電力系統(tǒng)連鎖故障模型預(yù)測(cè)技術(shù)探討

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摘要：基于現(xiàn)代電網(wǎng)的大停電事故通常是由電力系統(tǒng)連鎖故障導(dǎo)致，對(duì)電力系統(tǒng)連鎖故障的研究關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定供電。闡述電力系統(tǒng)連鎖故障的理論模型及仿真模型，對(duì)比各模型的優(yōu)勢(shì)與不足。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);連鎖故障;電網(wǎng)穩(wěn)定;模型

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)可靠性的要求已成重中之重?，F(xiàn)如今大停電事故已不再由單一故障導(dǎo)致，而是由單一故障經(jīng)一系列連鎖反應(yīng)發(fā)展而來。如今聯(lián)網(wǎng)范圍的擴(kuò)大使得連鎖故障影響的范圍擴(kuò)大，從而增加其所造成的危害。連鎖故障即是指由任意位置的故障觸發(fā)其他位置電力設(shè)備不受控制地相繼跳出[1-6]。故障之間具有連續(xù)性、隨機(jī)性和關(guān)聯(lián)性。借助連鎖故障預(yù)測(cè)模型，人們可以提前找到電網(wǎng)存在的缺陷，通過一系列手段可以減少連鎖故障的發(fā)生。

1連鎖故障的理論模型

從方法論的角度出發(fā)，現(xiàn)有的理論模型可分為兩大類：宏觀系統(tǒng)方法和物理過程還原方法。前者包含：基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、基于復(fù)雜系統(tǒng)的自組織臨界理論；后者包含：基于模式搜索理論。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論：基于隨機(jī)圖論研究，用最短路徑、平均距離、聚類系數(shù)、節(jié)點(diǎn)度數(shù)、節(jié)點(diǎn)平均度數(shù)及節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布等特征描述網(wǎng)絡(luò)，從圖論的角度剖析了連鎖故障發(fā)生、發(fā)展和傳播的機(jī)理[7-13]。相應(yīng)的模型有小世界模型、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型等。自組織臨界理論：基于電力系統(tǒng)的類自組織臨界性，采用全局定性分析方法研究系統(tǒng)行為，揭示電力系統(tǒng)大停電的規(guī)模與發(fā)生頻率滿足冪律關(guān)系這一特征。相應(yīng)的模型有OPA模型、CASCADE模型等。模式搜索理論：通過建立符合電網(wǎng)實(shí)際物理過程的模型和算法，模擬、預(yù)測(cè)連鎖故障發(fā)生和發(fā)展的模式，從連鎖故障序列的角度研究大停電的發(fā)展過程。相應(yīng)的模型有事故鏈模型、概率推理模型。前兩者可以從宏觀角度來考慮連鎖故障的發(fā)生和發(fā)展機(jī)理，但無法詳細(xì)地模擬其發(fā)生過程，無法詳細(xì)地體現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，難以對(duì)連鎖故障進(jìn)行在線預(yù)警。而模式搜索理論模型可以結(jié)合多種影響因素進(jìn)行搜索，以故障序列的形式展現(xiàn)其發(fā)展過程，對(duì)預(yù)測(cè)故障的發(fā)展路徑提供了便利。

2連鎖故障的仿真模型

從仿真的角度，采用以電力系統(tǒng)分析算法為核心的仿真模型，具體可分為基于直流潮流的穩(wěn)態(tài)模型（steady model，SM）、基于交流潮流的穩(wěn)態(tài)模型（transient model，TM）、基于穩(wěn)定計(jì)算的暫態(tài)模型以及基于穩(wěn)定計(jì)算和潮流計(jì)算交替的混合模型（hybrid model，HM）。其中SM還可以分為直流潮流穩(wěn)態(tài)模型（DC-SM）和交流潮流穩(wěn)態(tài)模型（AC-SM）?；诜€(wěn)態(tài)模型的仿真將連鎖故障看作離散過程的轉(zhuǎn)移過程[14-16]，著重考慮單個(gè)故障過程中的潮流變化，忽略故障發(fā)生后的暫態(tài)過程與系統(tǒng)穩(wěn)定性。與交流潮流的計(jì)算結(jié)果相比，直流潮流的計(jì)算結(jié)果存在一定誤差，但有效降低了模型復(fù)雜度，提高了速度，且無收斂性問題，可用于快速模擬?；跁簯B(tài)模型的仿真通過時(shí)域仿真來模擬故障發(fā)展過程中的系統(tǒng)狀態(tài)、元件動(dòng)作等之間的互相影響。仿真精度高，可用于全過程動(dòng)態(tài)仿真，但計(jì)算量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)模型?；旌夏Ｐ途褪窃诜€(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上嵌入一個(gè)暫態(tài)模型。當(dāng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，進(jìn)入暫態(tài)模型模擬相應(yīng)過程；當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，返回穩(wěn)態(tài)模型更新系統(tǒng)狀態(tài)并進(jìn)行潮流計(jì)算。文獻(xiàn)[17]對(duì)比了AC-SM、DC-SM和TM的仿真結(jié)果，表明在關(guān)鍵線路斷開前，三者都具有較高的統(tǒng)一性，但是在開斷之后，只有TM可以反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。而HM克服了由于SM忽略暫態(tài)過程所導(dǎo)致的誤差，具有和TM一致的仿真結(jié)果。因此HM的適用范圍更加廣泛。

3研究現(xiàn)狀與不足

在預(yù)測(cè)方面，現(xiàn)有的研究中大多采用一種模型進(jìn)行分析研究。很少對(duì)比各模型在預(yù)測(cè)分析時(shí)的結(jié)果，也沒有進(jìn)行適用性的分析。在控制方面，現(xiàn)有的防御模型多是從事故前、中求取控制策略，沒有考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

4總結(jié)

連鎖故障的研究模型對(duì)于分析連鎖故障的發(fā)展過程研究有著重要的作用。本文對(duì)連鎖故障的理論及仿真模型做了一系列的分析，對(duì)現(xiàn)有研究模型的長(zhǎng)處與不足進(jìn)行分析比對(duì)。為了提高對(duì)連鎖故障控制的準(zhǔn)確性，減小其所造成的危害，有必要對(duì)相關(guān)方法進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，使未來連鎖故障的防御與控制更加可靠、經(jīng)濟(jì)。

作者：李侃 單位：安徽理工大學(xué)