基于量化分析的電網連鎖故障事故鏈識別方法

摘 要：本文針對現有的連鎖故障事故鏈搜索方法一般只考慮線路的過負荷保護或確定性模擬保護控制的動作等不足，提出了基于量化分析的連鎖故障事故鏈識別方法，為進一步開展連鎖故障事故鏈方法的研究提供參考。

關鍵詞：連鎖故障；事故鏈；關鍵元件；保護控制；評估指標

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

0 引言

大停電事故的發展演變是整個電網運行持續惡化的過程，都是由于少部分的電氣元件發生故障，加之后續很多復雜的連續開斷發展造成的。以往的經驗表明，連鎖故障是大停電事故整個發展過程中最常見的現象，它對大停電的產生起著決定性的作用。墨菲定律指出，假設某個事件有其發生的可能性，即使其發生概率也許相當低，但是在某些特殊情況下一定會發生。以此類推，大停電事故雖然是個極小概率的事件，可是只要發生了必然會損失巨大。所以，有必要建立合適的連鎖故障模型，從而能夠進一步研究連鎖故障的演化過程并且厘清連鎖故障的發展規律。建立好的模型不但可以用作研究大停電的宏觀現象，也可以詳細模擬其反應機理，為連鎖故障的控制提供了工程方面的解決思路[1]。由于電網規模大且事故誘因多樣，基于事故鏈進行連鎖故障分析的關鍵是搜索出高風險事故鏈以及搜索后續關鍵環節[2]。

1 事故鏈原理

事故鏈原理源自安全科學，已經在很多工程相關領域得到廣泛應用。在大電網中，事故鏈原理指出大停電事故是由多個中間環節共同作用造成的，并且這些中間環節發生的概率不一定為1，它與大電網的實際運行工況和外因等影響因素有關系。此類影響因素誘發了中間環節，從而導致了連鎖故障的發生。

事故鏈基礎上的連鎖故障模型給防范與控制連鎖故障的發生提供了一種新穎的思路。即只需要切斷事故鏈中某個或者某幾個環節，不需要切斷所有環節，就能防止大停電事故。切斷事故鏈中某個或者某幾個環節的具體方法是監測這些環節涉及到的事故影響因素，以防它們發生故障。這種控制思想的前提是必須知道大電網中的事故鏈。因此，迅速生成適當的事故鏈是事故鏈基礎理論模型的重要一環。

2 基于量化分析的電網連鎖故障事故鏈搜索模型

2.1 保護控制動作評價指標

保護與控制裝置動作與否的判斷標準主要分為兩類：一類是（Ec，Tc）。其中Ec是裝置的電氣量閾值，通常包含電壓、電流、頻率及無功功率等；Tc是可持續的時間，例如發電機的高頻和低頻保護等。二類是（Q，N）。其中Q代表某個事件，N代表保護和控制動作的閾值次數，比如特高壓連續換相失敗造成直流閉鎖保護等。通過運用時域仿真的方法就能夠精確模擬保護與控制裝置的動作狀況，檢索事故鏈。這樣往往只能確定性地判斷保護與控制裝置是否動作，忽略了一些不確定性的因素。為了量化保護與控制的動作狀況，用一維指標來表示二維判據，即關鍵元件保護控制的動作評價指標，其表達式為：=[Ee-（Ec-kTc）]*100%。式中：Ee是整個動態過程中電氣量的最大或最小值；Ec及Tc分別是裝置動作閾值及可持續的時間；k是換算因子，表示把電氣量偏移持續時間折算為電氣量。當的取值不同時，它的物理意義分別為：時，表示保護與控制裝置不符合動作的條件，并且在動作邊界之外；時，表示保護與控制裝置位于邊界動作情況；時，表示保護與控制裝置符合動作條件。

2.2 事鏈檢索流程

結合前文提出的保護控制動作評價指標，事故鏈的檢索流程如下（1）-（6）。步驟（1）：由大電網實時工況數據，加之專家經驗共同確定初始事件集，例如關鍵主變的N-2故障和線路三相短路單相拒動等故障。步驟（2）：由初始事件集中的某一個事件開始，運用時域仿真分析方法來判斷負荷減少量是否超過先前設置的閾值，如果超出了，轉至步驟（5），否則轉步驟（3）。步驟（3）：如果保護控制裝置動作，就把保護控制動作行為當作下一個事件，再轉步驟（2），否則轉步驟（4）。步驟（4）：根據公式計算保護與控制動作評價指標，如果該評價指標小于所設置的閾值，就選擇指標值最小的保護與控制動作作為下一個事件，轉步驟（2），否則轉步驟（5）。步驟（5）：根據公式計算且判斷當下事故鏈的風險估值是否大于初始設置的閾值，如果超出則記錄此事故鏈，轉步驟（6），否則直接轉步驟（6）。步驟（6）：如果當前事故鏈檢索完畢，則輸出該事故鏈集并結束檢索，否則轉至步驟（1）并且選定下一初始事件繼續進行事故鏈檢索。

3 結束語

本文基于事故鏈模型，提出了基于量化分析的關鍵元件保護控制動作評估指標；該指標能夠完美地模擬邊界狀況下保護與控制的不確定性動作情況，連鎖故障事故鏈的搜索路徑得以增多，從而檢索出能夠實際反映電力系統風險的連鎖故障事故鏈，為確定連鎖故障的防控策略提供了參考。文中的保護控制動作評估指標可以模擬絕大部分保護與控制的動作情況，某些復雜的保護控制仍然需要進一步的研究。

參考文獻：

[1]羅毅，王英英，萬衛等.電網連鎖故障的事故鏈模型[J].電力系統自動化，2009，33（24）：1-5.

[2]馬志遠，石立寶，姚良忠等.電網連鎖故障的事故鏈搜索模型及策略研究[J].中國電機工程學報，2015，35（13）：3292-3302.

作者簡介：吳翃軒（1991-），男，江蘇鎮江人，碩士，研究方向：電力系統穩定與控制。