电力系统连锁故障预测初探

近年来,连锁故障已成为引发电力系统大范围停电事故的重要诱因,有效预测可能出现的后续故障对于预防大停电事故的发生具有重要的研究价值。文章在深入分析连锁故障初期演变规律的基础上,提出了一种可进行后续故障预测的方法,它可有效计及前后故障之间的相互影响和连锁故障的累积效应,快速预测可能出现的后续故障。文中所作研究是为寻求预防大停电事故的有效方法的有益尝试。     

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。     

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。     

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。     

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.     

电力系统连锁反应事故机理的初步研究

近年来,全世界范围内发生了多次电力系统大停电事故,给社会经济带来了巨大损失。研究表明,大停电事故多是由连锁故障引起,且连锁故障的发展有一定的共性。本文基于对以往发生的各种事故的分析和总结,从寻找系统中重要断面及关键线路的角度出发,研究了导致发生电网连锁故障灾变的机理和对系统连锁故障的预防措施,为提高系统运行可靠性提供了参考。运用EUROSTAG软件在IEEE39节点系统中进行的仿真计算验证了本文的研究结论。     

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。     

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。     

GPU并行的电力系统连锁故障快速仿真算法

针对各类极端灾害频发、电力系统发生大停电的风险问题,该文研究了电力系统连锁故障的演变路径,对降低停电损失、提高灾后恢复能力具有重要意义。基于仿真模拟,以极端灾害导致的故障元件作为初始故障集,利用GPU并行静态安全分析,获取初始故障发生后系统的下层风险元件;利用GPU并行潮流计算模块对严重故障集进行交流潮流分析,计算线路故障的负载率、耦合指标、潮流波动指标和电压越限情况等关联性指标,判断出最严重的故障情况作为下级故障元件,当电压指标越限时采用最优潮流并行模块计算最小切负荷;根据故障链结束判据终止计算,得到初始故障集下的连锁故障演变路径。通过39节点系统算例进行分析和验证,说明了算法的有效性和加速效果。     

基于马尔可夫链的电力系统连锁故障预测

近年来,国内外发生了多起连锁故障引起的大面积停电事故,因此对连锁故障的预测就成了电力系统领域内受到普遍关注的重要问题。现有的连锁故障预测方法未能把网络拓扑结构、前后级故障间的关联、系统不确定性等因素系统而综合地利用起来。在此背景下,提出基于马尔可夫链的连锁故障预测方法,其能够计及系统前后级故障视在功率转移关系、保护/断路器不正确动作的可能性、系统硬件失效率等因素。首先,根据系统初始故障概率和各级故障之间的状态转移概率,预测系统连锁故障的发展趋势,预测出下一级可能的故障集,得到具有时间先后顺序的连锁事故路径。之后,提出了3个脆弱性指标来评估后续故障对系统的影响,以便对可能的连锁故障加以监视和快速控制。最后,用IEEE 10机39节点系统说明了所发展的模型和方法的基本特征。     

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。     

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。     

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。     

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...     

基于协同学思想的电网连锁反应故障预防模型

给出了电力系统连锁反应事故预防的协同学思想,建立了连锁反应的故障预防模型。该模型引入了反映系统运行点距离自组织临界状态远近程度的系统连锁反应风险系数和表征系统支路之间关联程度的支路连锁反应风险系数。比较了连锁反应故障模式搜索过程和手机汉字输入法的设计思路,提出了基于混合法的连锁反应故障模式搜索方法。搜索结果表明,采用上述模型可比较不同运行方式下系统连锁反应故障的威胁程度,且模型的求解过程可作为预防单一连锁故障模式的依据,验证了该模型在防止电力系统大停电方面的有效性和可行性。     

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。     

复杂电力系统连锁故障的风险评估

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。文章提出了一种复杂电力系统连锁故障的风险评估方法,模拟连锁故障的一般发展过程,将事故发生概率及后果联系起来,提出了量化的风险指标,能发现系统运行中更深层次的问题,暴露安全隐患。以此为基础开发了基于风险理论的电力系统连锁故障风险评估软件,并以美国东北部 NPCC 48机测试系统为例验证了该方法的先进性和有效性。     

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。     

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。