[发明专利]电网连锁故障事故链的相关性评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用在电力系统运行、安全监控系统中的电力系统风险评估方法，属于图论及计算机技术应用于电力系统运行规划的技术领域。

背景技术

近年来，随着电网规模不断扩大、电气元件不断增加，大停电事故对电网造成的影响日趋显著，且发生故障的复杂性日益增加，国内外学者在从大停电事故机理以及模型的角度进行了广泛而深入的研究。

世界范围内来看，大停电事故时有发生，例如2003年的“美加大停电”、丹麦和瑞典大停电、意大利大停电，再如2006年南非和西欧大停电、2012年印度大停电等。以震惊世界的“美加大停电”为例，美国东北部于2003年8月14日发生停电事故，同时影响了加拿大的部分供电，停电情况持续了至少四天，直接导致了约六十亿美元的经济损失，波及了超过四千万人口。这次大停电事故暴露出了美国电网结构和配置上的失误和缺陷，包括电磁环网、电压等级不一、电网正常工况下负载率过高等问题，当然，缺乏应对紧急情况的应急预案也是事故进一步扩大的因素之一。虽然各大停电事故的引发原因各异，发展情况也不尽相同，但是事故的不断扩大基本由连锁故障所导致，客观上证明了研究连锁故障发展机理及进行相关模拟计算的重要性，同时，正由于大停电事故本身的引发和发展并没有既定的规律和模式，而且世界范围内缺乏相关的实际测试实例，给连锁故障建模仿真带来了一定的困难。连锁故障的机理研究通常主要分为：以电力系统稳态潮流及暂态稳定分析为建模基础，综合考虑负荷转移率、继电保护设备拒动误动概率、线路故障率等系统行为的发生概率，对连锁故障发展模式及其发展趋势与系统状态进行分析，基于模型中系统状态给出诊断及相应控制策略；以电力系统拓扑为分析基础，以抽象化的拓扑关系描述电网网架结构，通过复杂网络理论对系统状态和行为进行评估分析，宏观地对连锁故障模式与系统拓扑进行定性分析，以此从拓扑的角度了解其机理。

总体来说，连锁故障的分析研究主要从系统状态及拓扑结构两方面展开，但是其中对连锁故障间的关联性很少深入研究，由前述连锁故障模式分析可知，虽然第一类针对电力系统状态量变化的仿真模型可以有效模拟连锁故障过程，但是如果缺少对连锁故障相关性的考量，其模拟结果不能准确反映电网的实际情况，将会忽略重要的连锁故障模式。

发明内容

本发明的目的是针对现有连锁故障模式搜索以及机理分析中存在的一些问题，提出了电网连锁故障事故链的相关性评估方法。本发明的主要研究内容为：首先，建立电网基本框架，基于电网稳态交流潮流以及暂态稳定分析，对系统状态(包括线路潮流、发电机功角)进行计算分析；然后，在电网框架的基础上，基于连锁故障间的故障相关性以及线路的继保误动，采用轮盘赌的方式按不同概率随机发展连锁故障；最后，基于C++的主程序构建以及调用外部程序实现仿真系统。

电网连锁故障事故链的相关性评估方法，包括以下步骤：

(1)将系统初始化为正常运行工况；

(2)各线路等概率发生初始故障，线路初始故障为线路三相永久短路故障，在既定时间内继保动作切除故障。对于直流线路，初始故障为直流线路单极闭锁故障；

(3)基于之前的线路故障情况，对电力系统进行暂态稳定分析；如果系统暂态失稳，则进入(7)；如果系统暂态稳定，则进入(4)；

定义系统暂态稳定指标衡量系统暂态稳定程度：

η=360-δmax360+δmax×100]]>

其中，δ_max为暂态过程中系统最大功角差，指标为正值时，系统稳定，指标为负值时，系统失稳，指标与系统最大功角差呈正相关关系；

(4)依据线路潮流变化及故障线路间拓扑距离判断是否发生下一级故障；

定义故障线路间拓扑距离作为衡量故障相关性的重要指标，其含义为两条线路各自两个顶点间最短路径所包含线路数之和的平均值，即对于线路i和线路j，线路i的两个顶点与线路j的两个顶点可以得到四条最短路径，计算各条最短路径包含线路条数之和的平均数，即为：