專利名稱：基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)外發(fā)生的很多重特大停電事故都表現(xiàn)為連鎖故障，這類停電事故的共同特點(diǎn)是開始往往是某一元件受到干擾，引起該元件正常工作的破壞，如果不能及時(shí)處理，隨著時(shí)間的推移，造成事故的連鎖性擴(kuò)大，波及其它元件甚至整個(gè)系統(tǒng)，依次引起其他元件相繼斷開，最后造成大面積停電事故。這類事故的發(fā)生概率雖然不大，但危害極大，隨著國內(nèi)外對(duì)連鎖故障問題認(rèn)識(shí)的不斷深化，如何構(gòu)建合理的電網(wǎng)連鎖故障模型已成為這一領(lǐng)域的眾多專家學(xué)者所關(guān)注的焦點(diǎn)問題。迄今為止，國內(nèi)外在連鎖故障研究領(lǐng)域做了大量工作。美國的Carrera^Dobson 等學(xué)者開始采用自組織臨界理論來解釋電網(wǎng)的連鎖故障問題，提出的OPA模型、CASCADE 模型、H0T(Highly Optimized Tolerance)理論以及分支過程模型等是以復(fù)雜系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)并結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際而構(gòu)造的。在名稱為《大電網(wǎng)繼電自動(dòng)裝置的隱藏故障、脆弱性和適應(yīng)性問題[J]》(王明俊，，電力自動(dòng)化設(shè)備，2005，25(3) 1-5.)的文獻(xiàn)中，考慮了可對(duì)包含傳輸線和發(fā)電機(jī)連鎖故障的大規(guī)模停電事故進(jìn)行定性模擬和分析的CASCADE 模型° 在名禾爾為〈〈Random graphs with arbitrary degree distributions and their applications[J]》(Newman M E J, Strogatz S H, Watts D J. Physical Review E,2001, 64(2) :026118,11-19.)的文獻(xiàn)中，描述了冪率關(guān)系的HOT理論，能夠較合理的說明故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的初始分布規(guī)律。但這些模型也存在明顯不足這些模型實(shí)際上并不注重連鎖故障發(fā)展過程的物理細(xì)節(jié)，而是強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)發(fā)生連鎖故障的初始條件以及電網(wǎng)發(fā)生連鎖故障的長期宏觀總體特性，是一種定性的連鎖故障機(jī)理分析方法。從國內(nèi)外電網(wǎng)停電事故來看，連鎖故障表現(xiàn)為保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致的電力系統(tǒng)元件相繼停運(yùn)，連鎖故障本質(zhì)上是條件概率事件。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是基于概率分析、圖論的一種不確定性知識(shí)的表達(dá)和推理模型，能夠很好的表示變量的隨機(jī)不確定性和相關(guān)性，非常適合條件概率事件的分析。本發(fā)明提供的方法，將根據(jù)自臨界線路集群分布故障概率模型，把貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障樹理論應(yīng)用于連鎖故障分析，將故障選擇限制在供電路徑上，采用交替的潮流計(jì)算和暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行分析，綜合考慮連鎖故障過程中的線路過載、穩(wěn)定、負(fù)荷損失以及對(duì)電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等因素，對(duì)電網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行分析。本方法按照電網(wǎng)連鎖故障的物理過程并結(jié)合各階段事件的概率特點(diǎn)，充分考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系，以及系統(tǒng)潮流轉(zhuǎn)移對(duì)線路元件間的不同影響，建立連鎖故障的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障樹；進(jìn)行連鎖故障傳播機(jī)理的分析時(shí)，按照連鎖故障發(fā)生、發(fā)展的物理過程，分析系統(tǒng)潮流轉(zhuǎn)移時(shí)線路的自臨界特性；結(jié)合連鎖故障發(fā)展階段的概率特點(diǎn)，基于電力系統(tǒng)中自臨界線路集群的連鎖故障概率分析，建立了一種電網(wǎng)連鎖故障的概率分析模型；通過對(duì)連鎖故障過程的模擬，用過負(fù)荷和系統(tǒng)負(fù)荷損失指標(biāo)對(duì)連鎖故障進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步研究降低連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防策略提供依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，結(jié)合電力系統(tǒng)中線路元件集群故障后的概率特性，提出一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法，其特征是所述方法包括步驟1 建立電網(wǎng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型連鎖故障樹；步驟2 確定自臨界線路集群；步驟3 建立自臨界線路集群的連鎖故障概率模型；步驟4 計(jì)算連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。所述確定自臨界線路集群具體是根據(jù)約束標(biāo)準(zhǔn)
J=maxl{f -f }>εη tTAmax ^ttlAmax A e (66.7 100)0/04_判斷電網(wǎng)中的每一條負(fù)荷線路是否為自臨界線路，當(dāng)該負(fù)荷條線路為自臨界線路時(shí)，將其加入自臨界線路集群；其中，J表示薄弱負(fù)荷聚集度，η為連接到電網(wǎng)中的負(fù)荷線路數(shù)量，m為電網(wǎng)中的送電線路數(shù)量，Lifflax為輸電線路i對(duì)應(yīng)的最大輸送功率，Li為輸電線路 i實(shí)際輸送功率，ε表示薄弱負(fù)荷聚集系數(shù)。所述建立自臨界線路集群的連鎖故障概率模型為
L Pevent = Yj Pu[ρΚΧι)ρΧιλχ' + pk(i) (1 — pXl)] /=1其中，L為電網(wǎng)的線路數(shù)，Pevent為自臨界線路集群的連鎖故障概率，Pu為電網(wǎng)初始狀態(tài)下第i條線路故障的概率，Pk(i)為第k條線路上發(fā)生功率過載的條件概率，X為自臨界線路的條數(shù)，Xi為線路i故障后自臨界線路的條數(shù)，Pxi表示故障發(fā)生在自臨界線路集群的條件概率，Pktti)表示引起的故障使第k條線路上發(fā)生功率過載的條件概率，λ為自臨界線路集群分布參數(shù)。所述自臨界線路集群分布參數(shù)λ = 1. 5。所述計(jì)算連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)利用公式R = Pevent · Iload
1 ΝIload為連鎖故障負(fù)荷損失嚴(yán)重度指標(biāo)，其計(jì)算公式為=^^17^')；其中，
N為電網(wǎng)故障數(shù)量，Pload(I)為第i次連鎖故障造成的負(fù)荷容量損失，Ps為系統(tǒng)容量。本發(fā)明提供的分析方法，引入了自臨界線路的約束標(biāo)準(zhǔn)，在連鎖故障分析模型中， 以故障概率分析為基礎(chǔ)，引入自臨界線路故障概率分析，有效削弱了模型前提和現(xiàn)實(shí)條件之間具有差異的缺陷，因而這是一種有效的連鎖故障機(jī)理分析方法，更能有效控制電網(wǎng)故障的發(fā)展。


圖1是基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法的流程圖；圖2是連鎖故障的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障樹；圖3為線路集群的連鎖故障特性；圖4為IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線的等值圖；圖5為IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)連鎖故障逐級(jí)風(fēng)險(xiǎn)曲線；圖6為甘肅電網(wǎng)局部地區(qū)網(wǎng)絡(luò)接線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。實(shí)施例1圖1是基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法的流程圖。圖1中，本發(fā)明提供的方法包括步驟1 建立電網(wǎng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型連鎖故障樹。本發(fā)明以負(fù)荷被切除、發(fā)電機(jī)脫離系統(tǒng)以及電網(wǎng)解列作為連鎖反應(yīng)的終止條件， 由此可建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型連鎖故障樹如圖2所示。應(yīng)用該故障樹方法能夠較清晰地表示連鎖故障的發(fā)展過程，當(dāng)一個(gè)線路元件被切除后，與該線路緊密相關(guān)的線路過載以及保護(hù)裝置誤動(dòng)的概率大大提高，導(dǎo)致線路集群出現(xiàn)自臨界狀態(tài)是連鎖故障發(fā)展過程的最主要形式。步驟2 確定自臨界線路集群。由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)浞治觯到y(tǒng)負(fù)荷薄弱性嚴(yán)重導(dǎo)致了線路元件分布的不均勻性，線路薄弱連接加大了兩節(jié)點(diǎn)之間元件的故障風(fēng)險(xiǎn)，使電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具備薄弱的聚集負(fù)荷和線路結(jié)構(gòu)自臨界特性，相關(guān)線路稱為自臨界線路。驗(yàn)證一個(gè)線路是否為自臨界線路的約束標(biāo)準(zhǔn)如下
權(quán)利要求
1.一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法，其特征是所述方法包括步驟1 建立電網(wǎng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型連鎖故障樹；步驟2:確定自臨界線路集群；步驟3 建立自臨界線路集群的連鎖故障概率模型；步驟4 計(jì)算連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法，其特征是所述確定自臨界線路集群具體是根據(jù)約束標(biāo)準(zhǔn)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法，其特征是所述建立自臨界線路集群的連鎖故障概率模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法，其特征是所述自臨界線路集群分布參數(shù)λ =1.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法，其特征是所述計(jì)算連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)利用公式
全文摘要
本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于線路集群的電網(wǎng)連鎖故障分析方法。所述方法是基于自臨界線路集群分布故障概率模型，將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障樹理論應(yīng)用于連鎖故障分析，結(jié)合連鎖故障發(fā)展階段的概率特點(diǎn)，基于自臨界線路集群的連鎖故障概率分析，建立了一種電網(wǎng)連鎖故障的概率分析模型；通過對(duì)連鎖故障過程的模擬，用系統(tǒng)負(fù)荷損失指標(biāo)對(duì)連鎖故障進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。本發(fā)明為進(jìn)一步研究降低連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防策略提供依據(jù)。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102214920SQ20111015527
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者于會(huì)泉, 但揚(yáng)清, 劉文穎, 姚峰, 孫建華, 孫素琴, 張建立, 李揚(yáng), 杜波, 楊斌, 楊楠, 梁才, 梁紀(jì)鋒, 王佳明, 王紅印, 金娜 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué), 河南省電力公司