEEE 118-bus system, IEEE 300-bus system and a large scale system with 1000-buses.     

直接式AC/AC型混合配电变压器及其在配电环网潮流柔性调控中的应用

为满足未来配电网智能化的发展需求,实现配电环网潮流柔性调控,提出了一种能够满足城市配电环网潮流柔性调控的直接式AC/AC型混合配电变压器(AC/AC-HDT)。提出了AC/AC-HDT的拓扑结构并对其运行原理、优势进行分析与对比。基于此,结合现有配电环网的主要闭环方式,提出了含AC/AC-HDT的城市配电环网组网方案。基于配电环网潮流调控基本原理,给出了AC/AC-HDT在城市配电环网潮流调控中的策略流程。通过实验室AC/AC-HDT原理样机的搭建以及含AC/AC-HDT的双电源配电环网潮流调控效果的仿真分析,验证了所提直接式AC/AC-HDT拓扑的合理性以及其在配电环网潮流柔性调控中应用的可行性。     

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。     

考虑自组织临界条件的区域电网风电极限渗透功率评估方法

随着电力系统中风电装机容量的不断增长,如何评估已有区域电网的最大风电极限渗透功率成为了一个重要问题。通过分析复杂电力系统的自组织临界性,提出了基于区间最优潮流的连锁故障模型来评估系统风电极限接入容量的新方法。该方法将风电出力的波动性建模为区间数,通过区间连锁故障模型模拟在风电比例不断增长情况下的电网连锁故障概率与连锁故障规模的规律,获得电网出现自组织临界特性时的风电渗透平均功率,并以此作为电网的最大风电渗透容量。通过在IEEE30节点系统和IEEE118节点系统上的仿真实验,验证了该方法可合理地测量电力系统的极限风电接入容量。     

基于电气介数的复杂电网脆弱线路辨识

提出了基于直流潮流计算的电气介数和新的网络效能指标,来辨识复杂电网中的脆弱线路。该电气介数克服了电抗加权拓扑介数假设"发电-负荷"节点间潮流沿最短路径或最有效路径传播的缺点,且考虑了发电容量和负荷容量及其分布的影响。引入了考虑电气距离和容量分布的网络效能指标来表征故障后的网络效能。由IEEE39节点和IEEE118节点的数值仿真可知,高电气介数线路通常属于长程连接,处于重要的输电通道上,对这些线路的蓄意攻击,电网效能迅速下降,证实了电气介数能辨识复杂电网中的脆弱线路。     

基于有向权重图和复杂网络理论的大型电力系统脆弱性评估

提出一种基于有向权重图和复杂网络理论大型电力系统脆弱性评估算法,构建了电网各元件的模型,将系统中各母线而不是传统的变电站定义为网络中的节点;考虑功率在电网中的流动方向,同时计及各元件承受功率扰动的能力,将电网等效为一个有向权重图.基于所建立的模型,对电网采用2种方式进行攻击:随机攻击和蓄意攻击,分析电网在各种攻击下承受扰动的能力,指出了电网中的薄弱节点、薄弱线路.利用所提的方法分析了电力系统在连锁故障下的抗毁性.将该算法应用在中国某一区域电网,取得了较好的效果,验证了算法的有效性.