基于電氣介數(shù)的電網(wǎng)連鎖故障傳播機(jī)制與積極防御

孫搏

摘要：隨著電力產(chǎn)業(yè)的功能價值的越發(fā)明顯，在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)生活與社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而電力資源在為人類帶來便捷服務(wù)的同時，也存在著很大的風(fēng)險，以至于隨時危害人類的健康甚至生命。其中電網(wǎng)作為技術(shù)部門重要的工作載體，對其自身的連鎖故障的防御就顯得至關(guān)重要。本論文著重以電氣介數(shù)的電網(wǎng)連鎖故障傳播機(jī)制與積極防御為重點(diǎn)研究對象，提出使用電氣介數(shù)分析電網(wǎng)連鎖故障傳播機(jī)制的方法，研究不同電氣介數(shù)節(jié)點(diǎn)失效對系統(tǒng)連通性和輸電能力的影響。同時提出基于生成介數(shù)的連鎖故障積極防御方法。

關(guān)鍵詞：電氣介數(shù)；電網(wǎng)連鎖故障；積極防御

中圖分類號：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（B）-0000-00

前言：電力資源在當(dāng)今社會所起到的作用越來越明顯，隨之而來的便是工作人員對電力系統(tǒng)技術(shù)要求的越來越高。這種要求標(biāo)準(zhǔn)的提高，主要體現(xiàn)在對電氣介數(shù)的電網(wǎng)故障警戒與防御的漸次增強(qiáng)。近年來由于電力部分與相關(guān)的電力企業(yè)在電網(wǎng)故障的防御層面的缺失與短板，導(dǎo)致了各種危害和事故的頻發(fā)。在提高工作者警惕的同時，更引導(dǎo)著工作者與研究人員在技術(shù)實(shí)踐方面予以深化研究，試圖實(shí)現(xiàn)在理論層面上的創(chuàng)新與突破。

1電氣介數(shù)的連鎖故障的分析建模

1.1共性建模的實(shí)踐推究

和加權(quán)介數(shù)的理論技術(shù)如出一轍，節(jié)點(diǎn)電氣介數(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)潮流傳播的占用節(jié)點(diǎn)情況上的反映和展現(xiàn)。通過針對節(jié)點(diǎn)的亮化作用，進(jìn)而發(fā)揮全網(wǎng)在潮流傳播方面的作用和地位，進(jìn)而思想電氣介數(shù)體系中具有普適性的建模實(shí)踐研究體制的初步生成。在廣泛的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中，為了減少對實(shí)踐的消耗，就務(wù)必要充分考慮到節(jié)點(diǎn)被最短路徑占用的次數(shù)，依據(jù)電路原理的指引，使得電網(wǎng)介數(shù)能夠沿著所有可能的路徑而實(shí)現(xiàn)傳播[1]。這種實(shí)踐推究的建模指引主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，最本質(zhì)的差別是用電氣介數(shù)代替加權(quán)介數(shù)作為節(jié)點(diǎn)過載退出運(yùn)行的判據(jù)，并且在增大線路阻抗的同時相應(yīng)減少了其傳輸容量，物理背景更符合電力系統(tǒng)實(shí)際。第二，調(diào)整系數(shù)為常數(shù)，而已有模型通常取正比于節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的介數(shù)。因此若仍按比例調(diào)整，容易造成調(diào)整量的變慢與減小，從而造成線路阻抗調(diào)整次數(shù)過多，并嚴(yán)重影響調(diào)整速度。

1.2算法層面的理論流程

實(shí)踐上的故障建模雖然重要，但在算法理論上若不實(shí)現(xiàn)精密的演算和檢驗(yàn)，是難以實(shí)現(xiàn)建模體制的周密完好的。根據(jù)上述內(nèi)容，對電力系統(tǒng)連鎖故障過程的模擬可采用以下流程。

第一步，取故障前系統(tǒng)狀態(tài)為W（0）并給定α和β，由各個公式計算各節(jié)點(diǎn)電氣介數(shù)和相應(yīng)的介數(shù)閾值。

第二步，隨機(jī)或有目的地選擇一個節(jié)點(diǎn)使其失效，將其完全移除后設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)變?yōu)閃（t），t=1。

第三步，在W（t）下重新計算各節(jié)點(diǎn)電氣介數(shù)。若各節(jié)點(diǎn)介數(shù)都未超過其運(yùn)行閾值，則連鎖故障終止并轉(zhuǎn)；否則按式針對大于閾值的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，以模擬節(jié)點(diǎn)連鎖失效的過程。

第四步，令t=t+1，重復(fù)第三步進(jìn)行下一輪模擬

第五步，計算故障前后系統(tǒng)連通性水平和最大傳輸能力的變化，并評價故障的嚴(yán)重程度。

最后，為反映高電氣介數(shù)節(jié)點(diǎn)的故障對系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度，初始故障節(jié)點(diǎn)既可隨機(jī)選擇又可按電氣介數(shù)有目的地選擇[2]。

2電氣介數(shù)的電網(wǎng)連鎖故障傳播機(jī)制與積極防御

2.1傳播機(jī)制：連鎖故障的發(fā)展過程的分析

電氣介數(shù)在電網(wǎng)連鎖故障的傳播機(jī)制中主要表現(xiàn)在因素的千姿百態(tài)與過程的長短不一上，但歸類起來大體均表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)的停滯或者供電線路的連鎖反應(yīng)方面的跳閘，兩種因素和過程均可導(dǎo)致系統(tǒng)在工作當(dāng)中的破壞，這種破壞主要體現(xiàn)在系統(tǒng)解列、頻率失穩(wěn)或電壓崩潰三個主要方面。主要原因大都是由初始故障引發(fā)的潮流大量轉(zhuǎn)移使得相鄰線路過載或者繼電保護(hù)的隱性故障問題[3]。

縱觀近來的數(shù)次大停電的事故案例，經(jīng)過仔細(xì)的技術(shù)分析便不難發(fā)現(xiàn)，偶然性的故障引發(fā)的相繼中斷或短路，往往是構(gòu)成電力災(zāi)難的重要途徑。這個途徑環(huán)節(jié)根據(jù)發(fā)生作用與產(chǎn)生電網(wǎng)影響的不同，又可具體劃分為緩慢相繼開斷、快速相繼開斷、短暫振蕩、雪崩和漫長恢復(fù)等五個階段。再依據(jù)時間長短的影響力進(jìn)行進(jìn)一步的縝密劃分，又可以省略掉用時較短的短暫振蕩和雪崩兩個階段，細(xì)致地將連鎖故障的具體物理過程簡化為緩慢相繼開斷、快速相繼開斷和漫長恢復(fù)三個階段[4]。在不同的階段應(yīng)采用相應(yīng)的指標(biāo)對可能發(fā)生的后續(xù)故障進(jìn)行預(yù)測，搜索出可能的故障模式。

2.2積極防御：電氣介數(shù)對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響

通過對電氣介數(shù)對電網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響加以縝密的分析，便可在連鎖故障的積極防御工作中找到清晰的脈絡(luò)與思路。由于針對電氣介數(shù)對運(yùn)行閾值的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)并不能讓其迅速實(shí)現(xiàn)停止工作的任務(wù)，所以這需要以增大支路阻抗與減少傳輸容量的方法同步并行的手段，實(shí)現(xiàn)對故障的減緩與控制。此外在這種過程的踐行中為了實(shí)現(xiàn)便捷的目的，仍舊可以考慮到一些人為因素，例如在故障的初始階段主動移除少量節(jié)點(diǎn)，也會在一定程度上降低剩余節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)中的介數(shù)比重，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)將故障影響達(dá)到最小化的目的，根除系統(tǒng)解列的現(xiàn)象與行為。而這種對于節(jié)點(diǎn)的主動移除，仍舊需要兩個前提：第一，該節(jié)點(diǎn)給其他節(jié)點(diǎn)帶來的電氣介數(shù)應(yīng)很大；第二，該節(jié)點(diǎn)自身承擔(dān)的電氣介數(shù)要很小。因此，前者決定了要在最大限度上降低剩余節(jié)點(diǎn)的介數(shù)水平，后者則證明了節(jié)點(diǎn)的主動移除不會危及到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作，故并非屬于關(guān)鍵性的節(jié)點(diǎn)。

2.3適度增強(qiáng)人力因素

除了在電力技術(shù)和算法理論的本身需要全面增強(qiáng)外，人為上的管理監(jiān)督因素也是不可忽略的重要的積極防御的措施。這需要變電所或電力企業(yè)的工作者做好兩項(xiàng)工作：第一，提高自身高數(shù)、物理理論修養(yǎng)，以便于更好指導(dǎo)于精密的電網(wǎng)工作；第二，定期實(shí)施針對電氣介數(shù)中故障的監(jiān)督，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題馬上解決。

結(jié)論：由于單一元件所引發(fā)的故障會導(dǎo)致一系列連鎖反應(yīng)的及時發(fā)生，并且肯有可能會沿著電網(wǎng)而實(shí)現(xiàn)急速傳播的過程。而在這危急萬分的過程當(dāng)中，做好電網(wǎng)的技術(shù)保護(hù)與體制完善工作，無疑能夠起到關(guān)鍵性的作用，這正是電網(wǎng)本身所存在的拓?fù)涮匦运鶝Q定和引發(fā)的。為了有效研究并證實(shí)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對連鎖故障產(chǎn)生和傳播的影響，針對電氣介數(shù)的電網(wǎng)連鎖故障實(shí)施積極的防御，在電力系統(tǒng)的機(jī)制運(yùn)作平臺中無疑具有著非比尋常的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐林，王秀麗，王錫凡.基于電氣介數(shù)的電網(wǎng)連鎖故障傳播機(jī)制與積極防御[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2010，6（13）：61-68.

[2]鄧春蘭.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的電網(wǎng)連鎖故障脆弱性研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

[3]徐立新.基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的電網(wǎng)故障時空分布特性及結(jié)構(gòu)脆弱性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

[4]孫玉樹.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的光伏并網(wǎng)連鎖故障分析[D].保定：華北電力大學(xué)，2013.