電力系統連鎖故障模型預測技術探討

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摘要：基于現代電網的大停電事故通常是由電力系統連鎖故障導致，對電力系統連鎖故障的研究關系到電網的安全穩定供電。闡述電力系統連鎖故障的理論模型及仿真模型，對比各模型的優勢與不足。

關鍵詞：仿真技術;連鎖故障;電網穩定;模型

引言

隨著社會的發展，對電網可靠性的要求已成重中之重。現如今大停電事故已不再由單一故障導致，而是由單一故障經一系列連鎖反應發展而來。如今聯網范圍的擴大使得連鎖故障影響的范圍擴大，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其他位置電力設備不受控制地相繼跳出[1-6]。故障之間具有連續性、隨機性和關聯性。借助連鎖故障預測模型，人們可以提前找到電網存在的缺陷，通過一系列手段可以減少連鎖故障的發生。

1連鎖故障的理論模型

從方法論的角度出發，現有的理論模型可分為兩大類：宏觀系統方法和物理過程還原方法。前者包含：基于復雜網絡理論、基于復雜系統的自組織臨界理論；后者包含：基于模式搜索理論。復雜網絡理論：基于隨機圖論研究，用最短路徑、平均距離、聚類系數、節點度數、節點平均度數及節點度數分布等特征描述網絡，從圖論的角度剖析了連鎖故障發生、發展和傳播的機理[7-13]。相應的模型有小世界模型、無標度網絡模型等。自組織臨界理論：基于電力系統的類自組織臨界性，采用全局定性分析方法研究系統行為，揭示電力系統大停電的規模與發生頻率滿足冪律關系這一特征。相應的模型有OPA模型、CASCADE模型等。模式搜索理論：通過建立符合電網實際物理過程的模型和算法，模擬、預測連鎖故障發生和發展的模式，從連鎖故障序列的角度研究大停電的發展過程。相應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生和發展機理，但無法詳細地模擬其發生過程，無法詳細地體現故障發生時的系統的動態過程，難以對連鎖故障進行在線預警。而模式搜索理論模型可以結合多種影響因素進行搜索，以故障序列的形式展現其發展過程，對預測故障的發展路徑提供了便利。

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態模型（steady model，SM）、基于交流潮流的穩態模型（transient model，TM）、基于穩定計算的暫態模型以及基于穩定計算和潮流計算交替的混合模型（hybrid model，HM）。其中SM還可以分為直流潮流穩態模型（DC-SM）和交流潮流穩態模型（AC-SM）。基于穩態模型的仿真將連鎖故障看作離散過程的轉移過程[14-16]，著重考慮單個故障過程中的潮流變化，忽略故障發生后的暫態過程與系統穩定性。與交流潮流的計算結果相比，直流潮流的計算結果存在一定誤差，但有效降低了模型復雜度，提高了速度，且無收斂性問題，可用于快速模擬。基于暫態模型的仿真通過時域仿真來模擬故障發展過程中的系統狀態、元件動作等之間的互相影響。仿真精度高，可用于全過程動態仿真，但計算量遠大于穩態模型。混合模型就是在穩態模型的基礎上嵌入一個暫態模型。當發生擾動時，進入暫態模型模擬相應過程；當達到平衡時，返回穩態模型更新系統狀態并進行潮流計算。文獻[17]對比了AC-SM、DC-SM和TM的仿真結果，表明在關鍵線路斷開前，三者都具有較高的統一性，但是在開斷之后，只有TM可以反映系統的運行狀態。而HM克服了由于SM忽略暫態過程所導致的誤差，具有和TM一致的仿真結果。因此HM的適用范圍更加廣泛。

3研究現狀與不足

在預測方面，現有的研究中大多采用一種模型進行分析研究。很少對比各模型在預測分析時的結果，也沒有進行適用性的分析。在控制方面，現有的防御模型多是從事故前、中求取控制策略，沒有考慮經濟性和安全性的協調優化。

4總結

連鎖故障的研究模型對于分析連鎖故障的發展過程研究有著重要的作用。本文對連鎖故障的理論及仿真模型做了一系列的分析，對現有研究模型的長處與不足進行分析比對。為了提高對連鎖故障控制的準確性，減小其所造成的危害，有必要對相關方法進行改進、優化，使未來連鎖故障的防御與控制更加可靠、經濟。

作者：李侃 單位：安徽理工大學