復雜電力系統(tǒng)脆弱性評估方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行關系到國計民生與國家安全,近年來國內(nèi)外頻繁發(fā)生的大停電事故引起了人們的廣泛關注。隨著電力系統(tǒng)容量和規(guī)模的逐步擴大,為了增強電力系統(tǒng)的魯棒性,不斷通過高度結構化、最優(yōu)的設計來實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化,電力系統(tǒng)變得越來越復雜,而復雜的系統(tǒng)在具有魯棒性的同時,又增加了其脆弱性,“魯棒性造就了復雜性,復雜性造就了脆弱性,脆弱性威脅了安全性”。研究表明大規(guī)模停電事故往往是由故障連鎖反應引起,事故擴大發(fā)展階段則與電力系統(tǒng)中的脆弱環(huán)節(jié)有著

2、緊密的聯(lián)系。電力系統(tǒng)脆弱性,是電網(wǎng)安全性概念的拓展,它是從全局角度來評估電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的新思路。研究電力系統(tǒng)脆弱性的目的在于,彌補已有大電網(wǎng)安全性研究的不足,深入探討脆弱性對大電網(wǎng)安全性的影響,為部署電力系統(tǒng)防御策略建立穩(wěn)固的基礎。
　　針對電力系統(tǒng)脆弱性評估的需求,對復雜電力網(wǎng)絡脆弱性評估方法相關問題進行了研究,包括復雜電力系統(tǒng)固有脆弱環(huán)節(jié)辨識、系統(tǒng)整體脆弱性評估。本文的具體工作如下:
　　基于復雜網(wǎng)絡理論,選取輸電線

3、路阻抗值作為線路權重,建立了電網(wǎng)加權拓撲模型,分析了電力系統(tǒng)具有的復雜網(wǎng)絡特性。首先,將復雜網(wǎng)絡特征參數(shù)用于電網(wǎng)脆弱性評估,提出電力系統(tǒng)結構脆弱性評估方法。并將所提方法應用于長沙地區(qū)電網(wǎng),分析了長沙地區(qū)電網(wǎng)整體及局部結構特征和脆弱性,時域仿真結果表明系統(tǒng)固有脆弱環(huán)節(jié)發(fā)生故障會極大地威脅到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。其次,提出將靜態(tài)及動態(tài)分析法與電網(wǎng)運行狀態(tài)指標相結合的脆弱性分析方法,長沙地區(qū)電網(wǎng)和IEEE-118節(jié)點系統(tǒng)算例研究表明,對薄弱

4、環(huán)節(jié)的攻擊會給電力系統(tǒng)帶來嚴重的影響。
　　針對大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)連鎖故障的復雜傳播機理,在電網(wǎng)加權拓撲模型基礎上,定義了綜合考慮節(jié)點和邊差異性的加權網(wǎng)絡拓撲結構熵的概念。連鎖故障過程中結構熵的變化能有效地反映故障傳播的速度。為準確描述連鎖故障過程中電網(wǎng)結構脆弱性變化趨勢,利用遺傳算法迭代計算相同規(guī)模下系統(tǒng)結構熵指標的最大值與最小值,將連鎖故障過程中結構熵值歸一化從而消除電網(wǎng)規(guī)模對結構熵指標的影響,得到標準化結構熵值。通過分析故障前后

5、電網(wǎng)標準化結構熵值的變化辨識電網(wǎng)結構中的脆弱因素:“異構”線路。對IEEE-118節(jié)點系統(tǒng)和華北電網(wǎng)仿真實驗說明通過主動移除“異構”線路能改善電網(wǎng)結構脆弱性,增強網(wǎng)絡抵抗連鎖故障的能力。
　　分析了電力網(wǎng)潮流分布機理,針對經(jīng)典復雜網(wǎng)絡模型不能很好地結合決定網(wǎng)絡潮流分布定律的問題,提取蘊含于電網(wǎng)特征參數(shù)中的物理信息,根據(jù)疊加原理計算得出電網(wǎng)節(jié)點間電氣距離,基于電氣距離提出了網(wǎng)絡節(jié)點電氣耦合連接度的概念。建立了基于節(jié)點電氣耦合連接度的

6、電力系統(tǒng)復雜網(wǎng)絡特性辨識模型。與已有復雜電網(wǎng)模型相比,該模型更符合電力系統(tǒng)實際。通過對IEEE標準示例系統(tǒng)的計算,揭示了電網(wǎng)內(nèi)在的異質結構特性。并將電氣耦合連接度指標應用于電力網(wǎng)關鍵節(jié)點識別,對IEEE-39節(jié)點系統(tǒng)和湖南某地區(qū)電網(wǎng)進行了分析計算,時域仿真結果表明所提指標比拓撲度指標更為合理有效。
　　采用影響模型對電力網(wǎng)節(jié)點之間相互作用進行描述,結合馬爾科夫鏈模擬電力系統(tǒng)狀態(tài)演化過程,建立了一種概括電網(wǎng)關鍵特征的簡單電力系統(tǒng)動態(tài)

7、模型。根據(jù)二進制影響模型下,系統(tǒng)由初始時刻節(jié)點故障引發(fā)“崩潰”事故概率等于系統(tǒng)影響矩陣對應于特征值1的左特征向量相應位置元素值的原理,提出一種考慮狀態(tài)演化過程的電網(wǎng)脆弱性評估方法。利用基于節(jié)點度值和邊介數(shù)指標的評估模型分析比較了幾種典型拓撲結構網(wǎng)絡的脆弱性,結果表明無標度電網(wǎng)較隨機網(wǎng)絡和小世界網(wǎng)絡表現(xiàn)出更高的脆弱性?？紤]決定電網(wǎng)節(jié)點之間相互作用大小的主要因素:節(jié)點“能量”和節(jié)點之間等效電氣距離,建立了更符合電網(wǎng)實際的系統(tǒng)狀態(tài)演化模型。將

8、其應用于EPRI-36系統(tǒng)和廣東省電網(wǎng)脆弱性分析,與已有基于網(wǎng)絡凝聚度的節(jié)點關鍵性指標和節(jié)點介數(shù)的比較表明所提方法考慮了系統(tǒng)狀態(tài)演化過程,比已有模型更為合理有效,有利于從系統(tǒng)層面指導電網(wǎng)的在線安全分析。
　　提出考慮發(fā)電機調速及負荷電壓、頻率特性的動態(tài)潮流連鎖故障模式搜索方法,并將其應用于電力系統(tǒng)連鎖故障機理分析。根據(jù)故障狀態(tài)下雅克比矩陣對角元素值的變化,推導出系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評估指標和系統(tǒng)處于電壓崩潰臨界點時的電壓臨界值。隨著負載率