智能電網中信息網與物理電網間連鎖故障的

楊少智

摘 要：智能電網是基于物理電網改造升級，采用信息技術提升電網的自動化水平，使電網運行處于持續而穩定的運行狀態。智能電網的運行雖然安全系數很高，但是一旦出現故障，就會造成連鎖反應。為了避免類似的事故發生，就要將智能電網的連鎖故障模型構建起來，以在智能電網運行的過程中，能夠對電網運行的隱性安全問題進行分析。從復雜系統角度對故障特征進行分析，并運用理論分析的方法針對物理電網間連鎖故障的發生過程進行研究，提出增強智能電網控制系統在異常情況下維持生存性能的策略。本文針對智能電網中信息網與物理電網間連鎖故障的防御策略展開研究。

關鍵詞：智能電網；信息技術；物理電網；連鎖故障；防御策略

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

近年來，連鎖性停電事故時有發生，規模最大的是2003年美國發生了“8·14”停電，這是史上規模最大的一次大停電事故。緊接著，意大利也發生了連鎖性事故，2011年，巴西也發生了連鎖性大停電事故。這些大停電事故規模之大，不僅給人們的生活帶來了不便，而且還還會造成嚴重的社會經濟損失，甚至會成為社會不穩定因素。越來越多的研究人員都對連鎖性停電事故的發生機理進行了研究，并提出應用系統科學理論構建理論模型以對電網的連鎖故障起到預知診斷的作用。具體操作中，是構建動態模式，通過測算的方式探尋造成事故的根本原因，對大停電后的故障傳播機理進行分析，根據所獲得的信息設計安全防御控制措施。

一、智能電網發生連鎖故障模型

智能電網發生連鎖故障，故障的主體包括一次設備和二次設備兩個部分。一次設備以發電機、變電器和輸電線路為主；二次設備為對一次設備起到保護作用的各種裝置。

（一）構建一次設備的故障連鎖模型

一次設備的故障模型是對電網運行的安全性以及可能存在的風險進行評估。按照傳統的電網故障管理，主要是對各種設備元件的運行可靠性進行衡量，量化為指標，包括電網非計劃停運，電網強迫性停運等等，然后根據設備的電壓等級做做出計算結果。按照電網故障傳統的管理方式，往往量化指標的取值是固定的，統計指標可以長期使用。但電網運行中，設備的可靠性是會有所變化的，如果依然采用固定的指標進行計算，所獲得的結果必定缺乏可靠性。所以，采用傳統的電網故障管理模式對電網運行在短時間內的運行狀態是無法真實反映出來的。

針對于此，研究專家提出了構建故障連鎖模型，以能夠更好地保證電網運行的可靠性。國外的一些研究學者對電網設備元件的運行可靠性對電網運行狀況的影響進行了研究，將數學方針模式構建起來。中國引入該理論后，從中國電網運行情況出發對電網運行進行可靠性評估，建立了電網輸電線路與變壓器的時變停運模型，研究電網運行對環境溫度、濕度等的敏感度，提出在惡劣的氣候條件下，電網的線路會受到影響。

一次設備的故障連鎖模型將輸電線路以及輸電設備元件停止運行的概率作為常數，但是并不局限于單一的影響因素對電網運行所帶來的后果，而是將偶然影響因素納入其中，經過綜合考慮而研究連鎖故障發生機理。

（二）構建二次設備的故障連鎖模型

二次設備的故障處理中，考慮最多的是繼電保護器。繼電保護器對電網運行的可靠性具有重要的影響。如果沒有對相關問題深入研究，比如，保護系統的統計數據缺乏，就會出現連鎖故障。構建二次設備的故障連鎖模型，就是要獲得隱性故障指標，這樣，就需要對保護裝置的保護效果進行分析，以及保護裝置對電網運行做造成的影響進行分析。電網運行狀況與二次設備的隱性故障密切相關，構建故障連鎖模型，就是要將保護裝置的保護效果與電網運行相結合，分析保護失效可能帶來的后果，以及需要采用的防御措施。

二、由于隱性故障而導致的連鎖故障分析

對智能電網連鎖故障的影響，通過構建隱性故障模型，對連鎖故障而導致的停電情況進行分析，不同的承載熵水平，連鎖故障狀態就會有所不同。通過對負荷損失數據進行，揭示故障損失與承載熵之間所存在的關系。

（一）隱性故障模型運行流程

1 參數的設定

將構建隱性故障模型的參數設定如下：

H：發生印象故障的概率；

Ci：輸電線路i的最大容量系數；

G：發電機旋轉備用的比例；

Ts：控制措施的參數。

2 選擇一條輸電線路，創造故障條件使線路發生故障。

3 做好網絡孤島檢測工作，對所獲得的檢測數據進行處理，將直流潮流計算出來，并根據潮流計算結果做出判斷，如果有電路跳開的現象，就意味著有的線路出現潮流越限。此時，就要對線路中所存在的隱性故障進行分析，并推斷可能受到影響的線路，使具有下一次發行隱性故障的線路跳開，然后進行直流潮流計算。

4 如果跳開線路的條數已經超過了控制參數，就要對電網進行調度，對電網的各項資源進行優化配置，跳開線路閉合后，依然需要對線路的運行狀況進行檢查，確保不會有隱性故障發生。

5 如果不再有線路繼續跳開，就可以判斷線路連鎖故障結束，對本地連鎖故障的損失情況進行分析。

（二）連鎖故障的電網脆弱性

電網設計結構復雜，系統結構運行中，會受到多種因素的影響而導致故障發生。包括環境故障、設備元件故障和人為因素所導致的故障等等。以脆弱性理論為依據，在電網連鎖故障風險分析中，將邊韌性度融入其中，構建線路故障篩選模型，以對電網的雖弱線路進行判斷和分析。

采用這種方法可以將電網運行中的固有脆弱性揭示出來，并根據電網結構制定停電防御措施。對電網的脆弱性進行評估，是為了能夠將線路故障以及原發性故障查找出來，具有針對性地制定出故障防御方案。電網等等脆弱性決定了電網很容易遭到破壞。就需要針對電網崔索性進行分析，并提出防控策略，以避免由于電網停電故障而造成嚴重損失。

三、對連鎖故障所采取的防御策略

連鎖故障模型的防御策略包括兩個方面的內容，即電網運行和電網建設。本論文研究中所構建的隱性故障模式，是結合防御策略提出承載熵控制策略。

將連鎖故障模型的參數進行設定，包括線路運行中隨機故障發生的概率、線路容量增長率、保護裝置拒動發生率、優化控制成功率、慢動態時間等等。

在快動態執行的過程中，由于隨機影響因素的存在而使得線路斷開發生率提升，經過孤島檢測處理后，將直流潮流計算出來，根據線路越線發生率以及優化控制成功率對線路進行優化調度。

根據繼電保護動作發生率決定線路是否能夠切斷。當順利切除線路后，進入到快動作執行狀態。如果線路沒有被切除，快動態過程結束，進入到慢動作執行。如果動作執行天數低于所設定的天數，就要確定對負荷增長因子，計算當前天數加一天的電網負荷水平以及發電機所能夠達到的最大運轉狀態。

對主流潮流進行計算，并做出優化結果，根據輸電線路的切負荷情況和線路功率的越限制情況對發電機的出力增量進行分攤。通過潮流計算結果，對線路的負載率進行升級，對智能電網的規劃情況進行模擬。慢動態執行過程結束之后，在此進入到快動態執行過程中。

結論

綜上所述，電網運行中會由于連鎖故障的產生而導致電網大停電事故，即便是智能電網運行具有較高的穩定性，能夠保證長時間持續供電，卻由于電網的脆弱性而受到諸多因素的影響而不可避免地產生運行故障。一旦電網出現大停電，波及面之廣，很容易影響社會正常秩序。構建一次設備和二次設備的故障連鎖模型，對物理電網間的連鎖故障進行分析，并具有針對性地提出防御策略，以增強智能電網的系統生存能力。

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