電力系統(tǒng)連續(xù)故障分析研究

【摘 要】電力系統(tǒng)的連續(xù)故障是指電力系統(tǒng)中的某個電器元件在運(yùn)行過程中損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)中其他的一些電器元件停止運(yùn)行的一系列反應(yīng)。電力系統(tǒng)的連續(xù)故障發(fā)生的概率比較低，但是一旦發(fā)生將造成重大影響。嚴(yán)重的電力系統(tǒng)連續(xù)故障會導(dǎo)致整個電力網(wǎng)絡(luò)的解列，造成大面積的突然停電，將會帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)在隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸形成電力網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷越來越高，接近于飽和狀態(tài)，電力系統(tǒng)的連續(xù)故障如果發(fā)生將會帶來很嚴(yán)重的后果，因此對電力系統(tǒng)連續(xù)故障的分析研究是非常有必要的。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；連續(xù)故障；解決方法

我國的電力發(fā)展進(jìn)入了電力網(wǎng)路、超高電壓、自動化和信息化的時代，電如今已經(jīng)成為人們生活和生產(chǎn)必需的生活資源和生產(chǎn)資源，如果一旦發(fā)生電網(wǎng)的故障將會帶來工廠的停產(chǎn)，人們正常生活受到干擾，并且會危及到病人的生命，將會造成重大的損失，社會影響嚴(yán)重，因此要在最大限度上保證電力系統(tǒng)的安全可靠。

一、分析電力系統(tǒng)連續(xù)故障的成因

引發(fā)電力系統(tǒng)的連續(xù)故障的原因是多種多樣的，主要的事故發(fā)生因素有：自然因素、人為因素、設(shè)備缺陷、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)因素及混合因素等。自然因素一般是不可抗力引起的造成電網(wǎng)事故。人為因素是指人為故意破壞或者是人為無意造成破壞，從而引起的線路斷路器的跳閘。設(shè)備缺陷是指系統(tǒng)中使用的元器件存在質(zhì)量問題在使用中耐負(fù)荷性降低，導(dǎo)致電流擊穿損壞，從而引起一系列的連鎖反應(yīng)。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)因素是指網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，結(jié)構(gòu)薄弱，系統(tǒng)規(guī)劃不合理，系統(tǒng)受擾動能力差，易受到破壞。電力系統(tǒng)很多大的事故通常都是有多個原因共同發(fā)生引起的，而這些事件一般是連鎖反應(yīng)，有一個事件為起點，引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)。

二、電力系統(tǒng)故障的分析方法研究

電力系統(tǒng)連續(xù)故障發(fā)生比較頻繁，并且故障出現(xiàn)的形式多種多樣，且搜索連鎖故障需要模擬保護(hù)動作 性能和安全自動裝置的控制措施，因此連續(xù)故障發(fā)生的診斷和事故結(jié)果分析具有一定的困難，未解決這個問題，技術(shù)人員應(yīng)用現(xiàn)在最先進(jìn)的數(shù)據(jù)模型技術(shù)對各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行資料收集并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立各種數(shù)據(jù)模型，通過這些模型來分析電力系統(tǒng)連續(xù)故障發(fā)的機(jī)理和特點，并對其可能的擴(kuò)展方向進(jìn)行預(yù)測。

（一）故障模式搜索

故障模式搜索法主要通過解析法、隨機(jī)模擬法、狀態(tài)空間分析等方法對電網(wǎng)事故進(jìn)行模擬計算，找出導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)連續(xù)故障的發(fā)生模式。

解析法基于確定行的判據(jù)，如N-1判據(jù)，比較方便于理解和實現(xiàn)，但是對于處理連續(xù)性的參數(shù)和不確定因素的處理有一定的難度。采用啟發(fā)式搜索的方式可以有效的避免該方法盲目的開斷選擇，通過系統(tǒng)的模擬計算能夠快速的將導(dǎo)致電壓失穩(wěn)的故障模式尋找出來。隨機(jī)模擬是建立在蒙特卡洛的概率抽樣算法基礎(chǔ)上的，只要有足夠長的模擬時間，該方法可以搜索所有的故障模式。

（二） 模型分析法

模型分析法是將電力系統(tǒng)看做是很多的個體與個體之間相互聯(lián)系，共同作用構(gòu)成的一個整體。在設(shè)計的模型中分析電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，和可能出現(xiàn)的問題，以及對系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行評估分析，從而建立系統(tǒng)連續(xù)故障數(shù)學(xué)模型，并在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算分析。

三、基于不確定性決策理論的方法

為了能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)連續(xù)故障的在線快速預(yù)測搜索，并且盡可能的保證搜索結(jié)果的合理性，要綜合考慮事故原發(fā)性和保護(hù)動作不確定性的影響。對于故障的發(fā)生的起始點，以及可能導(dǎo)致故障發(fā)生的因素進(jìn)行分類整理，并且針對可能引起故障蔓延的因素對線路故障歷史統(tǒng)計概率和實際裝態(tài)對故障的起始點進(jìn)行分析，判斷該故障是否具有擴(kuò)展性。搜索過程從原發(fā)性故障的分類上，交替的潮流計算和穩(wěn)定計算，并基于繼電保護(hù)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和當(dāng)前的實際情況，繼電保護(hù)的動作決定和排序，尋找下一個線開路，直到系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致連鎖故障模型排序。為了避免重復(fù)采樣，以確保搜索過程的快速性，與歷史的統(tǒng)計概率時確保搜索的合理性，要與前者的條件相結(jié)合，在一定程度上這具有良好的應(yīng)用前景。

（一） 事故因素分析模型

如果系統(tǒng)有N條輸電線路，為了便于分析，只對其中一條線路分析故障，因此共有N個初始故障待選方案，定義X={x1，x2，......xN}為線路初始故障方案集。線路故障發(fā)生的因素，不僅是歷史統(tǒng)計相關(guān)，以目前的狀況也有關(guān)。為了實現(xiàn)在線預(yù)測各種導(dǎo)致線路故障因素，必須要將與內(nèi)部和外部環(huán)境和系統(tǒng)相結(jié)合。將線路故障歸結(jié)為四大類原因：自然因素、人為因素、設(shè)備缺陷和其他未知的原因，據(jù)此定義屬性集U={U1，U2，......UN}其中各元素為引發(fā)線路故障的原因。

（二）初始故障的選擇

由于不可能提前知道初始故障決策矩陣的每個屬性值信息量，加上最大偏差決策法計算各屬性對應(yīng)的權(quán)重，然后把初始故障的可能性進(jìn)行排序，方法如下：

假設(shè)屬性權(quán)重向量W=（W1，W2，......WN），Wj≥0（0，1，2.....N），并且滿足單位的約束矩陣。

四、故障分析的兩個階段

電網(wǎng)連續(xù)故障搜索主要考慮一系列的因果分析的時間尺度上，可以分為一系列事件運(yùn)行。根據(jù)這一原則，繼電保護(hù)動作特性可以根據(jù)兩個階段來考慮。

（一）第一階段

第一階段是初始故障階段，根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的初始故障的在線預(yù)測，如果未發(fā)生，繼電保護(hù)器的動作也要基于歷史數(shù)據(jù)和目前的實際情況進(jìn)行預(yù)測，在這個階段要考慮兩種繼電保護(hù)動作模式，主保護(hù)拒動的后備保護(hù)動作正確，排除故障。

（二）第二階段

第二階段考慮的是當(dāng)初始故障被分離后，剩下的系統(tǒng)因為為負(fù)荷潮流的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致相鄰系統(tǒng)的電器元件出現(xiàn)負(fù)荷過載，電器元件運(yùn)行開始出現(xiàn)不正常直至導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的大范圍跳閘。一般對象為最大可能性的跳閘模式，而且保護(hù)的概率較小，安裝故障線路被排除關(guān)閉來設(shè)計。而線路的排除關(guān)閉要考慮兩種模式：一是線路存在保護(hù)措施，可以在一定程度上延時跳閘；二是繼電保護(hù)意外觸動。

電力系統(tǒng)的潮流總是處在變化之中，在以不同的方式運(yùn)行，而潮流的不同的狀態(tài)將決定在相同的情況下故障被切除后是否會發(fā)生相應(yīng)的連續(xù)反應(yīng)。因此，將故障形成時潮流的狀態(tài)作為故障發(fā)生前狀態(tài)的假定情況輸入模型中，在分析時針對潮流的狀況進(jìn)行分析，如果在故障發(fā)生時潮流的波動比較大，則建立的模型只能針對某一種潮流的狀態(tài)進(jìn)行分析，無法進(jìn)行全面分析，而潮流的連續(xù)故障路徑需要按照提出的模型以變化后的潮流狀態(tài)重新帶入模型計算，輸出計算結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳惠粉，張毅威，閔勇，喬穎，魯宗相. 集群雙饋風(fēng)電場的分次調(diào)壓控制[J]. 電力系統(tǒng)自動化. 2013（04）

作者簡介：

余川 1977.11、男、漢族，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，從2000年起長期從事輸配電及用電工程研究工作。