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基于潮流转移识别的电力系统连锁故障风险评估模型

文档作者：张富春1，吕景顺2，范迪铭2，黄家栋1，周庆捷3 文档来源： 1．华北电力大学电气与电子工程学院 2．甘肃省电力公司电力科学研究院 3．北京中恒博瑞数字电力科技有限公司		点击数：	更新时间： 2020年12月17日
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—丽彳肖蓐簪百WER ENGiNEERiNG
8
第29卷第12期
2013年12月
电力科学与工程
Electric Power Science and Engineering
V01．29．No．12
Dec．，2013
基于潮流转移识别的电力系统连锁故障风险评估模型
张富春1，吕景顺2，范迪铭2，黄家栋1，周庆捷3
(1．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003；2．甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050；
3．北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京100085)
摘要：在元件停运概率历史统计值的基础上，综合考虑潮流因素的影响，给出了元件停运概率曲线，并
采用严重度指标从系统静态安全的角度评估了连锁故障的后果。为了缩小安全分析的范围，根据实时网
络拓扑结构建立相应的矩阵，经过矩阵运算，得到过载支路对应的并行断面；利用动态解耦潮流算法计
算并行断面内支路的潮流，将潮流增加较大的支路作为下一故障环节的备选支路集。最后以IEEE 39节
点系统为对象进行仿真，验证了此方法的可行性与有效性。
关键词：连锁故障；风险评估；并行断面；潮流转移识别
中图分类号：TM71 1 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2013．12．002
0引言
近年来，电力系统大面积停电事故频繁发生，
严重地影响了人们正常的生产和生活¨。o。相关
研究结果表明：由简单故障引起系统功角或者电
压失稳从而导致大面积停电的事故已经愈来愈少，
绝大多数大停电事故是由于运行在接近极限状态
的电力网络受到扰动，引发功率大范围的转移，
造成系统的连锁跳闸而发生的HJ。为了能够及时
采取措施预防大停电事故的发生，保证系统安全
稳定运行，必须建立一种行之有效的电力系统连
锁故障评估模型。
风险理论由于能够同时考虑事件发生的概率
以及事件造成的后果，与确定性和概率性评估方
法相比，更加符合运行人员的决策需求，所以被
广泛地引入电力系统连锁故障的相关研究工作中。
文献[5]在考虑了系统负荷状况、天气条件、
继电保护隐性故障的前提下，对处于某种运行状
态下的系统进行了连锁故障风险评估，其模型能
够识别出引发连锁故障的关键线路，便于预防控
制策略的制定。但是该模型采用蒙特卡罗方抽样
法计算风险指标，计算速度较慢，不利于在线应
用。文献[6]将在OPA模型的基础上引人了风
险理论，建立了基于最优风险指标的连锁故障模
型；该模型比较接近实际电网，但是模型的精度
有待提高。文献[7]定义了事故链中间环节预
测指标，可以实现事故链中间环节的快速搜索，
但是评估结果过于片面。
为了克服上述风险评估模型的不足，本文提
出了一种基于潮流转移识别的电力系统连锁故障
风险评估模型。该模型根据网络的拓扑结构以及
系统的实际运行状态识别受潮流转移影响较大的
线路，从而缩小了安全分析范围，加快连锁故障
分析评估速度，为实现在线应用奠定基础。
1连锁故障风险模型
1．1连锁故障风险指标
将连锁故障风险指标定义为电力系统发生连
锁故障的可能性与严重性的综合度量"1，其具体
公式为
尺(xr)=2P(E。)·|s(E。，x，) (1)
式中：墨为系统当前运行状态；Ei为第i个停运
元件；P(E。)为故障序列中第i个元件停运的概
收稿日期：2013—08—31。
作者简介：张富春(1984一)，男，硕士研究生，研究方向为电力系统继电保护及电力系统安全控制，E．mail：723438388@
qq·oomo
万方数据
ELECTRIC POWER ENGlNE基建}NG
第12期张富春，等基于潮流转移识别的电力系统连锁故障风险评估模型9
率；S(Ei，墨)表示在系统当前运行状态下，第i
个元件停运所造成的后果严重度；R(墨)为系统
当前运行状态下发生的连锁故障风险指标。
1．2元件停运概率
电力元件的停运概率与系统的实际运行状况
有关。在长期历史统计数据的基础上，综合考虑
元件潮流的影响，定义元件停运概率曲线如图1
所示。
／
Sior．mi n Snor-max Smax
S
图1元件停运概率曲线
Fig．1 Probability curve of component outage
图1中：|s。。为元件传输容量极限值；S．or。i。和
S．or,m。分别为元件潮流正常值的下限值和上限值；
P。为元件停运概率的历史统计值。
1．3连锁故障后果严重度函数
电力系统连锁故障风险评估的目的是方便运
行人员监视系统运行状态，提前采取相应的措施
预防大停电事故的发生；因此本文从静态安全的
角度出发，选取母线电压偏移、负荷转移、支路
过负荷作为后果严重度指标。
设系统中有J7v个母线，则支路i开断后引起
的母线电压偏移严重度函数为
Ⅳ
Js(U，E。)=Σ．s(U，，E。) (2)
式中：S(u，Ei)为支路i开断造成的母线电压偏
移严重度；s(u，，Ei)为支路i开断造成的母线J
的电压偏移严重度，其定义曲线如图2所示。
设支路i开断后剩余网络中含有￡条支路，
则负荷转移严重度函数为
S(△P，E。) 一÷I垡
一角I P抽。
(3)
式中：△■为支路i开断引起的支路歹的有功功率
变化；PJ一为支路J的有功功率极限值。
牙1
n
S
胃
0
O．7 1．0 1．3
U|
图2母线电压偏移严重度曲线
Fig．2 Severity curve of bus voltage offset
支路i开断可能引起其他支路过负荷。定义
过负荷严重度函数为
L Pi
s(P，Ei)2善产(4)
式中：P，为支路i开断后支路J的有功功率；P抽。
为支路歹的有功功率极限值。
综合后果严重度函数为
．s(Ej)=OJlS(U，Ei)+∞2Js(AP，E。)+∞3S(P，Ei)
(5)
式中：∞。，m：，∞，为相应指标的权重因子，可以
由层次分析法求取。
2 基于潮流转移识别的连锁故障模式搜索
当系统中的某条线路由于检修、故障等原因
退出运行时，会引起网络中的潮流转移；但是并
非每条线路中的潮流都会发生很大变化，有些线
路中的潮流变化很小或者几乎不变。如果能够识
别出那些潮流增加较大的线路组成的输电断面，
就能缩小电网安全分析的范围，加快安全分析的
速度，这样就会有更多的时间用于相关决策。当
系统中某一过载支路开断后，潮流往往会涌向与
其有相同电源区或负荷区的并行断面，识别潮流
增加较大的线路的关键在于找出过载线路的并行
断面，在此基础上对并行断面内的线路进行潮流
增加量计算。
2．1图论相关知识
所谓图是指节点和支路的集合，可以用数学
结构G(y，E)表示，其中G表示某一特定的
图，y表示节点集合，E表示支路集合。根据支
路是否有方向，图可以分为有向图和无向图。
相邻矩阵是图论中的一个重要概念，设有向
万方数据
甄墓毒号囊l亭F石w鞋R￡鹣sl辩莲塞RiNG
10 电力科学与工程2013年
图G(V，E)中有rt个节点，则该图的相邻矩阵
为n阶方阵，其元素
f1，若有支路从口i指向秽，
9 【0，不存在秽。指向秽，的支路一
若从节点秽。出发，经过若干条支路可以到达
节点秽，，则称节点口。与节点秽，之间存在路径。图
论中，通过路径矩阵来描述网络中任意两节点间
是否存在通路，其元素
『1，若∥。到秽，存在路径
pF
2 i0，若秽。到秽i不存在路径u’
2．2并行断面
并行断面是在某一基态潮流下，与过载支路
有相同电源区或负荷区的输电及受电断面的集
合‘91，输电线路的连锁过载跳闸往往就发生在过
载支路的并行断面内。
并行输电断面的识别属于网络拓扑结构辨识
范畴，首先需要将实际的电力网络简化成以支路
和节点表示的有向图，取输电线路中实际潮流的
方向为支路的方向。参照文献[10]，通过式
(8)可以得到以第i个节点为始端的线路k的并
行断面。
rT=Qi Q。oA
{
【Q。=P+E
母线无功功率计算值；,aQ‘=(AQ：，zXQ!，⋯，△Q：)
为母线有功功率给定值；AlEI‘=[△喝l‘，△IE：l‘，
⋯，△旧。门为电压幅值；△∥=[△秽：，△9：，⋯，
△p：]。为相角修正值。
与快速解耦潮流算法相比，动态解耦潮流算
法的系数矩阵为一个常数矩阵L，L=D。CD。由
于L为不可逆矩阵，所以不能直接求其逆矩阵，
但是可以根据Penrose等式求其广义逆矩阵￡+，
并代入式(9)、(10)得
△矿=L+(△∥)’ (1 1)
AE‘=L+(△Q‘)’ (12)
式中：△g。kf／IErefI‘=一Σ，△P：／IE；I‘。
△Q2／lE。fl‘
△Q：，．／lE。I‘
△Q：，。／IE。I‘
r△Q：。．／lE。l‘
：FI△Q卅E”，r
：
l△Qk．．／IE。，。I‘
(13)
假设网络中一共有n个节点，其中一个参考
节点，m个PV节点，n—r一1个PQ节点，则F
为一个(m+1)×(n—m一1)维矩阵，其表达式为
式中：P为路径矩阵；E为单位矩阵；A为相邻
矩阵；o表示2个矩阵对应元素进行逻辑与运算。
2．3并行断面潮流的实时预测
在判断出并行断面的情况下，为了实时评估
过载支路跳闸对断面内相关支路潮流的影响，原
则上可以采用各种潮流计算方法，例如快速解耦
潮流算法，但由于其计算量大，难于满足在线实
时控制的要求¨1I，因此，采用动态解耦潮流分析
方法预测相关断面的潮流转移情况。
动态解耦潮流分析方法的基本公式为
(△P‘)’=La矿(9)
(aQ‘)7=LAE‘ (10)
热(科=【筹，等，⋯，百Apk】为母线有功功
率计算值；AP‘=(AP：，△尸：，⋯，△P：)为母线有功
功率给定值；(彬)『-[筹，筹，⋯，筹】为
1
￡：咖r—J已；。，。r
k一一三二。，ref
r 一1
￡品Ⅲ，。
；
1 ⋯
L刍。。一￡二。。， ⋯
L二。。一三二肿，。⋯
⋯ 一1
⋯￡pvl．pq㈣一l
1
￡刍。。
1
一L品。。。
i ；
L玉。。一L；删，。J
一1 ]
一三r十r，，。。一。一。1
． 1(14)
：
￡；。，。，一￡：f．。。⋯￡品。，。⋯一．一三二，。⋯一
通过上述过程，就可以得到并行断面内各条
支路的潮流分布，从而识别出受过载支路开断影
响较大的支路。将这些支路选为下一级故障环节
的待选支路。故障模式搜索过程如下。
(1)假设网络中支路L开断。
(2)通过式(8)识别并行断面。
(3)利用动态解耦潮流算法计算并行断面内
各支路的潮流增量。
(4)潮流增加较大(相对于该支路原潮流的
百分比)的支路组成下一故障环节的备选支路
集合。
(5)随机选取备选支路集合中的一条支路，
万方数据
ELECTRIC POWER匿N鑫{NE垂麓{N8
第12期张富春，等基于潮流转移识别的电力系统连锁故障风险评估模型11
假设其开断。
(6)判断系统是否失去暂态稳定，若失稳结
束该事故集的搜索，否则转步骤(2)。
(7)记录搜索到的该连锁故障事故集。
3模型快速性分析
本文所提模型的快速性主要体现在连锁故障
模式搜索方面。当第i级故障环节确定后，首先
搜索与其对应的并行断面，缩小安全分析的范围。
通过简单的矩阵运算便能得到并行断面，运算复
杂度低。当确定并行断面后，利用动态解耦潮流
算法计算各条支路的潮流分布，识别并行断面内
潮流增加较大的支路作为下一故障环节备选支路
集，进一步缩小安全分析的范围。与传统潮流算
法相比，整个计算过程中矩阵L+和F只需要求取
一次；另外，L的维数为并行断面内支路的条数，
F+的维数与系统中PV节点的数目相关，实际系
统中PV节点的数目并不多，因此动态解耦潮流
算法的运算量较小。综上所述，本文模型具有明
显的快速性。
4算例分析
为了验证本文模型的有效性，对IEEE 39节
点系统进行仿真分析，其具体的系统接线如图3
所示。
2
1
a
G
襁!兰!!习T
醒』：
2728了。2。917]霪(G
雌薹
丌舟≥j22[L
中各个权重因子的值。利用9标度法¨纠给判断矩
曰钱i3；]
矩阵B的最大特征值A一=4．047，一致性比
∞=[∞1，∞2，033]=[0．637 2，0．258 3，0．104 2]
Tab．1 Results of first eight fault sets of cascading
failure possessing most risk of IEEE 39-bus system
由表1的评估结果可知，支路5—6，6—7开
断后系统极易发生连锁故障，是系统中的薄弱环
节。从实际网络方面来看，负荷节点4，7，8总
负荷为1 255．8 MW，占实际系统的25．2％；而母
线6是向上述负荷节点供电的重要母线，支路5—
6，6—7开断会导致母线6的功率无法送达上述
负荷节点，增加了其他线路的负担，容易导致系
统崩溃，造成大停电事故。所以，本文所提模型
能够定量地反映系统中存在的连锁故障风险，以
便运行人员制定预防控制措施。
当3谘33杏” 5结论
图3 IEEE 39节点系统接线图
Fig．3 Connection diagram of IEEE 39一bus system 本文提出了一种基于潮流转移识别的电力系
万方数据
ELEeT致ie p0WER￡NGiN￡￡RlNG
12 电力科学与工程2013正
统连锁故障风险评估模型。该模型的优越性在于：
(1)考虑了潮流对事故发生概率的影响，使得风
险评估的结果更能体现网络的实际运行特性；
(2)能够全面反映连锁故障的发展及其对系统静
态安全的影响；(3)具有较快的评估速度，具有
良好的在线应用前景。
参考文献：
[1]陈嫒，卢锦玲，于成洋，等．复杂电网连锁故障预测
[J]．电力科学与工程，2008，24(3)：9—12．
Chen Yuan，Lu Jinling，Yu Chengyang，et a1．Cascading con—
tingency forecasting of complex power system[J]．Electric
Power Science and Engineering，2008，24(3)：9—12．
[2]王英英，罗毅，涂光瑜，等．电力系统连锁故障的关联
模型[J]．电工技术学报，2012，27(2)：204—209．
Wang Yingying，Luo Yi，Tu Guangyu，et a1．Correlation
model of cascading failures in power system[J]．Transac—
tions of China Electro-technical Society，2012，27(2)：
204—209．
[3]王增平，李刚，任建文．基于前K最短路径的输电断
面搜索新算法[J]．电工技术学报，2012，27(4)：
193—201．
Wang Zengping，Li Gang，Ren Jianwen．A new search algorithm
for transmission section based on K shortest paths
[J]．Transactions of China Electro—technical Society，
2012，27(4)：193—201．
[4]徐岩，吕彬，毛铮，等．防止距离Ⅲ段保护因过负荷误
动的方法[J]．电力科学与工程，2012，28(10)：
22—27．32．
Xu Yan，Lu Bin，Mao Zheng，et a1．A method to prevent
maloperation of zoneⅢdistance protection due to ovedoad
[J]．Electric Power Science and Engineeting，2012，28
(10)：22—27，32．
[5]李生虎，丁明，王敏，等．考虑故障不确定性和保护动
作性能的电网连锁故障模式搜索[J]．电网技术，
2004，28(13)：27—31，44．
Li Shenghu，Ding Ming，Wang Min，et a1．Search of power
system chained failure mode considering uncertainty of ele—
ment fault and performance of protective relaying[J]．Power
System Technology，2004，28(13)：27—31，44．
[6]周宗发，艾欣，邓慧琼，等．基于故障树和模糊推理的
电网连锁故障分析方法[J]．电网技术，2006，30
(8)：86—91．
Zhong Zongfa，Ai Xin，Deng Huiqiong，et．a1．A method
to analyze power system cascading failure based on fault tree
and fuzzy reasoning[J]．Power System Technology，2006，
30(8)：86—91．
[7]易俊，周孝信，肖逾男．用连锁故障搜索算法判别系统
的自组织临界状态[J]．中国电机工程学报，2007，27
(25)：1—5．
Yi Jun，Zhou Xiaoxin，Xiao Yunan．Determining the selforgnized
criticality state of power systems by the cascading
failures searching method[J]．Proceedings of the CSEE，
2007，27(25)：1—5．
[8]陈为化，江全元，曹一家．考虑继电保护隐性故障的电
力系统连锁故障风险评估[J]．电网技术，2006，30
(13)：14—19，25．
Chen Weihua，Jiang Quanyuan，Cao Yijia．Risk assessment
of power system cascading failure considering hidden failures
of protective relayings[J]．Power Systems Technology，
2006，30(13)：14—19，25．
[9]潘莉丽，刘建华，彭铖，等．电网结构发生变化时潮流
转移的快速识别[J]．电网技术，201l，35(6)：
118—121．
Pan Lili，Liu Jianhua，Peng Cheng，et a1．Fast recognition
of power flow transferring under change on power network to—
pology[J]．Power Systems Technology，2011，35(6)：
118—121．
[10]周德才，张保会，姚峰，等．基于图论的输电断面快
速搜索[J]．中国电机工程学报，2006，26(12)：
32—38．
Zhou Decai，Zhang Baohui，Yao Feng，et a1．Fast search
for transmission section based on graph theory[J]．Proceedings
ofthe CSEE，2006，26(12)：32—38．
[11]张保会，姚峰，周德才，等．输电断面安全性保护及
其关键技术研究[J]．中国电机工程学报，2006，26
(21)：1—7．
Zhang Baohui，Yao Feng，Zhou Decai，et a1．Study on securi—
ty protection of transmission section and its key technolog"e8
[J]．Proceedings of the CSEE，2006，26(21)：1—7．
(下转第35页)
万方数据
第12期张树峰，等GIS设备元件参数的有限元计算35
The Calculation of the GIS Equipment Component Parameters by Means of the
FiIlite Element Method
Zhang Shufen91，Xu Baohual，Gao Limin92，Cai Rui3
(1．State Grid of Shanxi Province，Xinzhou Power Supply Bureau，Xinzhou 034000，China；
2．School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding 07 1003，China；
3．School of Control and Computer Engineering，North China Electric Power University，Baoding 07 1003，China)
Abstract：In order to accurately calculate very fast transient overvohage(VFr0)in gas—insulated substations
(GIS)generated by switching operations，the calculation of GIS equipment components parameter is needed．In
this paper，the GIS models of system components are summarized firstly，and then according to the GIS component
structure，the finite element software ANSYS is used to establish the model for bend pipe，basin—type insulators，
voltage transformer，and the electric field distribution is analyzed．The electric field and the electric field energy
can be obtained by using the electric field energy method，and the capacitance parameter can be got by using the
capacitive energy formula．The correctness of the method used in this paper is verified by comparison between the
existing data and the calculation results．This method lays a good foundation for the analysis and calc．ulation of the
internal over—voltage and electromagnetic compatibility problems in GIS．
Key words：gas insulated substations；very fast transient overvohage；finite element；electric field energy meth—
od；capacitance parameters
(上接第12页)
Risk Assessment Model of Cascading Failures in Power System
Based on Identification of Power Flow Transferring
Zhang Fuchunl，Lu Jingshun2，Fan Dimin92，Huang Jiadon91，Zhou Qingjie3
(1．School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding 07 1003，China；
2．Gansu Electric Power Research Institute，Gansu Electric Power Company，Lanzhou 730050，China；
3．Beijing Join Bright Digital Power Technology Limited Company，Beijing 100085，China)
Abstract：This paper proposes a risk assessment model of cascading failures in power system based on identifica—
tion of power flow transferring．Taking the influence of the factor of power flow，the model gives the probability
curve of components outage which is based on its historical statistics．And consequences of cascading failures is as—
sessed by using severity indexes from the perspective of static security．In order to narrow the scope of the safety a—
nalysis，the marx corresponding to real—time network topology is built and after the matrix operation the corre—
sponding parallel section is gotten．The branches in parallel section whose power flow increases larger are selected
as alternative branch set of the next fault 1ink，and the power flow of these branches is calculated by the dynamic
decoupled power flow algorithm．Finally，the simulation of IEEE 39一bus is done which proves the feasibility and effectiveness
of this method．
Key words：cascading failure；risk assessment；parallel section；identification of power flow transferring
万方数据

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