[发明专利]一种电网元件连锁故障模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统模拟与计算领域，具体涉及一种电网元件连锁故障模拟方法。

背景技术

近年来世界范围内发生了不少大停电事故,造成了很大的经济损失,引起了人们对电网安全的广泛关注。2008年初春,中国的南方发生了一场历史罕见的冰雪灾害,在全国范围内电网造成36740条10kV及以上电力线路、2016座35kV及以上变电站停运, 10kV及以上杆塔倒塌及损坏310321基,其中110-500kV基,导致3330多万户、约1.1亿人口停电,给经济、社会和人民生活造成了极为严重的影响。这些大停电事故许多是由连锁故障引起的, 因此对其研究极为必要。

电网连锁故障的发生机理可以简单地概括成:电网正常运行时每个元件都带有一定的初始负荷;当某一个或几个元件因故过负荷而导致故障发生时会改变潮流的平衡并引起负荷在其它节点上的重新分配,将多余的负荷转移加载到其它元件上;如果这些原来正常工作的元件不能处理多余的负荷就会引起新一次的负荷重新分配,从而引发连锁的过负荷故障,并最终导致网络的大面积瘫痪和大规模停电故的发生。

目前，国内外对电网连锁故障的研究大体上可分为基于复杂网络理论的方法、基于复杂系统的自组织临界理论方法和模式搜索方法３类：

（1）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展和传播的机理。包括ER（Erdos-Renyo）随机网络模型、“小世界”网络模型、无标度网络模型（Barab si-Albert）、相隔中心性模型、Motter-Lai模型及有效性能模型等。此类模型可以在静态条件下，分析电网脆弱性，但因一般采用抽象的元件模型和网络拓扑，难以分析系统的动态运行情况。

（2）自组织临界理论揭示了电力系统大停电的规模与发生频率满足幂律尾关系这一特征。包括基于直流潮流的OPA模型、Hidden Failure模型、Cascade模型和Branching Process模型等。此外，Manchester模型基于交流潮流模拟电力系统连锁故障，可以考虑线路低频减载、低压减载、保护隐藏故障等因素。基于复杂理论的连锁故障评估方法重点关注连锁故障的宏观特性，通过统计数据分析系统薄弱环节及电网的连锁故障风险，主要应用于指导电网规划，尚难以在线应用。

（3）模式搜索理论模拟了连锁故障发生和发展的模式，主要包括解析法与模拟法两类，是通过建立符合电网实际物理过程的模型和算法对电网的连锁故障进行模拟，包括对初始 扰动的发生、潮流变化、保护动作、安全自动装置动作和自然因素等事件的模拟。为减小搜索空间，包括采用关联指标选择可能故障序列的层次分析法、模糊模拟评估方法、关键路径法、启发式搜索方法，以及综合模拟法及解析法优点的混合模式搜索法等。然而，如何弥补模拟法计算速度慢、解析法不便处理不确定性事件的不足，仍有待进一步研究。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种理论清晰、计算效率高的电网元件连锁故障模拟方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电网元件连锁故障模拟方法，包括以下步骤：

S1：根据系统数据，计算初始交流潮流，并根据各节点电压、线路潮流，修正各线路的的故障率；

S2：生成随机数，对各线路进行抽样，得到电网元件故障集合；

S3：计算最优切负荷量；

S4：针对切负荷后的电网，重新计算交流潮流，根据各节点电压、线路潮流，生成随机数，并重新对各线路进行抽样，若抽样到新的线路故障，则转至步骤S3执行；若没有新的元件故障，则模拟过程结束。

优选的，所述步骤S1中的系统数据包括母线数、元件数、总装机容量和最大负荷，所述元件包括线路、发电机、变压器和电抗器。

优选的，所述步骤S1中的修正是将静态故障率与运行条件相依的故障率增量的和作为元件的故障率，如下式所示：

其中：为元件 i 在时刻 t 的故障率， 为元件的静态故障率，即元件的多年统计故障率数据； 为条件相依的故障率增量，其中x_j(t)为因素 j在时刻 t 的物理量。

优选的，所述步骤S3的优化模型如下式所示：