电力系统连锁故障模型预测技术探讨

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摘要：基于现代电网的大停电事故通常是由电力系统连锁故障导致，对电力系统连锁故障的研究关系到电网的安全稳定供电。阐述电力系统连锁故障的理论模型及仿真模型，对比各模型的优势与不足。

关键词：仿真技术;连锁故障;电网稳定;模型

引言

随着社会的发展，对电网可靠性的要求已成重中之重。现如今大停电事故已不再由单一故障导致，而是由单一故障经一系列连锁反应发展而来。如今联网范围的扩大使得连锁故障影响的范围扩大，从而增加其所造成的危害。连锁故障即是指由任意位置的故障触发其他位置电力设备不受控制地相继跳出[1-6]。故障之间具有连续性、随机性和关联性。借助连锁故障预测模型，人们可以提前找到电网存在的缺陷，通过一系列手段可以减少连锁故障的发生。

1连锁故障的理论模型

从方法论的角度出发，现有的理论模型可分为两大类：宏观系统方法和物理过程还原方法。前者包含：基于复杂网络理论、基于复杂系统的自组织临界理论；后者包含：基于模式搜索理论。复杂网络理论：基于随机图论研究，用最短路径、平均距离、聚类系数、节点度数、节点平均度数及节点度数分布等特征描述网络，从图论的角度剖析了连锁故障发生、发展和传播的机理[7-13]。相应的模型有小世界模型、无标度网络模型等。自组织临界理论：基于电力系统的类自组织临界性，采用全局定性分析方法研究系统行为，揭示电力系统大停电的规模与发生频率满足幂律关系这一特征。相应的模型有OPA模型、CASCADE模型等。模式搜索理论：通过建立符合电网实际物理过程的模型和算法，模拟、预测连锁故障发生和发展的模式，从连锁故障序列的角度研究大停电的发展过程。相应的模型有事故链模型、概率推理模型。前两者可以从宏观角度来考虑连锁故障的发生和发展机理，但无法详细地模拟其发生过程，无法详细地体现故障发生时的系统的动态过程，难以对连锁故障进行在线预警。而模式搜索理论模型可以结合多种影响因素进行搜索，以故障序列的形式展现其发展过程，对预测故障的发展路径提供了便利。

2连锁故障的仿真模型

从仿真的角度，采用以电力系统分析算法为核心的仿真模型，具体可分为基于直流潮流的稳态模型（steady model，SM）、基于交流潮流的稳态模型（transient model，TM）、基于稳定计算的暂态模型以及基于稳定计算和潮流计算交替的混合模型（hybrid model，HM）。其中SM还可以分为直流潮流稳态模型（DC-SM）和交流潮流稳态模型（AC-SM）。基于稳态模型的仿真将连锁故障看作离散过程的转移过程[14-16]，着重考虑单个故障过程中的潮流变化，忽略故障发生后的暂态过程与系统稳定性。与交流潮流的计算结果相比，直流潮流的计算结果存在一定误差，但有效降低了模型复杂度，提高了速度，且无收敛性问题，可用于快速模拟。基于暂态模型的仿真通过时域仿真来模拟故障发展过程中的系统状态、元件动作等之间的互相影响。仿真精度高，可用于全过程动态仿真，但计算量远大于稳态模型。混合模型就是在稳态模型的基础上嵌入一个暂态模型。当发生扰动时，进入暂态模型模拟相应过程；当达到平衡时，返回稳态模型更新系统状态并进行潮流计算。文献[17]对比了AC-SM、DC-SM和TM的仿真结果，表明在关键线路断开前，三者都具有较高的统一性，但是在开断之后，只有TM可以反映系统的运行状态。而HM克服了由于SM忽略暂态过程所导致的误差，具有和TM一致的仿真结果。因此HM的适用范围更加广泛。

3研究现状与不足

在预测方面，现有的研究中大多采用一种模型进行分析研究。很少对比各模型在预测分析时的结果，也没有进行适用性的分析。在控制方面，现有的防御模型多是从事故前、中求取控制策略，没有考虑经济性和安全性的协调优化。

4总结

连锁故障的研究模型对于分析连锁故障的发展过程研究有着重要的作用。本文对连锁故障的理论及仿真模型做了一系列的分析，对现有研究模型的长处与不足进行分析比对。为了提高对连锁故障控制的准确性，减小其所造成的危害，有必要对相关方法进行改进、优化，使未来连锁故障的防御与控制更加可靠、经济。

作者：李侃 单位：安徽理工大学