新能源高占比电力系统的连锁故障诱因及事故链搜索技术探讨

相较于传统电力系统,新能源高占比电力系统的安全稳定特性、系统级连锁故障诱因及形态有较大的差异.在分析新能源高占比电力系统主要特征的基础上,提炼了新能源高占比电力系统连锁故障的4类主要诱因,并给出了相关案例;为了获得实际新能源高占比电力系统连锁故障的风险认知及可能的连锁路径,提出了3个连锁故障事故链搜索的关键技术,即计及...     

基于事故链及动态故障树的电网连锁故障风险评估模型

在分析现有电网连锁故障事故链模型不足的基础上,提出基于事故链模型与模糊聚类算法预测连锁故障的发展模式,运用动态故障树理论评估支路的重要度。首先,在事故链预测阶段,利用模糊聚类算法对支路进行分类,选取关联性最高的为下级环节,在减少工作量的同时克服现有预测方法的局限性。其次,基于事故链集建立连锁故障的动态故障树模型,利用动态故障树理论计算事故链的概率和风险,完善支路的重要度评估模型。最后以IEEE39节点系统为例进行计算,通过对结果的比较分析,验证所提模型和算法的合理性。     

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.     

基于循环完善法和树状结构事故链的电网连锁故障研究

首次提出了运用循环完善搜索模式和树状结构事故链图形化表达法来分析电网的连锁故障。循环完善搜索模式可以使连锁反应事故集不断地充实完善,使电网连锁故障的全面预测搜索成为可能,进而可为运行人员及早采取正确的决策措施提供技术支持。另外,首次提出的树状结构事故链图形化表达法主要借鉴故障树分析法对树状结构事故链进行分析,可以直观地表达连锁故障事件的发展路径和最终结果,符合电网连锁故障的发展逻辑,该方法可以方便地求取导致连锁故障事件的最小割集、最小割集的发生概率以及由初始故障引发连锁反应事故的概率和各最小割集在此连锁反应事故中的重要程度,从而可以很好地反映电网的脆弱性,算例演示表明该方法具有良好的应用价值。     

基于系统与元件动态交互量化分析的电力系统连锁故障事故链识别方法

针对现有的连锁故障事故链搜索方法一般只考虑线路的过负荷保护或确定性模拟保护控制的动作等不足,提出了基于系统与元件动态交互量化分析的电力系统连锁故障事故链识别方法。该方法基于事故链模型,提出关键元件保护控制动作评估指标,用于量化关键元件保护控制的动作情况。进一步根据该指标计算临界情况下关键元件保护控制的动作概率,确定连锁故障事故链的后续事件。最后,基于风险指标筛选高风险连锁故障事故链。对2017夏高峰负荷情况下的某实际电网进行仿真,结果验证了所提方法的可靠性和有效性。     

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。     

基于风险评估的电力系统连锁故障协调控制模型

分析连锁故障中预防控制和阻断控制的互补性,从降低大停电风险的角度,建立了基于风险评估的连锁故障协调控制模型。首先,综合考虑线路自身故障、潮流转移、隐性故障以及天气因素的影响,求取连锁故障风险。其次,将协调控制表述成一个基于风险指标的优化问题,并根据故障环节的风险重要度确定阻断控制的实施位置,建立连锁故障协调控制模型。最后,算例分析表明,连锁故障协调控制模型能够有效协调预防控制和阻断控制,并根据不同天气状况给出具有最大性价比的控制方案,该方案相比纯预防控制和纯阻断控制能够有效兼顾安全性和经济性的需求,为防御决策提供重要参考。     

交直流混联系统连锁故障搜索模型及故障关联分析

随着大规模直流输电系统的相继投运,交直流耦合问题突出,连锁故障的风险加剧。首先,针对交直流混联系统建立了一种用于故障快速筛选的事故链搜索模型。该模型包括交流侧故障搜索模型和直流故障判断环节两部分:前者计及了支路对直流运行的影响度和结构重要度,并形成停运概率初筛后风险优先的搜索策略;后者将交流系统中短路故障开断和无故障跳闸开断区分开,分别考虑与直流系统的关联情况。其次,提出了一种考虑项序和事务权重的Apriori算法进行故障关联分析,筛选出威胁系统安全的强关联规则。仿真结果表明,所提方法能高效搜索出直流退出运行的故障演化路径,并有效识别危及系统安全的强关联规则。     

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。     

计及恶劣天气因素的复杂电网连锁故障事故链模型

恶劣天气条件下电网各元件发生故障的机率明显增加,加大了电网恶性事故发生的概率。通过电网自组织临界态的演化与事故链各环节发展的对比,指出事故链可以作为表征电网自组织临界态进程的有效工具。在传统电网事故链模型基础之上,基于自组织临界理论,建立计及恶劣天气因素的复杂电网连锁故障事故链模型及其仿真算法,以事故链的形式仿真电网自临界状态演化进程中潜在的连锁故障传播途径,为运行方式制订人员甄别恶劣天气下电网危险环节提供重要依据。对河南电网的实例分析,证明了所提出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。     

基于输电断面识别的电力系统连锁故障风险评估模型

提出了一种改进的电力系统连锁故障风险评估模型。该模型综合考虑了线路故障概率的泊松分布特性以及实时潮流大小的影响,给出了线路停运概率的直线分段拟合计算方法。通过分析连锁故障对供电方和用电方的双重影响,采用母线低电压、潮流相对转移量、系统相对失负荷量作为连锁故障的后果评估函数。所提算法在连锁故障的某一环节选定后,利用有功增加因子先识别剩余网络中相对于该故障环节的输电断面,再在输电断面所含支路中选择下一故障环节,避免了全网遍历搜索。最后对IEEE 39节点系统进行了仿真分析,证明了该方法的有效性。     

配电网设备故障停电风险实时评估

实现配电网设备故障停电风险的实时评估对供电可靠性的提高、停电损失的降低有积极意义。提出包含设备故障率和设备故障停电影响程度的配电网设备故障停电风险评估模型,设备故障率综合考虑了实时系统因素及环境因素,设备故障停电影响程度考虑了损失负荷、损失电量、停电用户小时数、停电用户级别加权户数4个指标。以某配电网为例实现对配电网设备故障停电风险的实时评估,结果达到了实时评估的要求,证明了所提方法的准确性。     

交直流电力信息物理系统连锁故障演化模型及风险评估

为了更准确地对交直流电力信息物理系统(CPPS)连锁故障进行仿真,提出考虑多时间尺度和控制措施时间特性的交直流CPPS连锁故障演化模型.首先,建立3种时间尺度过程下的模型,短时间尺度过程考虑直流换相失败引起的直流闭锁、暂态稳定判断及控制、交流线路严重过载、信息传输;长时间尺度过程考虑一般过载及其控制、重载线路跳闸;极长...     

基于异质元胞自动机的互联电网连锁故障控制措施

为减少互联电网停电事故的规模及频率,提出了一种基于异质元胞自动机的互联电网连锁故障控制措施。首先,依据互联电网由多个不同特性的区域电网构成这一实际,并考虑区域电网间相互影响,建立了异质元胞自动机的互联电网连锁故障模型。其次,考虑各区域电网特性和不同故障阶段区域间的协调关系,提出了一种多区域多阶段线路潮流控制措施。最后,以IEEE118节点系统作为仿真案例,采用异质元胞自动机模型进行停电事故仿真,分别从幂律分布和故障时间序列两个方面验证了控制措施的有效性。并通过与其他控制措施比较,展示了其所具有的优越性。仿真结果表明:调度人员根据各区域电网运行情况,合理选择区域间的支援系数,可有效降低各区域电网大停电风险。     

基于BP神经网络的输电线路山火风险评估模型

近年来,输电线路因山火引起的跳闸停电事故越来越多,严重影响了电网的安全稳定,山火风险防控俨然已成为电网防灾减灾的重要研究课题。考虑到输电线路山火风险的影响因素多而复杂,提出了一种基于BP神经网络的山火风险评估模型。通过研究分析220 kV及以上输电线路山火灾害高发的实际情况,确定山火主要影响因子作为模型的输入,将山火风险等级作为模型的输出,利用Matlab建立基于BP神经网络的山火风险评估模型。实验结果表明该模型能有效地预测山火风险,对及时发布预警消息具有重要意义。     

计及系统连锁故障风险的电网预防控制

电网连锁故障控制策略一般根据选定的运行条件和故障状态,采用确定性的安全校验方法进行预防控制,忽略了系统中存在的不确定因素,并且人为选定的故障方式难以完全反映系统动态特性。考虑初始故障、继电保护动作等不确定因素的影响,计及故障后元件运行状态变化对后续故障的影响,进行连锁故障的预防控制。建立了基于贝叶斯网络的连锁反应故障概率分析模型,对故障进行筛选和识别。根据系统故障发展过程中连锁故障搜索和分析情况,提出以连锁故障风险最小为目标的预防控制方法。针对IEEE30节点系统的故障演化路径求取预防控制措施,仿真结果表明控制策略能有效降低系统发生连锁反应故障的风险,预防连锁故障的发生。     

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。     

一种面向风险评估的输电线路故障概率模型

设备停运是电力系统失效的根本原因,建立设备故障概率模型是进行系统风险评估的核心问题。根据输电线路故障产生的内外部机理,提出了面向风险评估且适用于表征输电线路故障概率的Ageing-Load-Health-Weather- PHM (ALHW-PHM)。模型中基准故障概率函数采用老化失效模型,协变量采用负载率相依的实时导体温度及健康状态和天气状况相依的劣化扣分值,并采用极大似然估计进行参数拟合。为了提高参数拟合的效率,设计了一种基于大数据平台的样本数据级并行参数估计架构。算例分析定量展现了各风险因素对故障概率的影响及在系统风险评估中故障概率的应用。该模型能综合响应老化失效、负载率、健康水平和天气状况等风险因素对故障概率的影响,能为电网的风险评估提供理论支持。