電力系統異常事件研究

摘 要：電力系統受到內外部各種因素的影響，導致出現各類異常事件，容易造成不同程度的停電事故。在分析電網異常運行狀態電氣量特征的基礎上，對異常事件進行分類，并結合風險評估理論與方法，研究異常事件風險的定量計算方法。該方法通過分析節點電壓、負荷功率和系統頻率等電氣量的隨機波動過程，建立運行參數異常事件概率和后果的數學模型，對電力系統的規劃運行和電網企業的管理決策具有重要意義。

關鍵詞：電力系統；異常事件；節點電壓；負荷功率；系統頻率

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0106-02

引 言

近幾年世界各國大面積停電事故頻繁發生，而且間歇性能源發電的比例也不斷增加，電力系統自身具有脆弱性，容易受到各種不確定因素的影響，為異常事件的發生創造了條件。異常事件的發生將導致電力系統進入異常的運行狀態，而且異常事件的類別多種多樣，最終的異常狀態也具有不同的表現特征。對于不同的異常程度，電氣參數將以不同的發展趨勢影響著停電事故發生的可能性。因此，有必要對電網的異常事件開展深入的研究。

1 電力系統停電事件分析

1.1 停電事件分析

電力是國民經濟和社會發展的重要基礎，任何一次停電事故都可能造成巨大的經濟損失，嚴重影響人們的日常生活。東京、倫敦、莫斯科、巴黎、紐約、印度、意大利等城市或國家均發生過大停電，可見大面積停電不僅僅是偶然的小概率事件[1]，它的出現具有一定的必然性，并且近幾年的發生率也明顯升高。另一方面，大面積停電事故造成的后果極其嚴重，倫敦大停電失負荷724MW，莫斯科大停電失負荷3539.5MW，巴黎大停電失負荷1136MW等，并且都造成了嚴重的交通癱瘓，停電時間長達數小時甚至更久。

在國內，近幾年發生的大面積停電事故主要是2013年6月5日的上海大停電以及2012年4月10日的深圳大停電。上?！?.5”停電主要是由于一條500kV輸電線纜發生故障，導致其所供的下級三座110kV變電站停電，失負荷8萬kW，停電1個多小時；深圳大停電的主要原因是設備故障，兩次的設備故障使得一個500kV變電站雙母線失壓，最終蔓延至8個變電站全站失壓，失負荷共759MW，停電時間達到1.5h[2]。

1.2 停電事故的演變機理

停電事故的誘因往往是電力系統內部和外部所存在的各種隨機干擾，對系統造成了不同程度的擾動，使其運行狀況偏離于正常狀態。雖然電力系統受到的擾動是隨機變化的，但是社會作息制度系統和用電習慣相對穩定，系統的運行狀態在時間上具有一定的重現性、在參數的變化上具有一定的規律性[3]。

對國內外眾多停電事故進行分析研究，可以發現大面積停電的誘因主要包括自然天氣影響、設備裝置故障、網架結構薄弱和人為因素等，而這些誘因通常會使電網進入一個異常運行的狀態，表現為潮流越限、電壓跌落、頻率上升或者下降等，再加上一些推動力事件的影響，使得這些異常參量在時間上增強、在空間上蔓延，異常事件所造成的后果不斷加劇，最終演變為大停電。大面積停電的演變機理如圖1所示，伴隨著表征參數的異常、惡化、崩潰，電力系統由正常狀態進入異常狀態，最終轉變為大面積停電狀態。

2 電力系統異常分析

2.1 異常事件的定義

異常狀態可以定義為沒有按照所期望的運行規律運行的狀態[4]，而異常事件則可以認為是導致電力系統進入異常狀態的事件。在電網異常事件發生的初始階段采取一定的防控措施，可以有效防止電網狀態惡化，并使其恢復到正常的運行狀態。

2.2 異常事件的電氣量特征分析

通過國內外學者對停電事件的研究和分析，歸納總結各類停電事件的誘發原因和電氣量變化，大停電的誘因主要是負荷的異常變化和天氣因素的影響，而對于事件演變成大停電前，電力系統電氣量的特點主要包括：負荷功率、電壓、頻率的異常變化，并且也有可能由于天氣環境等原因導致輸電線路中斷引起電網結構異常變化。

2.3 異常事件的分類

異常事件作用于電力系統，將會影響電網的運行狀態，電壓、頻率等電氣參數可能會出現異常變化，并且偏離正?？山邮艿姆秶?，使系統進入電壓異常、功率異常、頻率異常等狀態。因此，從異常事件對電網運行參數造成的結果來看，可以分為造成電壓幅值異常的事件、造成負荷功率異常的事件和造成系統頻率異常的事件。

2.4 異常事件的概率模型

異常事件的發生會惡化電網的運行狀態，而不同的異常狀態的不良影響存在差異。因此，需要開展異常事件風險的定量分析，研究異常事件對電網的影響程度。以電壓異常事件為例，當電力系統受到眾多不確定因素的影響，負荷或者其他方面的很多因素都有可能引起電壓上升或下降超過規定的閾值。不失一般性，假設在t時刻，節點的電壓由兩部分組成，分別為初始的電壓值和隨機變化的電壓波動，如式（1）所示。

異常事件的發生概率可以通過蒙特卡羅法模擬求出。結合風險評估的理論，電力系統異常事件的風險是對應的異常事件發生概率與其造成后果的乘積，計算表達式如式（2）所示。

3 結 語

通過推演大面積停電事件的機理，分析電網異常狀態電氣特征量的變化，從電壓、功率和頻率三方面的異常表現來建立概率風險模型，量化分析異常事件的風險。

參考文獻

[1]A Cameras，V E Lynch， I Dobson，et al.Complex dynamics of blackouts in power transmission system[J].Chaos An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science，2004，3（14）：643～652.

[2]胡晶晶.地區供電局大面積停電應急機制研究[D].華南理工大學，2015.

[3]高中文，周蘇荃，劉有斌，等.電力系統運行模式的建立問題[J].華中電力，1994（2）：9～15.

[4]黃培清.試論異常系統運行的兩個階段——決策和控制[J].系統工程，1987，5（1）：16～20.

收稿日期：2018-11-4