台风灾害下考虑连锁故障的电力系统弹性评估

随着全球气候变化导致台风灾害频繁发生,亟须进行准确的弹性评估,以掌握电力系统在应对台风灾害方面的能力。针对现有弹性评估方法对连锁故障过程考虑不足的问题,提出了一种充分考虑连锁故障演化过程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,进行连锁故障演化的模拟;然后,建立弹性评估指标;最后,以IEEE 118节点系统为例进行仿真分析,结果表明所提方法能更合理地评估电力系统弹性。     

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。     

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。     

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。     

考虑暂态过程仿真的连锁故障多时域演化模型

在分析现有连锁故障演化模型不足的基础上,提出考虑暂态过程仿真的连锁故障多时域演化模型,并对连锁故障路径进行阶段性评估。首先,建立线路过负荷保护模型、发电机电压保护模型、线路状态转移模型和负荷时序波动模型,并按照不同扰动的时域特性对模型进行时域分类;其次,针对连锁故障演化的不同时域过程,分别建立暂态过程的暂态仿真模块,暂态过程向中长期过程过渡的潮流计算模块和中长期过程的稳态仿真模块,形成了连锁故障多时域演化模型;最后,以故障环节为评估对象,对连锁故障进行阶段性评估。用IEEE 39节点系统进行仿真计算,分析表明所建模型能够更加合理地模拟连锁故障演化过程,提高连锁故障演化模型的精确性,并揭示连锁故障的阶段性特征。     

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。     

台风灾害下电网韧性评估及差异化规划

台风灾害易使电网产生群发性地断线从而演化为大型停电事故，造成巨大经济损失。文中针对极端台风灾害下电网韧性评估及差异化规划方法展开研究。首先，基于Batts风场模拟，构建电网线路故障恢复模型，提出一种考虑重要负荷供电韧性的评估指标。然后，构建差异化规划两阶段优化模型：第1阶段基于差异化规划方案优化线路加固策略；第2阶段通过优化储能供电支撑负荷恢复策略，进一步校验规划方案的韧性提升效果。最后，通过椭圆函数修正惯性权重的粒子群优化算法进行求解。通过仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于故障链聚类算法的电网关键线路辨识

研究连锁故障发展机理以及辨识故障演化路径中的关键线路,对揭示电力系统薄弱环节、降低连锁故障风险具有重要意义。为此,文中提出一种基于故障链聚类算法的电网关键线路辨识方法。首先,建立改进的基于直流潮流法的电力系统解列模拟器(DCSS)连锁故障仿真模型,配合随机化学(RC)法高效生成含详细时序信息的故障链集合;然后,以编辑距离为相似性指标实现对故障链的层次聚类,分类后的故障链集合不仅可以降低后续数据挖掘的难度,而且能够更加全面地识别出不同连锁故障演化模式中的薄弱环节;最后,以Matpower 2383节点系统为例,根据关键线路扩容后系统风险水平的下降程度评估各类算法所辨识线路的重要性。结果表明文中方法能更好降低系统连锁故障风险水平,证明了所提模型及算法的有效性。     

考虑智能软开关电压支撑的城市配电网弹性提升方法

近年来台风、暴雨等极端天气对电力系统的安全造成巨大影响，电力系统的弹性成为人们关注的热点。配电系统弹性是系统应对极端事件的预防、抵御、响应及快速恢复供电的能力。提出了一种考虑智能软开关(soft open point, SOP)和分布式电源(distributed generation, DG)的配电系统弹性提升方法，在多阶段弹性提升过程中考虑了DG规划、主动孤岛运行、SOP快速故障隔离和供电恢复。首先建立了SOP数学控制模型和考虑SOP的配电网供电恢复模型；然后提出了多阶段弹性评估指标和方法，建立了含SOP的多阶段混合整数线性规划模型，并考虑了每个阶段的网络拓扑和操作约束；最后在IEEE 33标准算例上进行分析计算，验证了所提弹性提升方法的有效性。     

基于马尔可夫过程的电力系统连锁故障解析模型及概率计算方法

提出一种基于马尔可夫过程的电力系统连锁故障解析模型及概率计算方法,该方法区分电力系统不同元件物理特性,结合系统元件所在电力系统状态信息,分析元件停运概率。在元件停运模型基础之上,考虑连锁故障演化过程中故障事件间的相关性,以及故障序列对故障概率、故障后果的影响,通过马尔可夫过程描述连锁故障转移过程,搜索系统在不同初始故障条件下的连锁故障事件,生成电力系统连锁故障全系统状态空间;与此同时,分析系统不同状态下的转移过程,通过相关元件停运模型分析系统转移概率,计算得到不同规模连锁故障的概率。最后,在RTS79系统中验证此方法,结果表明该方法可发现系统在不同初始故障下的连锁故障事件,并计算连锁故障概率,发现系统中的关键元件,以便基于此提出相应的系统改进措施,预防连锁故障发生,降低系统风险,提高电力系统供电能力。     

计及台风的含高渗透率风电大电网多时间尺度防御调度策略

为解决我国沿海地区大规模风电接入电网场景下对台风灾害鲁棒性不足的问题，提出一种计及台风的含高渗透率风电大电网多时间尺度防御调度策略。首先，根据台风气象数据建立台风灾害下可调度风电资源评估模型及典型电网元件故障率模型，生成台风灾害下电网故障场景；其次，考虑台风场景下风电出力及故障情景，提出电网失负荷和电网风险指标量化的电网故障损失及概率，分析电网的风险成本；进一步，根据响应速度及能量时移特性对电网的多源调度资源进行分类，以电网风险成本及运行成本之和最低为目标函数构建多源电网多时间尺度防御调度模型，并应用改进海鸥算法对模型进行求解。最后，通过IEEE-39节点算例结果表明，所提出的防御调度策略能协调源-荷的灵活资源，提高电网面对台风灾害的鲁棒性。     

基于能量熵测度的电力系统连锁故障风险辨识

连锁故障是现代大型电力系统必须面对的重大风险。连锁故障过程中,随着电网结构与状态不断演化,事故扩散往往伴随着潮流转移、功率振荡、电压波动等诸多复杂现象。将连锁故障过程中涉及诸多电气参数的系统状态统一至能量函数框架下,考虑系统的能量演变特征,以能量冲击分布熵、能量转移分布熵和单位转移能量密度提取系统宏观演变趋势与关键特征,辨识连锁故障的源发性扰动及连锁开断薄弱元件。通过建立连锁故障能量冲击风险熵评估模型,衡量连锁故障各阶段对系统的冲击大小及系统连锁开断全过程的风险损失。新英格兰10机39节点系统算例结果验证了模型的正确性和有效性。     

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。     

基于OPA连锁故障模型的电力系统风险评估

连锁故障是大停电事故的主要诱因之一。本文在OPA连锁故障模型(ORNL-PSERC-Alaska,OPA)的基础上,分析连锁故障的演化机理,探讨大停电事故的复杂特性;通过考虑继电保护隐性故障和推导完整事故链进一步完善OPA模型;引入多种系统级的风险评估指标对仿真结果进行处理,在宏观层面上评估目标系统连锁故障风险;通过统计故障频次,辨识目标系统的薄弱环节。最后编写MATLAB程序,并以IEEE RTS96节点系统为算例,仿真得到不同运行条件下的连锁故障仿真结果,计算得到大停电风险评估指标,验证了评估方法的有效性。     

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。     

考虑连锁故障的覆冰灾害下输电线路脆弱性分析模型北大核心CSCD

虽然电网鲁棒性日益增强,但部分输电线路经过区域极易遭受覆冰灾害,导致该地区发生一次故障的概率大幅增加,而一次故障将会导致电网发生二次连锁故障。针对此问题,文中首先通过蒙特卡洛法判断覆冰灾害引发的输电线路一次故障脆弱性,然后通过自组织临界理论判断由一次故障引发的输电线路二次连锁故障脆弱性,从而建立综合考虑覆冰灾害和电网物理特性的输电线路脆弱性分析模型,以潜在事故链的形式展现了电网覆冰灾害下的故障演化进程,为运维人员甄别覆冰灾害下区域电网的输电线路薄弱环节提供重要决策依据。最后通过对IEEE-39节点电力系统实例进行仿真与分析,验证了所提出模型的可行性。     

考虑电网载荷均衡度及-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N-1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N-1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。     

考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障评估

天然气机组的大规模引入使得电力系统和天然气系统耦合更为紧密,这也导致天然气系统运行方式会对电力系统的安全可靠运行带来重大影响。现阶段对电力系统连锁故障发生机理和模型构建等内容的研究已经开展较多。然而,传统的电力系统连锁故障研究仍集中于电力系统侧,忽略了与天然气系统耦合的因素。电-气耦合的背景下,天然气系统中发生的随机故障会导致天然气机组的输出功率减少,进而可能加剧电力系统的连锁故障。为此,提出了考虑天然气系统随机故障影响的电力系统连锁故障模型,将随机故障下天然气系统对电力系统的影响转换为天然气机组输出功率的变化,而后将其作为约束条件耦合到电力系统连锁故障模型中,以此来评估天然气系统随机故障对电力系统连锁故障的影响。最后,引入IEEE30节点和比利时20节点天然气系统组成的测试系统验证模型的有效性。