CN106451444B - 一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，包括：将系统初始化为正常运行工况，并设置初始故障；判断设置故障后的系统是否存在独立系统；通过对所述独立系统进行潮流计算判断所述独立系统潮流是否收敛；如果所述独立系统潮流不收敛，对所述独立系统进行甩负荷操作；如果所述独立系统潮流收敛，进行后续故障搜索。本发明基于现有连锁故障搜索方法，提出了一种更实际的电力系统连锁故障事故链搜索方法。本发明方法对原有连锁故障搜索框架进行了改进，并对其中的甩负荷策略和后续故障搜索提出了新的求解思路，提高了连锁故障事故链搜索的准确性，对工程实践具有一定的指导作用。

Description

一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法

技术领域

本发明涉及计算机及图论技术应用于电力系统复杂故障分析的技术领域，尤其涉及一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法。

背景技术

近年来，尽管电力系统的监控和安全措施不断升级，不过大停电事故还是时有发生，最为著名的就是2003年美加“8.14”大停电，这起事故影响到了美国东北部的8个州和加拿大的两个省，损失负荷达61800MW，停电范围9300多平方公里，受影响区域人口达5000万，经济损失超过100亿美元。然而，这并不仅仅是个案，据统计，在从“8.14”大停电开始到现在，全世界还有十数起大停电事故的发生。这些大停电事故的起因各有不同，但值得注意的是，它们往往是由连锁故障所引起。仍然以美加“8.14”大停电为例，它的直接原因是俄亥俄北部电网的数条345kV的输电线路与树木发生短路而跳闸，但由于没有进行及时和恰当的处理，再加上继电保护装置的误动，导致电网的各个部分相继解列，电压及频率均出现了较大的振荡，从而最终导致了大停电事故。由于大停电的巨大危害性，近年来，国内外学者对大停电的原因进行了广泛的研究，发现它们往往都与连锁故障有关，如2003年的伦敦大停电就是由于继电保护装置额定容量不够导致误动开始，而2006年的欧洲大停电则是因为两家电网公司的联络线被切导致的潮流不均衡。

目前，专家学者对连锁故障的机理研究主要分为两类：一是以电力系统传统计算分析方法，如潮流、稳定计算为核心，对系统可能发生的各种情形(如潮流转移、继电保护装置误动拒动、线路跳闸等)通过概率来进行描述的模型，包括OPA模型、CASCADE模型、分支过程模型、事故链搜索策略等。二是以电网拓扑结构为核心，使用复杂网络理论等拓扑方法，将电网系统抽象成各种拓扑网络，从电网结构的角度对连锁故障进行分析，包括小世界网络模型、无标度网络模型等。

总结起来，目前国内外学者对连锁故障的研究主要从电网运行状态及电网拓扑结构方面进行。其中，事故链搜索策略主要侧重于展现连锁故障的全过程。成熟的事故链搜索策略可以更加有效实际地展示出连锁故障的可能过程，对大停电的预防具有重要的意义。然而现有的事故链搜索策略中，大多对模型作了较多的理想化处理，例如不考虑随机因素，较少考虑系统安稳措施，后续故障搜索考虑不周等，使得模型中事故链的发展与实际大停电过程差别较大。

发明内容

本发明提供一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，以解决现有技术中搜索的准确性低的技术问题。

本发明提供一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，所述方法包括：

对电网系统进行孤岛化处理，保留能独立运行的独立系统；

通过对所述独立系统进行潮流计算判断所述独立系统潮流是否收敛；

如果所述独立系统潮流不收敛，对所述独立系统进行甩负荷操作；

如果所述独立系统潮流收敛，进行后续故障搜索。

优选的，在步骤对所述独立系统进行甩负荷操作之后，本发明还包括：

判断所述独立系统中所有负荷是否均甩完；

如果所有负荷未均甩完，则进行后续故障搜索。

优选的，所述对所述独立系统进行甩负荷操作包括：

通过潮流追踪，确定在本层故障发生前的情况下本层故障线路对各负荷节点分配的负荷量，所述本层故障线路包括因故障变成孤岛而在本层断开的线路；

计算各负荷节点的故障影响程度指标DFI；

判断所述各负荷节点的DFI是否大于预设阈值；

如果负荷节点的DFI大于预设阈值，将所述负荷节点独立分组并按照DFI由大到小的顺序排序；

如果负荷节点的DFI小于或者等于预设阈值，将所述负荷节点分为一组，并将所述分组排列于所有分组的的最后一位；

按照以上分组顺序逐组甩负荷。

优选的，所述按照以上分组顺序逐组甩负荷包括：

判断DFI大于0.2的负荷节点甩完负荷后潮流是否收敛；

如果DFI大于0.2的负荷节点甩完负荷后潮流不收敛，对其余负荷节点采用分级低电压甩负荷方法甩负荷。

优选的，所述进行后续故障搜索包括：

计算独立系统内各负荷节点的线路负载比；

根据线路负载比确定独立系统内过负荷故障概率。

优选的，所述进行后续故障搜索还包括：

计算本层故障线路与上一层故障线路的等效距离；

计算本层故障线路潮流转移比，所述潮流转移比为潮流转移量占当前故障线路故障前潮流的比例；

根据所述等效距离和潮流转移比确定独立系统内隐性故障的概率。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，所述方法包括：对电网系统进行孤岛化处理，保留能独立运行的独立系统；通过对所述独立系统进行潮流计算判断所述独立系统潮流是否收敛；如果所述独立系统潮流不收敛，对所述独立系统进行甩负荷操作；如果所述独立系统潮流收敛，进行后续故障搜索。本发明基于现有连锁故障搜索方法，提出了一种更实际的电力系统连锁故障事故链搜索方法。本发明方法对原有连锁故障搜索框架进行了改进，并对其中的甩负荷策略和后续故障搜索提出了新的求解思路，提高了连锁故障事故链搜索的准确性，对工程实践具有一定的指导作用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法的方法流程图；

图2是本发明实施例中提供的另一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法的方法流程图；

图3是本发明实施例中提供的步骤S400的方法流程图；

图4是本发明实施例中提供的步骤S500的方法流程图；

图5是本发明实施例中提供的另一种步骤S500的方法流程图；

图6是本发明实施例中提供的IEEE10机39节点系统单线图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

请参考图1，所示为本发明实施例中提供的一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法的方法流程图。由图1可见，所述方法包括：

步骤S100：将系统初始化为正常运行工况，并设置初始故障。

使用的方法为等概率选取一条线路断开，以使系统处于故障状态，方便得到后续故障。

步骤S200：判断设置故障后的系统是否存在独立系统。

独立系统与其它部分没有电气联系的系统。由图论原理对系统进行连通性分析，将系统分为互不连通的若干区域，保留能独立运行的独立系统区域。

步骤S300：通过对所述独立系统进行潮流计算判断所述独立系统潮流是否收敛。

潮流计算方法具体采用牛顿-拉夫逊迭代法，潮流计算方法以及潮流收敛的判断方法为现有方法，这里不再详述。

步骤S400：如果所述独立系统潮流不收敛，对所述独立系统进行甩负荷操作。

本发明提出了一种基于潮流追踪的甩负荷策略，主要通过潮流追踪，找到当前层因断线影响的负荷节点，通过优先甩受断线影响较为严重的负荷节点来减轻潮流转移及故障影响，在使系统潮流收敛的同时提升系统的稳定性，降低大停电的概率。

步骤S500：如果所述独立系统潮流收敛，进行后续故障搜索。

本发明提出不再限制每个故障层的故障数目，故障类型则考虑了过负荷故障和隐性故障两种，并提出了对两种故障的新的搜索策略。

本发明基于现有连锁故障搜索方法，提出了一种更实际的电力系统连锁故障事故链搜索方法。本发明方法对原有连锁故障搜索框架进行了改进，并对其中的甩负荷策略和后续故障搜索提出了新的求解思路，对工程实践具有一定的指导作用。

请参考图2，所示为本发明实施例中提供的另一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法的方法流程图。由图2可见，本方法在以上实施例的基础上还包括：

步骤S600：判断所述独立系统中所有负荷是否均甩完；如果所有负荷未均甩完，则执行步骤S500。

请参考图3，所示为本发明实施例中提供的步骤S400的方法流程图。由图3可见，步骤S400包括：

步骤S401：通过潮流追踪，确定在本层故障发生前的情况下本层故障线路对各负荷节点分配的负荷量。所述本层故障线路包括因故障变成孤岛而在本层断开的线路。

潮流追踪方法可获得在电力系统某一运行工况下线路潮流的流向(即该线路功率最后分到的负荷节点及相应量)，使用该方法对本级故障前状态进行潮流追踪，得到相关量。

步骤S402：计算各负荷节点的故障影响程度指标DFI。

本实施例根据各负荷节点的故障影响程度指标(Degree of Failure Impact，DFI)来确定其受本层故障的影响程度。DFI指标的定义为：

式中，P为步骤S301中计算得到的负荷节点受本层故障影响的负荷量；P_l为该节点当前的负荷量；P_f为上一层故障线路所传输的功率。

步骤S403：判断所述各负荷节点的DFI是否大于预设阈值。

步骤S404：如果负荷节点的DFI大于预设阈值，将所述负荷节点独立分组并按照DFI由大到小的顺序排序。

步骤S405：如果负荷节点的DFI小于或者等于预设阈值，将所述负荷节点分为一组，并将所述分组排列于所有分组的的最后一位。

步骤S406：按照以上分组顺序逐组甩负荷。

按照以上分组顺序逐组甩负荷包括：

判断DFI大于0.2的负荷节点甩完负荷后潮流是否收敛；

如果DFI大于0.2的负荷节点甩完负荷后潮流不收敛，对其余负荷节点采用分级低电压甩负荷方法甩负荷。

请参考图4，所示为本发明实施例中提供的步骤S500的方法流程图。由图4可见，步骤S500包括：

步骤S501：计算独立系统内各负荷节点的线路负载比。

本发明使用线路负载比来衡量线路过负荷程度，线路负载比可用下式计算：

L＝T_l/T_l0

式中，T_l和T_l0分别为分别代表考察线路当前传输功率和额定传输功率。

若线路过载比达到一定阈值(大于1)，则认为该线路处于过负荷状态，有可能发生过负荷故障。

步骤S502：根据线路负载比确定独立系统内过负荷故障概率。

本发明考虑到线路在过载状态下仍能运行一段时间，认为单条线路过负荷故障的概率与其过负荷时间和程度均有关联。

定义过负荷故障概率P为：

式中，P为本层该线路发生过负荷故障的概率(大于1则一定发生)，P₀为该线路上一层发生过负荷故障的概率(初始为0)。

请参考图5，所示为本发明实施例中提供的另一种步骤S500的方法流程图。由图4可见，步骤S500还包括：

步骤S503：计算本层故障线路与上一层故障线路的等效距离。

对于隐性故障，本模型考虑两方面：与上一层故障线路的拓扑距离和潮流转移。拓扑距离的计算使用基于图论中的Dijkstra最短路径算法，为保证合理性，此处设定最大距离为3(超过最大距离的耦合性不再考虑)，考虑到某些线路可能会与上一层的多条线路距离相近，定义与上一层故障线路的等效距离为：

式中ED为最终的等效距离，D₁、D₂……D_n等为该线路与上一层较近的故障线路间的距离。

步骤S504：计算本层故障线路潮流转移比。

潮流转移使用潮流转移比来量化一条线路的潮流转移情况，潮流转移比即为潮流转移量占当前故障线路故障前潮流的比例。

步骤S505：根据所述等效距离和潮流转移比确定独立系统内隐性故障的概率。

隐性故障的概率为潮流转移比与等效距离的比值：

式中，P_h为该线路的隐性故障概率，ΔP为潮流转移比，ED为该线路与上一层故障线路的等效距离。

下面以IEEE10机39节点系统作为实施算例进行分析。该系统单线图如图6所示，通过仿真分析甄别重要的事故链。

先对甩负荷情况进行分析，分别将本发明(称为S1)与传统的平均甩负荷方法(即所有负荷节点甩的比例相同，称为S2)和分级低电压甩负荷方法(称为S3)进行比较。分别就整体结果和严重故障(在传统方法中负荷损失超过1/3)结果进行比较，结果如表1所示：

表1：S1、S2和S3整体结果和严重故障的比较结果

再对事故链进行搜索，部分大停电事故的结果如表2所示(后续故障中，过负荷故障使用O来表示，隐性故障使用H来表示)。

表2：大停电事故的结果

对事故链的整体统计结果如表3所示：

表3：事故链的整体统计结果

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，其特征在于，所述方法包括：

将系统初始化为正常运行工况，并设置初始故障；

判断设置故障后的系统是否存在独立系统；

通过对所述独立系统进行潮流计算判断所述独立系统潮流是否收敛；

如果所述独立系统潮流不收敛，对所述独立系统进行甩负荷操作；

如果所述独立系统潮流收敛，进行后续故障搜索，其中，

所述对所述独立系统进行甩负荷操作包括：

通过潮流追踪，确定在本层故障发生前的情况下本层故障线路对各负荷节点分配的负荷量，所述本层故障线路包括因故障变成孤岛而在本层断开的线路；

计算各负荷节点的故障影响程度指标DFI；

判断所述各负荷节点的DFI是否大于预设阈值；

如果负荷节点的DFI大于预设阈值，将所述负荷节点独立分组并按照DFI由大到小的顺序排序；

如果负荷节点的DFI小于或者等于预设阈值，将所述负荷节点分为一组，并将所述分组排列于所有分组的最后一位；

按照以上分组顺序逐组甩负荷。

2.根据权利要求1所述的考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，其特征在于，在步骤对所述独立系统进行甩负荷操作之后，还包括：

判断所述独立系统中所有负荷是否均甩完；

如果所有负荷未均甩完，则进行后续故障搜索。

3.根据权利要求1所述的考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，其特征在于，所述按照以上分组顺序逐组甩负荷包括：

判断DFI大于0.2的负荷节点甩完负荷后潮流是否收敛；

如果DFI大于0.2的负荷节点甩完负荷后潮流不收敛，对其余负荷节点采用分级低电压甩负荷方法甩负荷。

4.根据权利要求1所述的考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，其特征在于，所述进行后续故障搜索包括：

计算独立系统内各负荷节点的线路负载比；

根据线路负载比确定独立系统内过负荷故障概率。

5.根据权利要求4所述的考虑甩负荷及耦合性的电网连锁故障事故链搜索方法，其特征在于，所述进行后续故障搜索还包括：

计算本层故障线路与上一层故障线路的等效距离；

计算本层故障线路潮流转移比，所述潮流转移比为潮流转移量占当前故障线路故障前潮流的比例；

根据所述等效距离和潮流转移比确定独立系统内隐性故障的概率。