基于复杂网络理论和条件概率的灾难性事故风险评估方法

应用复杂网络理论与风险理论,综合考虑了电网的运行状态和拓扑结构,提出了一种基于贝叶斯网络的条件概率风险指标对电力系统灾难性事故的评估方法。该方法引入了电气介数指标,克服了传统风险评估中事故严重度只考虑电网运行状态而没有考虑电网结构的不足。应用条件概率,弥补了传统风险评估中元件故障概率之间相互独立的缺陷。构建了灾难性事故风险指标体系,表征了系统当前状态的运行风险,刻画了系统由于连锁故障向灾难性演变的趋势。仿真结果证明该方法能够有效地辨识系统存在的风险,为电网安全性评估提供了有效的参考信息。     

基于复杂网络理论与风险理论的地区电网脆弱性评估

电网脆弱性不仅与电网的网络结构及其电气参数有关,还与电网的实时运行状况及约束条件有关。基于复杂网络理论与风险理论,提出了一种新的电网脆弱性评估方法。首先以节点重要度指标和线路改进介数指标对电网中的脆弱源进行识别;再利用设备状态检修数据建立起脆弱源元件的故障模型,依据设备的健康指数推算出设备的故障可能性,并引入效用理论来评估故障严重度,得到相应的综合静态风险指标;最后基于网络结构特性指标和综合静态风险指标定义了节点脆弱度和线路脆弱度指标,并以某一地区电网为例进行分析,结果表明,文中定义的脆弱度指标能有效地克服以往从单一角度去评估电网脆弱性的弊端,提高了辨识精度与辨识效果,验证了该脆弱性评估方法的合理性及有效性。     

基于测量参数的距离保护运行风险分层评估方法

距离保护的正确工作对电力系统的安全稳定运行意义重大。针对目前距离保护失效概率难以准确反映保护原理、难以计及保护之间配合关系对失效概率的影响且计算方法较为复杂等不足,首先结合阻抗继电器的动作特性,提出了基于启动截距和测量截距的距离保护失效概率计算方法。其次,通过确定保护失效的后果和风险评估指标,进一步制定了距离保护风险评估的详细流程。最后,以IEEE 3机9节点系统为例,分析了其距离保护原理性失效风险。分析结果表明,该方法能有效适应智能电网要求,可准确计算继电保护系统的失效概率和运行风险,并可发现保护系统的部分潜在风险。     

基于复杂网络理论的电力系统脆弱性分析

针对大区域电网发展及其安全稳定问题,基于复杂网络理论研究了电力系统大面积停电事故与电网连锁故障的内在机理。从电网拓扑模型和脆弱性评估指标的角度出发,分析、类比了各评估方法,指出当前应用复杂网络理论研究电力系统脆弱性方法尚存不足,电网与其他复杂网络的本质区别是研究的瓶颈问题。通过改进评估模型反映电网本质特性及其运行状态,指出了提高评估精度是下一步研究的重点。     

基于保护脆弱度加权拓扑模型下的电网脆弱性评估

电网中存在的某些脆弱环节对系统大停电事故有着重要的影响。为了有效辨识出这些脆弱环节,提出了基于保护脆弱度加权拓扑模型下的脆弱性评估方法。定义了保护配合度、保护故障严重度和保护脆弱度,并以此提出了单元保护脆弱强度的概念,量化了保护装置的脆弱度对电网中单元脆弱性的贡献程度;建立了基于保护脆弱度的拓扑模型,并给出了加权后相应复杂网络参数的定义;由此,提出了结合单元保护脆弱强度与介数的电网脆弱性评估方法。算例结果验证了所提方法在保持复杂网络理论对结构脆弱性有较好辨识效果的基础上,有效地计及了保护装置脆弱性因素对电网脆弱性的影响,提高了脆弱辨识效果和精度,表明该方法简单有效,具有一定的应用前景。     

基于复杂网络的电网关键单元辨识评估在应急管理体系中的应用

电网由于自身设备数量、种类繁多,网架结构错综复杂,其安全稳定运行经常会受到复杂外部环境影响。基于复杂网络理论,采用电网关键单元辨识评估方法,根据电网的电能传输物理特性,对电网中的节点及线路进行结构重要度排序,辨识评估电网中的关键结构单元,可量化评估电网运行风险,制定切实有效的预防控制措施,预防减少电网应急事故的发生,降低电网运行风险。     

基于模糊聚类和模糊推理的电网连锁故障预警方法

在连锁故障研究过程中,对其可能给电网带来的风险进行预警可以引导运行人员实现科学决策,从而避免大面积停电的发生。为实现连锁故障的预警分级,首先应用模糊C均值聚类及其修正方法对连锁故障概率进行分级,然后将失负荷、低电压和过负荷指标作为输入变量,构建反映电网静态安全水平的故障严重度模糊规则和隶属函数集,应用模糊推理方法对综合严重度等级进行划分,最后将概率和严重度综合,根据最大隶属度原则确定连锁故障风险预警的等级。以IEEE-RTS79系统为算例评估了不同的初始扰动下电网发生连锁故障后的风险水平,并分析了电网运行状态的差异对连锁故障预警等级的影响,验证了算法的合理性和有效性。     

基于复杂网络理论的分布式电源接入位置研究

分布式电源大量接入对电网安全稳定运行的影响是当前热点研究问题。基于复杂网络理论研究大电网中分布式电源布点优化选择。首先,结合负荷差异性建立复杂网络体系下的节点供电效率指标;其次,引入基尼系数并考虑电网总体线路潮流负载率特性建立电网整体脆弱性评价指标;最后,以IEEE39节点及IEEE118节点系统为例,研究分布式电源不同布点情况下电网大规模停电风险,验证了该方法的合理性和有效性。     

考虑发电机过励限制/保护的大电网安全稳定特性演化规律及控制策略

故障后大功率转移诱发线路过载和母线低电压,并诱发发电机、直流等其他设备连锁反应是我国电网面临的重大风险之一。在梳理发电机转子热特性及相关限制/保护的原理和配合关系基础上,基于PSD-FDS全过程动态仿真软件完善了发电机过励限制和相关保护仿真功能,研究了考虑发电机过励限制/保护后电网安全稳定特性变化规律,提出了预防大面积停电的发电机过励限制/保护优化方法及电网安全稳定防御优化策略。     

无标度网络特性电网的连锁故障脆弱性评价

本文基于复杂网络理论,考察了无标度电网中节点的异质特性,提出以负荷损失度作为连锁故障评价指标以及制定多种故障模式,重点分析了基于无标度特性电网中的连锁故障传播机理,考察了电网无标度网络特性对连锁故障传播机制的影响。对实际电网的拓扑特性研究以及故障仿真结果表明:具有无标度特性电网其自身的结构脆弱性是造成大规模连锁故障迅速蔓延的最根本原因。在进行电网规划时,改善电网资源配置,尽可能避免节点负载分布的极不均匀性将有助于降低大规模连锁故障在电网当中发生的概率,对保证电网安全可靠运行具有重要意义。     

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。     

馈线功率控制下的主动配电网信息物理风险演化分析

在主动配电网信息物理系统中,信息系统与物理网架之间存在强耦合关系。在电网复杂的信息物理交互作用下,信息系统的异常或故障会直接影响并降低电力系统的运行水平,甚至引发严重的连锁故障。且相对于传统电力系统,电网信息物理系统的风险致因因素更多,交互机理更复杂,监测识别更困难。电网信息物理系统的安全风险问题已成为当前亟待解决的基础问题之一。以主动配电网为研究对象,对信息侧架构与信息物理交互机理进行分析,建立了信息攻击下的风险传递模型,揭示了故障在配电网信息物理系统中的演化机理。最后,在DIgSILENT中搭建仿真算例进行实例分析,验证了所提出模型的正确性,并对未来配电网如何抵御信息侧风险,加强安全风险防护水平提出了建议。     

基于复杂网络属性的电网灾难性事件综合风险评估

宏观上网络的结构属性与微观上设备的电气特性塑造电网灾难性事件的风险。电网灾难性事件作为具有动态时序的事件,需同时评估发生的直接风险和隐含的潜在风险。潜在风险会随着故障的发展,在电网结构中的薄弱环节传播潜藏。当初始故障在电网中开始传播时,直接风险和潜在风险也根据电网固有属性的节点度和节点聚类影响着灾难性事件风险的扩散机制。文中基于不确定风险分析理论和联系数理论,综合考虑故障传播的直接风险和潜在风险,通过节点度和节点聚类系数定量评估故障引发的直接风险与潜在风险之间不确定的关联系数;最终得出故障的综合风险,改进了传统的电网灾难性事件动态风险评估方法。同时兼顾电网具有小世界效应和无标度拓扑的属性,建立兼具两者属性的阿波罗尼电网,通过对人工阿波罗尼电网进行灾难性事件风险评估,验证了所提方法的有效性和可行性,并用西部某地区实际电网验证其合理性。结果证明,所得结果符合工程实际,更完整地刻画了电网灾难性事件的综合风险。     

继电保护隐患的运行风险在线评估

继电保护隐患会导致继电保护不正确动作,危害电网安全。该文从调度中心角度研究继电保护隐患对电网安全的影响,提出了继电保护隐患的运行风险评估方法。采用事件树方法分析计算继电保护隐患的暴发概率,选取严重性指标度量继电保护隐患暴发的后果,用风险作为指标定量评估继电保护隐患对电网安全的影响。针对导致继电保护隐患的2个主要原因：不合理保护定值和继电保护系统硬件缺陷,分别进行运行风险评估。某省级电网的算例表明,通过计算运行风险可以全面定量刻画电网中继电保护隐患,发现继电保护隐患中的薄弱环节。     

考虑输电线路动态热特性的自适应过负荷保护方法

随着电力系统规模不断扩大、电网互联和复杂程度不断提高,线路过负荷导致的过载主导型连锁故障风险日趋增大.现有研究未计及过负荷线路功率的动态变化,缺乏对线路允许过负荷时间的动态刻画,可能导致因线路过快切除而引发连锁故障或因延迟切除而造成线路损坏.针对过负荷线路功率变化引起的动态热特性,分析了过负荷线路温升速度的影响因素,解...     

考虑安全性和经济性的连锁故障预防控制策略

为阻止源头性故障引发连锁故障的安全问题,文章提出一种考虑安全性和经济性的连锁故障预防控制策略.首先,根据继电保护的动作特性给出一种判别连锁故障的数学形式.其次,以电网安全裕度和发电运行成本分别评价系统的安全性和经济性,以支路脆弱性评估方法选取初始故障,构建了针对不同初始故障作用下的连锁故障预防控制模型.该模型是一种双层...     

考虑电网运行状态和结构关联的连锁故障序列预测

针对传统连锁故障考虑因素单一的不足,该文提出一种综合考虑电网运行状态和网络结构的连锁故障预测方法。首先,根据系统运行状态,建立潮流相关的线路故障概率模型和基于Markov方法的隐性故障模型;其次,基于复杂网络理论,提出网络电气结构和保护关联区间,建立故障级间的结构关联模型;最后,兼顾故障后系统运行状态和网络结构的变化,提出连锁故障预测方法,从而辨识出最易受初始扰动影响的下级故障及其影响范围,使预测结果更加符合电网实际运行情况。基于IEEE 30节点系统仿真结果验证了该方法的有效性和实用性。     

考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估

提出了考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估方法。采用继电保护隐性故障的概率模型描述保护装置对电力系统风险的影响,通过分析保护系统的机理表明保护装置在连锁故障中的作用,用母线孤立风险、负荷孤立风险、电网解列风险及系统综合风险来评估系统的连锁故障风险,并据此提出了减小系统连锁故障风险的预防措施。应用蒙特卡罗方法产生系统事故、保护装置和隐性故障的随机特性,编写了电力系统连锁故障风险评估与预防软件。IEEE118节点系统的应用结果证明了该方法的可行性及软件的有效性。     

小世界电网的连锁故障传播机理分析

随着复杂网络理论的发展,特别是电网的小世界特性的发现,电网的复杂结构特性对故障连锁反应的影响越来越受到关注。文中以复杂网络科学理论为基础,考察了小世界电网中节点的非均质特性,提出多种故障模式和故障指标,重点分析了连锁故障在小世界电网中传播的内在机理,并提出改善小世界电网承受故障能力的有效措施。对实际电网的拓扑特性研究和故障仿真结果表明:小世界电网本身的结构脆弱性是造成大规模连锁故障迅速蔓延的根本原因,外界因素不能从根本上改变这个弱点,改善电网资源配置、尽可能避免负荷分布的极不均匀性对预防大规模连锁故障和提高电网的可靠性将更有意义。     

电网规划评估方法及实用化技术

目前我国电网规划中主要采用N-1准则对系统安全性进行评估,但该方法未计及电力系统运行和元件故障的随机性。概率风险分析考虑了电网行为的随机特性,基于此进行的电网规划评估不仅是对N-1准则的有益补充,而且为规划设计人员提供了量化的风险信息。将概率风险分析方法应用在输电网规划工作中,结合工程案例,进行静态和暂态风险评估,比较规划方案风险水平,依据提出的根源故障风险指标和薄弱环节风险指标,寻找电网薄弱环节,提高规划方案的合理性。