電網故障分區(qū)方法
【專利摘要】一種電網故障分區(qū)方法，該方法包括步驟：A、建立電網內線路的脆弱性指標，形成電網的脆弱線路集合；B、當電網內發(fā)生故障時，判斷故障是否發(fā)生在脆弱線路集合中，若是則運行步驟C，否則結束；C、以故障線路節(jié)點或與之相連的脆弱線路的節(jié)點為起點，判斷與其連接的線路的脆弱性指標，如脆弱性指標小于預定閾值，則將所述線路歸入邊界線路，否則所述線路的另一個節(jié)點歸入故障區(qū)域，繼續(xù)判斷與其連接的線路的脆弱性指標，直至找到邊界線路。D、將電網劃分為故障區(qū)域或非故障區(qū)域。通過采用本發(fā)明的電網故障分區(qū)方法，能夠在發(fā)生故障時，將故障線路隔離在一個小的區(qū)域內，使故障不會大范圍的傳播，防止大停電事故的發(fā)生。
【專利說明】電網故障分區(qū)方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)設備領域，特別涉及一種電網故障分區(qū)方法。

【背景技術】
[0002] 目前隨著電網規(guī)模的日益擴大，一旦出現電網故障給人們帶來的損失也越來越 大。2003年，美國、加拿大、英國、俄羅斯等國就相繼發(fā)生了大面積停電事故，其中8月14 日發(fā)生在美國和加拿大的大停電事故受影響的地區(qū)大約2. 4萬平方公里（合9300平方英 里），受影響的人口多達5千萬，僅紐約地區(qū)就停電29個小時，該段時間內紐約失負荷總數 為1. 79億千瓦時，其經濟損失高達300億美元。2008年初，持續(xù)冰凍雨雪天氣襲擊了我國 南方地區(qū)，造成了南方電網大面積停電，其中，10kV桿塔倒塌7541座，35kV變電站停電859 座，負荷損失達62. 09億千瓦時，受影響的人口多達2. 6億，經濟損失高達62. 3億人民幣。 因此電網大停電事故所造成的后果，不僅會造成嚴重的經濟損失，還會嚴重影響到社會秩 序和人民生活。
[0003] 近幾年來，國家電網正處于"大電網、大機組、高電壓、高自動化"的高速發(fā)展階段， 所面臨的安全風險與挑戰(zhàn)正日益嚴峻。面對風險與挑戰(zhàn)，古道有云："未雨綢繆"、"防患于未 然"。因此，如何及時發(fā)現電網潛在故障或事故風險及其影響，將電網故障或事故消解于"未 然"，具有十分重要的理論價值與實踐意義。
[0004] 為此提出了電網故障分區(qū)控制策略，電網故障分區(qū)控制策略就是為了防止電網事 故或故障的發(fā)生而"防患于未然"的一種分區(qū)控制策略，即當電網某個局部發(fā)生預想故障 時，通過預想斷開若干不會引起其他輸電線路故障的線路，即形成故障區(qū)域最小分區(qū)控制 斷面割集，從而將故障隔離在一個很小的區(qū)域內，以便于采取相應的分區(qū)控制策略，降低或 避免發(fā)生連鎖反應造成損失嚴重的大停電事故。目前，如何進行電網故障時進行分區(qū)的技 術很少，基本是以人工分區(qū)或者按照管轄范圍劃分為主，這樣的分區(qū)不能考慮電網本身的 技術性能參數，具有盲目性。
[0005] 另一方面，從電網事故主因來看，電網故障多可以追溯到電網中某些環(huán)節(jié)存在薄 弱的因素，即電網中存在脆弱單元。目前，電網脆弱性研究致力于找出電網中存在的脆弱單 元，主要分為結構性脆弱和狀態(tài)性脆弱兩類。其中，結構性脆弱是指網絡中某一單元或某一 些單元退出或相繼退出運行后，網絡保持其拓撲結構完整并正常運行的能力，它反映了電 網內在本質的特征；狀態(tài)性脆弱是指電網受到擾動或者故障之后，狀態(tài)變量發(fā)生變化以及 向臨界值逼近，反映了電網從穩(wěn)定運行狀態(tài)過渡到臨界失穩(wěn)狀態(tài)的過程，反映了系統(tǒng)承受 干擾的能力?？梢?，電網結構脆弱性研究僅與電網本身的拓撲結構有關，無法反應電網時刻 變化的狀態(tài)；而狀態(tài)脆弱性研究雖然考慮了電網時刻變化的狀態(tài)，但忽略了影響電網可靠 性的關鍵因素一電網結構。


【發(fā)明內容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于，基于電網結構、運行狀態(tài)等的多種脆弱性指標，使得 電網在預想故障情況下確定最小故障割集，形成最小控制分區(qū)，降低或避免電網大停電事 故的發(fā)生，提高電網的安全運行水平與可靠性。
[0007] 為了實現上述目的，本發(fā)明提出了一種電網故障分區(qū)方法，該方法具有步驟:A、建 立電網內線路的脆弱性指標，形成電網的脆弱線路集合；B、當電網內發(fā)生故障時，判斷故障 是否發(fā)生在脆弱線路集合中，若是則運行步驟C，否則結束；C、以故障線路節(jié)點或與之相連 的脆弱線路的節(jié)點為起點，判斷與所述節(jié)點連接的線路的脆弱性指標，如脆弱性指標小于 預定閾值，則將所述連接的線路歸入邊界線路，否則所述連接的線路的另一個節(jié)點歸入故 障區(qū)域，繼續(xù)判斷與所述另一個節(jié)點連接的線路的脆弱性指標，直至找到邊界線路；D、將電 網劃分為故障區(qū)域或非故障區(qū)域。
[0008] 其中所述電網內線路的脆弱性指標包括結構性脆弱指標和狀態(tài)性脆弱指標，所述 線路的脆弱性指標為既考慮結構性脆弱指標又考慮狀態(tài)性脆弱指標的指標。
[0009] 以上形成電網的脆弱線路集合的步驟包括：
[0010] 建立電網內線路的脆弱性指標，分析按照脆弱性指標由大到小的順序攻擊電網內 線路時，電網連通水平小于預定水平時受攻擊的線路條數，計此時有a條線路，并將所述a 條線路歸入脆弱線路集合。
[0011] 其中所述預定水平根據電網重要等級確定：當電網的安全等級高時所述預定水平 高；當電網的安全等級低時所述預定水平低，取值范圍為40%?80%。
[0012] 本發(fā)明電網故障分區(qū)方法所述分析獲得a條線路之后，進一步包括：對電網按照 脆弱性指標由大到小的順序攻擊后續(xù)電網線路，攻擊條數為a條，次數為電網總線路除以a 后的整數值，或者依照隨機方式攻擊a條線路，得出電網受攻擊后的電網連通水平散點圖， 根據所述脆弱性指標下電網連通水平散點圖的變化，判斷所述脆弱性指標是否符合導致大 停電事故發(fā)生的機理，如果符合則將權利要求3中所分析獲得的a條線路歸入脆弱線路集 合，否則重新確定電網內線路的脆弱性指標。
[0013] 另外，所述步驟C之前，進一步包括：C0、判斷所述脆弱線路集合中的線路是否緊 密相連，若脆弱線路之間有非脆弱線路的連接線路，則判斷斷開所述連接線路是否引起連 鎖故障，若不引起連鎖故障，則將所述連接線路斷開，并將所述連接線路歸入步驟C中所述 的邊界線路。
[0014] 另一方面，所述預定閾值為：按照脆弱性指標由小到大的順序依次攻擊電網線路， 當攻擊后電網連通水平小于σ時，最后被攻擊的線路的脆弱性指標；其中，σ取值范圍為 95%?100%。
[0015] 本發(fā)明電網故障分區(qū)方法，其中所述步驟C0之后，進一步包括網絡拓撲預處理步 驟：C1、將只與另外一個節(jié)點連接的節(jié)點與所述另外一個節(jié)點合并，簡化電網結構。
[0016] 另外，所述步驟C之后，進一步包括：D0、判斷所述邊界線路的故障區(qū)域外節(jié)點在 邊界集合中出現的次數與該節(jié)點的節(jié)點度數之間的大小關系，若相等，則說明該節(jié)點為孤 立節(jié)點，將其歸入的故障區(qū)域，并將該線路從邊界線路集合中剔除形成新的邊界線路集合； D1、將所述邊界線路的故障區(qū)域外節(jié)點放入非故障區(qū)域，并以此節(jié)點為起點搜索與該節(jié)點 相連的所有節(jié)點，將其歸入該節(jié)點所在的非故障區(qū)域，并以新放入的節(jié)點為起點繼續(xù)搜索 與其相連的節(jié)點，直到沒有相連的節(jié)點為止，則該非故障區(qū)域形成；D2、繼續(xù)對剩余節(jié)點和 線路執(zhí)行步驟D1，直至電網所有故障區(qū)域外節(jié)點均被歸入一個或多個非故障區(qū)域。
[0017] 其中如果某非故障區(qū)域僅包括純負荷區(qū)域或者純發(fā)電區(qū)域，則將該非故障區(qū)域和 與之相連的故障區(qū)域或非故障區(qū)域合并。
[0018] 本發(fā)明電網故障分區(qū)方法，其中步驟D之后進一步包括：E、確定各分區(qū)內的功率 差額，如果某分區(qū)功率差額不能滿足所述分區(qū)功率平衡需求，則調整所述分區(qū)與相鄰分區(qū)， 將相鄰分區(qū)的負荷或發(fā)電機歸入所述分區(qū)，直至滿足所述分區(qū)功率平衡需求。
[0019] 通過采用本發(fā)明的電網故障分區(qū)方法，能夠在發(fā)生故障時，將故障線路隔離在一 個小的區(qū)域內，使故障不會大范圍的傳播，防止大停電事故的發(fā)生。
[0020] 另一方面，本發(fā)明的電網故障分區(qū)方法中使用了網絡拓撲預處理方法，該方法利 用復雜網絡理論中節(jié)點度數指標，能夠將電網模型進一步簡化，減少電網的規(guī)模，其目的是 盡量減少后續(xù)線路搜索的時間，提高了分區(qū)效率。
[0021] 另外，本發(fā)明的電網故障分區(qū)方法中還兼顧了處理孤立節(jié)點和處理純發(fā)電機區(qū)域 或純負荷區(qū)域的方法，該方法判斷該分非故障區(qū)域是否僅包括孤立節(jié)點、純發(fā)電區(qū)域或者 純負荷區(qū)域，能夠將形成的孤立節(jié)點、純負荷區(qū)域和純發(fā)電機區(qū)域剔除，避免了錯誤分區(qū)結 果的出現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施方式電網故障分區(qū)方法的流程示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明實施方式確定脆弱線路集合的方法的流程示意圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明實施方式使用網絡拓撲預處理的流程示意圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明實施方式初步確定故障區(qū)域節(jié)點及其邊界線路的流程示意圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明實施方式處理孤立節(jié)點區(qū)域的流程示意圖。
[0027] 圖6是本發(fā)明實施方式處理純發(fā)電區(qū)域、純負荷區(qū)域的流程示意圖。
[0028] 圖7是本發(fā)明實施方式進行分區(qū)調整的流程示意圖。
[0029] 圖8是本發(fā)明實施方式一個應用系統(tǒng)的結構圖。
[0030] 圖9是本發(fā)明實施方式一個應用系統(tǒng)出現故障后的分區(qū)結構圖。
[0031] 圖10是本發(fā)明實施方式一個應用系統(tǒng)出現另一故障后的分區(qū)結構圖。
[0032] 圖11是本發(fā)明實施方式一個應用系統(tǒng)出現又一故障后的分區(qū)結構圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖，對本發(fā)明作詳細說明。
[0034] 以下公開詳細的示范實施例。然而，此處公開的具體結構和功能細節(jié)僅僅是出于 描述示范實施例的目的。
[0035] 然而，應該理解，本發(fā)明不局限于公開的具體示范實施例，而是覆蓋落入本公開范 圍內的所有修改、等同物和替換物。在對全部附圖的描述中，相同的附圖標記表示相同的元 件。
[0036] 為了更好理解本發(fā)明，特將說明書及附圖中的相關符號進行說明如下：
[0037] L 一線路負載率；
[0038] Jline-每條線路的線路介數；
[0039] 1-所有線路介數中最大的線路介數；
[0040] pline-線路有功功率；
[0041] Pm-對應線路的線路有功功率極限；
[0042] 凡一故障區(qū)域節(jié)點集合；
[0043] 非故障區(qū)域節(jié)點元胞數組；
[0044] η-電網中節(jié)點總數；
[0045] m-電網中輸電線路總條數；
[0046] t 一電網中運行的線路條數；
[0047] a -電網中被攻擊的線路條數；
[0048] Con-電網的連通水平；
[0049] K 一節(jié)點度數集合；
[0050] k一每個節(jié)點的節(jié)點度數；
[0051] b-遍歷攻擊電網m條線路需要循環(huán)的次數；
[0052] w-線路脆弱性指標；
[0053] 隊一中間節(jié)點集合；
[0054] N12-臨時中間節(jié)點集合；
[0055] W-電網網絡拓撲鄰接矩陣
[0056] C 一邊界線路集合
[0057] 圖1是本發(fā)明實施方式電網故障分區(qū)方法的流程示意圖。
[0058] 如圖1所示，本發(fā)明電網故障分區(qū)方法基本包括：
[0059] (1)建立電網脆弱性指標；
[0060] (2)形成電網的脆弱線路集合；
[0061] (3)判斷電網中發(fā)生故障的線路是否在脆弱線路集合中，如果發(fā)生故障的線路不 在脆弱線路集合中，則無需分區(qū)，否則執(zhí)行后續(xù)步驟；
[0062] (4)判斷所述脆弱線路集合中的線路是否緊密相連，若脆弱線路之間有非脆弱線 路的連接線路，則判斷斷開所述連接線路是否引起連鎖故障，若不引起連鎖故障，則將所述 連接線路斷開；
[0063] (5)網絡拓撲預處理，將只與另外一個節(jié)點連接的節(jié)點與所述另外一個節(jié)點合并， 簡化電網結構；
[0064] (6)故障區(qū)內節(jié)點集合的初步形成；
[0065] (7)形成非故障區(qū)域節(jié)點集合；
[0066] (8)計算各個分區(qū)的功率差額并進行分區(qū)調整。
[0067] 本領域內技術人員應當知道，以上8個步驟并非全部均是實現本發(fā)明的必須步 驟，而是根據實際需要可以進行調整有關步驟的存在與否。
[0068] 以下分別詳細說明以上步驟。
[0069] 步驟（1)中，建立電網的脆弱性指標。一般說來，電網的脆弱性指標包括結構脆弱 性指標和狀態(tài)脆弱性指標兩大類，也可以綜合考慮兩方面得到線路的脆弱性指標。具體情 況如下：
[0070] 1)結構脆弱性指標。Jline是指網絡中節(jié)點對之間的最短路徑經過目標線路的次 數。顯然，JliM大表示該線路在網絡結構中的地位重要，因此，可以用JliM表示該條線路在 網絡結構中的重要程度。應用在電網中，可以用JliM作為電網線路結構脆弱性的度量參數， 形成脆弱線路集合。
[0071] 2)狀態(tài)脆弱性指標。當電網中某條線路發(fā)生故障時，可能會導致其他非故障線路 潮流越限，引起非故障線路跳閘，進而可能導致系統(tǒng)發(fā)生連鎖性故障。因此，可以引入狀態(tài) 脆弱性指標L表示該線路當前的運行狀態(tài)，其中，L為p liM與pm的比值，即L = plinyPm。不 同的L對應線路不同的運行狀態(tài)，包括停運、輕載、正常、重載和滿載狀態(tài)，比如L = 0和L =1表示該線路處于停運和滿載狀態(tài)。因此，可以用L表示電網線路狀態(tài)脆弱性的度量參 數，形成脆弱線路集合。
[0072] 3)脆弱性指標。將兩類參數歸一化處理Jline與Jm做比值，pline與p m做比值，將 兩個數值的數值范圍限制在[0，1]，可以構建線路脆弱性指標w。因此，可以用w表示電網 線路脆弱性的度量參數，形成脆弱線路集合。
[0073] 需要說明的是，本發(fā)明實施例中盡管列舉了結構脆弱性指標和狀態(tài)脆弱性指標兩 類脆弱性指標，但這并不意味本發(fā)明僅限于此，隨著實際電網復雜性的增加，本領域技術人 員可以將其他脆弱性相關參數納入本發(fā)明實施例，因此其他的可能指標當然也屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0074] 在步驟⑵中，形成脆弱線路集合的方法的流程示意圖如圖2所示。
[0075] 所述形成電網的脆弱線路集合的步驟包括：
[0076] 確定電網內線路的脆弱性指標，按照脆弱性指標由大到小的順序攻擊電網內線 路，確定電網連通水平Con小于預定水平時受攻擊的線路，例如此時有a條線路。所述預定 水平根據電網重要等級確定：當電網的安全等級高時，所述預定水平高；當電網的安全等 級低時所述預定水平低，取值范圍為40 %?80%。以上所述電網連通水平Con指的是指攻 擊后仍保持連通的線路數量t和電網總線路數量m之比，即Con = t/m所述預定水平根據 電網實際狀況選取。另外計算m/a的比值，向下取整記作b。
[0077] 然后，選擇對電網的攻擊方式，若是蓄意攻擊方式，以b為循環(huán)次數，以a為每次循 環(huán)時被攻擊線路的條數，并記錄每次循環(huán)過程中Con的變化情況；如果是隨機攻擊方式，則 形成a條線路的隨機攻擊線路集合，并記錄攻擊過程中Con的變化情況；最后，得出電網受 攻擊后的電網連通水平散點圖，根據該線路脆弱性指標下電網的連通水平散點圖的變化， 判斷該線路脆弱性指標是否符合導致大停電事故發(fā)生的機理，即電網中只有少數線路發(fā)生 故障會導致大停電事故的發(fā)生，如果滿足則選擇在脆弱線路排序中前a條線路形成脆弱線 路集合，如果不滿足，則說明選擇的脆弱性指標不合適，需要重新計算線路脆弱性指標。
[0078] 在步驟（3)中，判斷電網中發(fā)生故障的線路是否在脆弱線路集合中，如果發(fā)生故 障的線路不在脆弱線路集合中，則無需分區(qū)，否則執(zhí)行后續(xù)步驟。該步驟的目的是判斷發(fā)生 故障的電網是否需要分區(qū)處理。當電網發(fā)生故障時，首先判斷發(fā)生故障的線路是否在脆弱 線路集合中。若發(fā)生故障的線路不在脆弱線路集合中，不需進行故障分區(qū)處理；若發(fā)生故障 的線路在脆弱線路集合中，則需進行故障分區(qū)處理。
[0079] 在步驟（4)中，判斷所述脆弱線路集合中的脆弱線路是否緊密相連，若脆弱線路 之間有非脆弱線路的連接線路，則判斷斷開所述連接線路是否會引起連鎖故障，若不引起 連鎖故障，則將所述連接線路斷開。該步驟的目的是盡可能地縮小故障分區(qū)的范圍：若所有 脆弱線路連接緊密，故障分區(qū)范圍大，線路故障波及的范圍很大，造成的后果仍然很嚴重。 而如果并非緊密相連，則可以考慮將脆弱線路之間的連接線路分開。
[0080] 以上步驟的具體方法：當脆弱線路緊密相連時，只能將所有脆弱線路集合中的線 路放在一個故障分區(qū)內；而當脆弱線路不緊密相連時，分析如果開斷連接脆弱線路的線路 是否會引起連鎖故障，若不引起其他線路連鎖故障，則將該線路斷開，作為邊界線路集合C 的一條邊界線路，否則不斷開該條線路，該線路節(jié)點歸入故障區(qū)域的節(jié)點集合Nn中。
[0081] 在步驟（5)中，本發(fā)明【具體實施方式】中網絡拓撲預處理的流程圖如圖3所示。該 網絡拓撲預處理的目的是盡量減少后續(xù)線路搜索的規(guī)模和時間，提高分區(qū)效率。該方法中 用到了節(jié)點度數k，是指網絡中與某一節(jié)點相連的節(jié)點數目。若k= 1則表示該節(jié)點只與一 個節(jié)點相連，若斷開對應線路則會形成孤立節(jié)點，因此，針對此類節(jié)點可以簡化電網。其具 體方法：首先，分析電網網絡拓撲中各個節(jié)點的節(jié)點度數k形成K ;然后，按照K中k的大小 對節(jié)點進行排序并統(tǒng)計k= 1的節(jié)點個數，如存在k= 1的節(jié)點，將該節(jié)點與相應的節(jié)點合 并，將對應的線路從線路集合中除去，為后續(xù)步驟中線路搜索節(jié)約時間；最后，對合并后的 新網絡重新計算節(jié)點度數k，直到網絡中不存在節(jié)點度數為1的節(jié)點。
[0082] 在步驟￠)中，本發(fā)明實施方式初步確定故障區(qū)域節(jié)點集合及其邊界線路集合的 流程如圖4所不。
[0083] 該流程的基本思路是：以故障線路節(jié)點或與之相連的脆弱線路的節(jié)點為起點，判 斷與其連接的線路的脆弱性指標，如脆弱性指標小于預定閾值，則將所述線路歸入邊界線 路，表示該線路可以在分區(qū)時斷開；否則所述線路的另一個節(jié)點歸入故障區(qū)域，繼續(xù)判斷與 其連接的線路的脆弱性指標，直至找到邊界線路。
[0084] 在步驟（4)中，已經分析過將脆弱線路之間的連接線路斷開的方法，如果將所述 連接線路斷開，則以故障線路節(jié)點為搜索的起點，如果沒有斷開，則以故障線路節(jié)點或與之 相連的脆弱線路的節(jié)點為搜索的起點，判斷與之相連的線路的脆弱性指標是否小于預定閾 值。
[0085] 流程的起始步驟中包括對所述預定閾值的確定方法。具體方式是：按照脆弱性指 標由小到大的順序依次攻擊電網線路，當攻擊后電網連通水平小于σ時，最后被攻擊的線 路的脆弱性指標的值。其中，σ取值范圍為95%?100%。本領域技術人員可以根據實際 情況調整σ，并沒有脫離本發(fā)明之精神。
[0086] 利用遍歷搜索的方法，對電網進行自動分區(qū)預處理，最終形成初始故障區(qū)域節(jié)點 集合Νη和初始邊界線路集合。例如分區(qū)前故障區(qū)域節(jié)點集合凡有1個父節(jié)點，對任意一個 父節(jié)點搜索完畢，再對下一個父節(jié)點搜索；隊中有b個子節(jié)點，首先對該集合中的任意子節(jié) 點搜索其下級子節(jié)點，放入N 12中，然后用N12中的節(jié)點更新隊中的節(jié)點集合并將N12清零， 當隊為空集合時，該搜索過程結束。
[0087] 盡管以上【具體實施方式】中確定了搜索方式，但是本領域內技術人員應當理解，這 只是加快搜索速度的方式而已，本發(fā)明當然并不限于此，而是可以使用各種搜索方式，只要 結果搜索到了所有的邊界線路，將所有的故障區(qū)域內節(jié)點找出即可。
[0088] 以上描述中，搜索指的是對某節(jié)點所連接的非脆弱線路的脆弱性指標進行判斷， 如果所述非脆弱線路的脆弱性指標小于預定閾值，說明該線路可以斷開（形成邊界線路）； 否則該線路不能斷開，所述線路連接的節(jié)點需要歸入故障區(qū)域節(jié)點集合Nn。
[0089] 因此，任何一路搜索的終點即是找到邊界線路，當找到所有的邊界線路之后，所述 故障區(qū)域就能從電網中被隔離出來。
[0090] 步驟（7)中為了進一步改善本發(fā)明之技術效果，還可以對故障區(qū)域外的非故障區(qū) 域進行進一步劃分。其方法與步驟出）中形成故障區(qū)域類似，區(qū)別在于將所述步驟（6)中 形成的邊界線路的故障區(qū)域外節(jié)點放入非故障區(qū)域，并以此節(jié)點為起點搜索與該節(jié)點相連 的所有節(jié)點，將其歸入該節(jié)點所在的非故障區(qū)域，并以新放入的節(jié)點為起點繼續(xù)搜索與其 相連的節(jié)點，直到沒有相連的節(jié)點為止，則該非故障區(qū)域形成。
[0091] 確定了一個非故障區(qū)域之后，如果系統(tǒng)還有剩余節(jié)點和線路，則繼續(xù)對剩余節(jié)點 和線路次重復執(zhí)行以上步驟，直至所有電網所有故障區(qū)域外節(jié)點均被歸入一個或多個非故 障區(qū)域。
[0092] 通過以上的方法，將電網劃分為故障區(qū)域和非故障區(qū)域，劃分過程中，可能會產生 孤立節(jié)點和純負荷區(qū)域或純發(fā)電區(qū)域。
[0093] 所述孤立節(jié)點指的是劃分后某個非故障區(qū)域僅包括一個節(jié)點，為了避免產生孤立 節(jié)點，在非故障區(qū)域的搜索過程中可以事先予以修正：對邊界線路集合中的區(qū)外節(jié)點，統(tǒng)計 其在邊界中出現的次數：若出現次數等于該節(jié)點的度數，則說明該節(jié)點將會形成孤立節(jié)點， 這時可以將該節(jié)點放入區(qū)內節(jié)點集合，并將相應線路從邊界集合中剔除，這樣做即實現了 將該非故障區(qū)域和與之相連的故障區(qū)域或非故障區(qū)域合并。其流程圖如圖5所示。
[0094] 另外，為了避免出現純負荷區(qū)域和純發(fā)電區(qū)域，也需要對劃分過程進行修正。純負 荷區(qū)即該區(qū)域內的節(jié)點全為負荷節(jié)點；純發(fā)電區(qū)即區(qū)域內的節(jié)點全部由發(fā)電機節(jié)點組成。 判斷是否為純負荷區(qū)域或者純發(fā)電區(qū)域，即判斷該區(qū)域的節(jié)點是否全在發(fā)電機節(jié)點集合中 或者全不在發(fā)電機節(jié)點集合中，滿足條件則歸入區(qū)內節(jié)點，并將相應的邊界線路從集合中 剔除，這樣做即實現了則將純負荷區(qū)域和純發(fā)電區(qū)域和與之相連的故障區(qū)域或非故障區(qū)域 合并。其流程圖如圖6所示。
[0095] 接下來進入步驟（8):計算各個分區(qū)的功率差額并進行分區(qū)調整。本發(fā)明實施方 式進行分區(qū)調整的流程示意圖如圖7所示。其中所述分區(qū)調整指的是確定各分區(qū)內的功率 差額，如果某分區(qū)功率差額不能滿足所述分區(qū)功率平衡需求，則調整所述分區(qū)與相鄰分區(qū)， 將相鄰分區(qū)的負荷或發(fā)電機歸入所述分區(qū)，直至滿足功率平衡需求。
[0096] 分區(qū)調整的目的是保證分區(qū)后各個分區(qū)內部功率平衡，在處理故障的過程中，各 個無故障分區(qū)仍能正常運行。分區(qū)調整是在原來邊界線路的基礎上繼續(xù)下級線路的搜索， 當搜索到下一組邊界線路時，計算各分區(qū)內部的功率差額，直到功率平衡滿足要求為止。電 網故障分區(qū)應用在防止大停電事故發(fā)生的情況下，只要分區(qū)內功率基本滿足平衡的要求， 一般不繼續(xù)下組邊界線路的搜索，以避免錯失最小故障隔離分區(qū)。
[0097] 另一方面，如果經過搜索后仍然無法找到合適的負荷或發(fā)電機，可以采取甩負荷 的方式處理，將分區(qū)內的非重要節(jié)點的負荷斷開，滿足重要節(jié)點的功率需求。
[0098] 以上通過流程的方式介紹了本發(fā)明【具體實施方式】。以下通過電網具體示例來進一 步說明實施方式和取得的技術效果。本領域內技術人員通過流程和具體示例能夠對本發(fā)明 的技術方案進行深入了解。
[0099] 圖8是本發(fā)明實施方式一個應用系統(tǒng)的結構圖。所述應用系統(tǒng)是IEEE118系統(tǒng)。 因為該系統(tǒng)比較復雜，不易將發(fā)電機及負荷全部畫出，因此僅以節(jié)點表示，其中白色方框表 示有出力的發(fā)電機節(jié)點，黑色節(jié)點為負荷節(jié)點。該系統(tǒng)共含有118個節(jié)點，186條線路，其中 有發(fā)電出力的發(fā)電機組19臺，發(fā)電總輸出功率為4377. 4Mw，總負荷為4242Mw。
[0100] 以下首先僅使用線路的狀態(tài)脆弱性為例說明。
[0101] 用L表示電網線路狀態(tài)脆弱性指標，利用本發(fā)明實施方式中的方法得出該電網系 統(tǒng)中的脆弱線路集合為[9，10 ;8,9 ;8,5 ;23,32 ;5,6 ;38,37 ;30，17]，即線路為 L9~1Q、L8~9、 ?5、1^23 ?32、L5 ?6、L38 ?37 和 L3〇 ?17〇
[0102] 示例一：線路L8~5發(fā)生故障（以狀態(tài)脆弱性指標考慮）。
[0103] 當線路L8 ~ 5發(fā)生故障，脆弱線路集合中線路L9?1(|、L8 ~ 9、L8 ~ 5、L5 ~ 6緊密相連，與 線路L3(l~ 17通過線路L8~ 3(|相連，斷開線路L8~ 3(|對系統(tǒng)分析，結果顯示L8~ 3(|的斷開不會 引起其他線路發(fā)生連鎖故障，因此要斷開線路L8~3(l。利用本發(fā)明實施方式中的方法對系統(tǒng) 進行網絡拓撲預處理、故障區(qū)域節(jié)點集合N n的初步形成、形成非故障區(qū)域節(jié)點集合以及計 算各分區(qū)內的功率差額以及分區(qū)調整等一系列處理，得出分區(qū)結構圖如圖9所示。
[0104] 其中，分區(qū)邊界線路集合為[8,30;7，12;3，12;11，12 ;1，2;13，15]，各分區(qū)內的 功率差額如下表所示：
[0105] 線路L8~5故障分區(qū)后各分區(qū)功率差額
[0106]

【權利要求】
1. 一種電網故障分區(qū)方法，所述方法包括以下步驟： A、 建立電網內線路的脆弱性指標，形成電網的脆弱線路集合； B、 當電網內發(fā)生故障時，判斷故障是否發(fā)生在脆弱線路集合中，若是則運行步驟C，否 則結束； C、 以故障線路節(jié)點或與之相連的脆弱線路的節(jié)點為起點，判斷與所述節(jié)點連接的線路 的脆弱性指標，如脆弱性指標小于預定閾值，則將所述連接的線路歸入邊界線路，否則所述 連接的線路的另一個節(jié)點歸入故障區(qū)域，繼續(xù)判斷與所述另一個節(jié)點連接的線路的脆弱性 指標，直至找到邊界線路； D、 將電網劃分為故障區(qū)域或非故障區(qū)域。
2. 權利要求1中電網故障分區(qū)方法，其中所述電網內線路的脆弱性指標包括結構性脆 弱指標和狀態(tài)性脆弱指標，所述線路的脆弱性指標為既考慮結構性脆弱指標又考慮狀態(tài)性 脆弱指標的指標。
3. 權利要求2中所述的電網故障分區(qū)方法，所述形成電網的脆弱線路集合的步驟包 括： 建立電網內線路的脆弱性指標，分析按照脆弱性指標由大到小的順序攻擊電網內線路 時，電網連通水平小于預定水平時受攻擊的線路條數，計此時有a條線路，并將所述a條線 路歸入脆弱線路集合。
4. 權利要求3中所述的電網故障分區(qū)方法，所述預定水平根據電網重要等級確定：當 電網的安全等級高時所述預定水平高；當電網的安全等級低時所述預定水平低，取值范圍 為 40%?80%。
5. 權利要求3中所述的電網故障分區(qū)方法，所述分析獲得a條線路之后，進一步包括： 對電網按照脆弱性指標由大到小的順序攻擊后續(xù)電網線路，攻擊條數為a條，次數為電網 總線路除以a后的整數值，或者依照隨機方式攻擊a條線路，得出電網受攻擊后的電網連通 水平散點圖，根據所述脆弱性指標下電網連通水平散點圖的變化，判斷所述脆弱性指標是 否符合導致大停電事故發(fā)生的機理，如果符合則將權利要求3中所分析獲得的a條線路歸 入脆弱線路集合，否則重新確定電網內線路的脆弱性指標。
6. 權利要求1中所述的電網故障分區(qū)方法，所述步驟C之前，進一步包括： C0、判斷所述脆弱線路集合中的線路是否緊密相連，若脆弱線路之間有非脆弱線路的 連接線路，則判斷斷開所述連接線路是否引起連鎖故障，若不引起連鎖故障，則將所述連接 線路斷開，并將所述連接線路歸入步驟C中所述的邊界線路。
7. 權利要求1中所述的電網故障分區(qū)方法，其中所述預定閾值為：按照脆弱性指標由 小到大的順序依次攻擊電網線路，當攻擊后電網連通水平小于σ時，最后被攻擊的線路的 脆弱性指標；其中，〇取值范圍為95%?100%。
8. 權利要求6中所述的電網故障分區(qū)方法，其中所述步驟C0之后，進一步包括網絡拓 撲預處理步驟： C1、將只與另外一個節(jié)點連接的節(jié)點與所述另外一個節(jié)點合并，簡化電網結構。
9. 權利要求1中所述的電網故障分區(qū)方法，所述步驟C之后，進一步包括： D0、判斷所述邊界線路的故障區(qū)域外節(jié)點在邊界集合中出現的次數與該節(jié)點的節(jié)點度 數之間的大小關系，若相等，則說明該節(jié)點為孤立節(jié)點，將其歸入的故障區(qū)域，并將該線路 從邊界線路集合中剔除形成新的邊界線路集合； D1、將所述邊界線路的故障區(qū)域外節(jié)點放入非故障區(qū)域，并以此節(jié)點為起點搜索與該 節(jié)點相連的所有節(jié)點，將其歸入該節(jié)點所在的非故障區(qū)域，并以新放入的節(jié)點為起點繼續(xù) 搜索與其相連的節(jié)點，直到沒有相連的節(jié)點為止，則該非故障區(qū)域形成； D2、繼續(xù)對剩余節(jié)點和線路執(zhí)行步驟D1，直至電網所有故障區(qū)域外節(jié)點均被歸入一個 或多個非故障區(qū)域。
10. 權利要求9中所述的電網故障分區(qū)方法，其中如果某非故障區(qū)域僅包括純負荷區(qū) 域或者純發(fā)電區(qū)域，則將該非故障區(qū)域和與之相連的故障區(qū)域或非故障區(qū)域合并。
11. 權利要求1中所述的電網故障分區(qū)方法，其中步驟D之后進一步包括： E、確定各分區(qū)內的功率差額，如果某分區(qū)功率差額不能滿足所述分區(qū)功率平衡需求， 則調整所述分區(qū)與相鄰分區(qū)，將相鄰分區(qū)的負荷或發(fā)電機歸入所述分區(qū)，直至滿足所述分 區(qū)功率平衡需求。
【文檔編號】G06F19/00GK104269846SQ201410505129
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】鄭華, 潘秀敏, 袁語, 高芬, 宋曉旭 申請人:華北電力大學