基于量化分析的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈識(shí)別方法

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)有的連鎖故障事故鏈搜索方法一般只考慮線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)或確定性模擬保護(hù)控制的動(dòng)作等不足，提出了基于量化分析的連鎖故障事故鏈識(shí)別方法，為進(jìn)一步開(kāi)展連鎖故障事故鏈方法的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：連鎖故障；事故鏈；關(guān)鍵元件；保護(hù)控制；評(píng)估指標(biāo)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.148

0 引言

大停電事故的發(fā)展演變是整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行持續(xù)惡化的過(guò)程，都是由于少部分的電氣元件發(fā)生故障，加之后續(xù)很多復(fù)雜的連續(xù)開(kāi)斷發(fā)展造成的。以往的經(jīng)驗(yàn)表明，連鎖故障是大停電事故整個(gè)發(fā)展過(guò)程中最常見(jiàn)的現(xiàn)象，它對(duì)大停電的產(chǎn)生起著決定性的作用。墨菲定律指出，假設(shè)某個(gè)事件有其發(fā)生的可能性，即使其發(fā)生概率也許相當(dāng)?shù)?，但是在某些特殊情況下一定會(huì)發(fā)生。以此類(lèi)推，大停電事故雖然是個(gè)極小概率的事件，可是只要發(fā)生了必然會(huì)損失巨大。所以，有必要建立合適的連鎖故障模型，從而能夠進(jìn)一步研究連鎖故障的演化過(guò)程并且厘清連鎖故障的發(fā)展規(guī)律。建立好的模型不但可以用作研究大停電的宏觀現(xiàn)象，也可以詳細(xì)模擬其反應(yīng)機(jī)理，為連鎖故障的控制提供了工程方面的解決思路[1]。由于電網(wǎng)規(guī)模大且事故誘因多樣，基于事故鏈進(jìn)行連鎖故障分析的關(guān)鍵是搜索出高風(fēng)險(xiǎn)事故鏈以及搜索后續(xù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。

1 事故鏈原理

事故鏈原理源自安全科學(xué)，已經(jīng)在很多工程相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在大電網(wǎng)中，事故鏈原理指出大停電事故是由多個(gè)中間環(huán)節(jié)共同作用造成的，并且這些中間環(huán)節(jié)發(fā)生的概率不一定為1，它與大電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況和外因等影響因素有關(guān)系。此類(lèi)影響因素誘發(fā)了中間環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致了連鎖故障的發(fā)生。

事故鏈基礎(chǔ)上的連鎖故障模型給防范與控制連鎖故障的發(fā)生提供了一種新穎的思路。即只需要切斷事故鏈中某個(gè)或者某幾個(gè)環(huán)節(jié)，不需要切斷所有環(huán)節(jié)，就能防止大停電事故。切斷事故鏈中某個(gè)或者某幾個(gè)環(huán)節(jié)的具體方法是監(jiān)測(cè)這些環(huán)節(jié)涉及到的事故影響因素，以防它們發(fā)生故障。這種控制思想的前提是必須知道大電網(wǎng)中的事故鏈。因此，迅速生成適當(dāng)?shù)氖鹿舒準(zhǔn)鞘鹿舒溁A(chǔ)理論模型的重要一環(huán)。

2 基于量化分析的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索模型

2.1 保護(hù)控制動(dòng)作評(píng)價(jià)指標(biāo)

保護(hù)與控制裝置動(dòng)作與否的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是（Ec，Tc）。其中Ec是裝置的電氣量閾值，通常包含電壓、電流、頻率及無(wú)功功率等；Tc是可持續(xù)的時(shí)間，例如發(fā)電機(jī)的高頻和低頻保護(hù)等。二類(lèi)是（Q，N）。其中Q代表某個(gè)事件，N代表保護(hù)和控制動(dòng)作的閾值次數(shù)，比如特高壓連續(xù)換相失敗造成直流閉鎖保護(hù)等。通過(guò)運(yùn)用時(shí)域仿真的方法就能夠精確模擬保護(hù)與控制裝置的動(dòng)作狀況，檢索事故鏈。這樣往往只能確定性地判斷保護(hù)與控制裝置是否動(dòng)作，忽略了一些不確定性的因素。為了量化保護(hù)與控制的動(dòng)作狀況，用一維指標(biāo)來(lái)表示二維判據(jù)，即關(guān)鍵元件保護(hù)控制的動(dòng)作評(píng)價(jià)指標(biāo)，其表達(dá)式為：=[Ee-（Ec-kTc）]*100%。式中：Ee是整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中電氣量的最大或最小值；Ec及Tc分別是裝置動(dòng)作閾值及可持續(xù)的時(shí)間；k是換算因子，表示把電氣量偏移持續(xù)時(shí)間折算為電氣量。當(dāng)?shù)娜≈挡煌瑫r(shí)，它的物理意義分別為：時(shí)，表示保護(hù)與控制裝置不符合動(dòng)作的條件，并且在動(dòng)作邊界之外；時(shí)，表示保護(hù)與控制裝置位于邊界動(dòng)作情況；時(shí)，表示保護(hù)與控制裝置符合動(dòng)作條件。

2.2 事鏈檢索流程

結(jié)合前文提出的保護(hù)控制動(dòng)作評(píng)價(jià)指標(biāo)，事故鏈的檢索流程如下（1）-（6）。步驟（1）：由大電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，加之專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)共同確定初始事件集，例如關(guān)鍵主變的N-2故障和線(xiàn)路三相短路單相拒動(dòng)等故障。步驟（2）：由初始事件集中的某一個(gè)事件開(kāi)始，運(yùn)用時(shí)域仿真分析方法來(lái)判斷負(fù)荷減少量是否超過(guò)先前設(shè)置的閾值，如果超出了，轉(zhuǎn)至步驟（5），否則轉(zhuǎn)步驟（3）。步驟（3）：如果保護(hù)控制裝置動(dòng)作，就把保護(hù)控制動(dòng)作行為當(dāng)作下一個(gè)事件，再轉(zhuǎn)步驟（2），否則轉(zhuǎn)步驟（4）。步驟（4）：根據(jù)公式計(jì)算保護(hù)與控制動(dòng)作評(píng)價(jià)指標(biāo)，如果該評(píng)價(jià)指標(biāo)小于所設(shè)置的閾值，就選擇指標(biāo)值最小的保護(hù)與控制動(dòng)作作為下一個(gè)事件，轉(zhuǎn)步驟（2），否則轉(zhuǎn)步驟（5）。步驟（5）：根據(jù)公式計(jì)算且判斷當(dāng)下事故鏈的風(fēng)險(xiǎn)估值是否大于初始設(shè)置的閾值，如果超出則記錄此事故鏈，轉(zhuǎn)步驟（6），否則直接轉(zhuǎn)步驟（6）。步驟（6）：如果當(dāng)前事故鏈檢索完畢，則輸出該事故鏈集并結(jié)束檢索，否則轉(zhuǎn)至步驟（1）并且選定下一初始事件繼續(xù)進(jìn)行事故鏈檢索。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于事故鏈模型，提出了基于量化分析的關(guān)鍵元件保護(hù)控制動(dòng)作評(píng)估指標(biāo)；該指標(biāo)能夠完美地模擬邊界狀況下保護(hù)與控制的不確定性動(dòng)作情況，連鎖故障事故鏈的搜索路徑得以增多，從而檢索出能夠?qū)嶋H反映電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的連鎖故障事故鏈，為確定連鎖故障的防控策略提供了參考。文中的保護(hù)控制動(dòng)作評(píng)估指標(biāo)可以模擬絕大部分保護(hù)與控制的動(dòng)作情況，某些復(fù)雜的保護(hù)控制仍然需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅毅，王英英，萬(wàn)衛(wèi)等.電網(wǎng)連鎖故障的事故鏈模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（24）：1-5.

[2]馬志遠(yuǎn)，石立寶，姚良忠等.電網(wǎng)連鎖故障的事故鏈搜索模型及策略研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（13）：3292-3302.

作者簡(jiǎn)介：吳翃軒（1991-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制。