通信光纜故障對電力網連鎖故障的影響

周艷峰

【摘要】 在應對大面積停電方面連鎖故障研究具有很重要的意義，而信息網通信光纜對電力網連鎖故障的影響在傳統連鎖故障研究中很少被考慮到。首先從信息網的方面出發，在直流潮流模型下，建立起信息網對電力網連鎖故障影響模型，同時以IEEE30節點系統為例，不同信息網拓撲結構與通信光纜遭受隨機故障對電力網連鎖故障的影響。仿真結果顯示，因為信息網的引入，電力系統薄弱點變多，導致了大停電的風險上升，在信息網中隨著通信光纜故障規模的增大，電力網連鎖故障被信息網影響的效果從強變弱，直至穩定。

【關鍵詞】 電力網 信息網 拓撲結構 連鎖故障 邊故障

一、信息網對電力網故障的影響分析

在現代電力系統中，大量發電機、架空輸電線路、斷路器、變壓器和負荷等組成了電力網；電力調度自動化網絡及其構成的能量管理系統（EMS）、配電網管理系統（DMS）和廣域測量系統（WAMS）組成了信息網，其中EMS和DMS依靠由遠程終端單元（RTU）構成的數據采集和監控（SCADA）系統，WAMS依靠相量測量單元（PMU）。現如今電力系統相關研究中廣泛的應用復雜網絡理論，電力網和信息網將在本文中被抽象成一個復雜網絡，電力網的發電站、變電站或者負荷將被看成節點，電力線被看成是邊；信息網中的SCADA系統、PMU和調度中心將被抽象為節點，通信光纜被看成是邊。

二、考慮通信光纜故障的電力網連鎖故障建模

發生連鎖故障的主要原因有潮流的大規模轉移和保護裝置的不正確動作，同時計算速度快和沒有收斂性問題等優點是直流潮流算法所特有的，因此本文采用直流潮流模型對電力網連鎖故障建模。

當在電力系統里出現線路、變壓器過載或者發電機出力超過容量極限的情況時，系統需要依據網絡結構和參數調整發電機輸出，甚至斷掉部分負荷，用最經濟的方式來確保電力系統的安全運轉。

三、通信光纜隨機故障對連鎖故障的影響

在做故障分析時，在無標度網絡中，調度中心設置在度數較低的信息節點上比設置在度數較高的信息節點上會使平均負荷的損失變小。這種情況的發生，是由于無標度網絡中節點的度分布極其不均勻，度數較低的信息節點太多，當調度中心所在的信息節點度數比較高時，信息網發生故障后，調度中心變為信息孤島的機率更低，表明調度中心的調度作用更加顯著，度數較低的信息節點更可能成為信息孤島，發生錯誤調度的機率更高，因此更易發生大規模的連鎖故障。

信息網的平均負荷損失在其正常工作和完全崩潰時幾乎相等，但從信息網平均的損失負荷與其累積的概率曲線可以發現，兩者的特性不同。對比了信息網正常工作、信息網完全崩潰和邊故障規模ω=0.25三種情況下，損失負荷和累積概率的關系。信息網正常工作與其完全崩潰相比較，小規模停電事故發生的概率降低，但大規模停電事故的發生概率增加，而當信息網邊遭受意外故障后，停電的規模和頻率都有增加。

3.1 信息網拓撲結構對連鎖故障的影響

除了全局耦合網絡之外，在不同的信息網拓撲結構下，平均損失負荷故障規模的變化幅度基本相同，但是當信息網拓撲結構顯示為無標度網絡時，電力網的負荷損失與小世界網絡和規則網絡的相比更為嚴重。從度分布的方面來講，無標度網絡度分布符合冪分布，就是絕大多數節點的度相對更低，少數節點的度比較大，度分布缺少明顯的特征長度，但是小世界網絡和規則網絡的度分布都集中在平均度的周圍，規則網絡的節點度相同。

因為無標度網絡中度相對低的節點數量很多，在遭遇邊故障時，更容易出現孤立的節點，即出現信息孤島，電力網中的孤島也會更多。所以，在其遭遇邊故障時平均損失負荷更大。

與此同時，隨著節點度數的增加，規則網絡中的邊故障規模對電力網平均損失負荷影響逐漸減小，當為全局耦合網絡時，平均損失負荷影響最小。這是由于規則網絡中有節點的度增加，使得因信息網邊故障導致的信息孤島的機率減小。與無標度網絡的度分布對電力網連鎖故障的影響不同，因為規則網絡的度分布更狹窄，調度中心設置在讀書較高的信息節點上可以減少更多的平均負荷損失。因此，在規則網絡中，增加信息節點的度，能更加有效地降低由信息網線路故障引發的電力網連鎖故障。

參 考 文 獻

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