电力系统连锁故障及其风险评估

摘要：　近年来世界各地发生许多连锁停电事故，给各国的社会和经济带来很大的损失。因此对于大停电事故的研究是一个重要的课题，通过识别电力系统的临界特性，才能够进一步了解电力系统连锁故障的原因，分析研究系统临界状态和连锁故障是有效提高系统可靠性的关键因素。随着电力行业不断的发展，大规模建立电网是一种必然的趋势，在追求利益最大化的今天，必须要加强对连锁故障的分析和风险评估，消灭危险因素，从而有效防止大停电事故，这对于提高电力系统的可靠性具有十分重要的意义。

关键词：　电力系统；连锁故障；风险评估

随着经济的不断发展，电力系统的发展受到了严峻的考验。近年来世界各地发生了许多连锁停电事故，给各国的社会和经济带来很大的损失，因此对于大停电事故的研究是一个重要的问题，通过识别电力系统的临界特性，才能够进一步了解电力系统连锁故障的原因，针对原因采取解决方式，这对于提高电力系统的可靠性具有十分重要的意义。

1　电力系统连锁故障概述

电力系统连锁故障是由若干因果导致连续发生的事故，在一连串的事故当中，电力系统运行不断受到干扰，持续恶化，最终导致大停电事故。在美国、英国、澳大利亚等发达国家均相继发生过连锁大停电事故，在我国也发生过非常严重的大停电事故，这些事故给社会和经济带来了严重的损失，人民生活受到了很大的影响。

连锁故障所造成的后果非常严重，而且原因比较复杂。正常运行时的电网元件都有一定的初始负荷，当其中的一个元件或若干个元件发生故障时，就会导致其身上的负荷改变，引起负荷转移。由于每个元件的负荷都具有一定的限度，因此原本正常的元件被多余的负荷“排挤”，由于负荷过重，就会引发故障和大规模停电事故，而元凶正是连锁性故障。电力系统由于连锁性故障的影响而不断恶化，从不正常运行到因若干元件的连锁反应而彻底瘫痪。连锁性故障之所以不断扩大，主要就是将故障切除后，由于一些元件负荷过重或保护误动作，引起电力系统的不稳定，从而陷入瘫痪。

根据以往各大停电事故来看，他们共同的特点就是系统内的元件负荷不断增加最终导致系统处于临界状态或非临界状态。但即使是同一种故障，由于其发生概率的不同，所导致的后果也不同，从根本上来讲，电力系统的运行状态才是最重要的。

有效预防大停电事故的方法可以从以下两点入手。

1.1　针对小概率事故加大投资预防

可以专门针对某一类小概率事故增加投资进行预防，这样可以提高电力系统的防御能力。但小概率事故并不具备普遍性，对其进行预防并不能从根本上降低或缓解大停电事故的发生。而且，大量资金用于预防小概率事故，并不能提高电力行业的经济效益，反而损失的可能会更多。小概率事故并不是唯一和固定的原因，由于其不确定性，导致采取常规分析方法会加大结局的难度。

1.2　从运行和规划的角度研究释放系统压力

这种方式是从运行和规划的角度研究如何释放系统压力，使系统摆脱临界状态，降低系统的压力，改善系统的运行状态，从而有效降低系统发生连锁故障的风险。

2　连锁故障分析建模

如何更好的减小连锁故障的发生几率，就要从建立故障模型开始分析，通过各种数学模型分析连锁故障的机理和行为特点。只有从复杂的理论中找出合适的方法，才能够将理论与实际相结合，有效解决问题。通过对电力系统建模，进一步分析系统运行状态的演化过程，在这一过程中的深入电力系统所承受的各种压力，通过多角度分析电力系统处于临界状态下的风险。

在风险分析中常规技术问题的建模过程中，首先要模拟一个连锁事故链，确定初始负荷状态，接着模拟线路连锁过负荷传播机制，某一条或若干条线路由于负荷的重新分配导致连锁负荷的产生，经过很多次循环中，连锁负荷终会停止，系统崩溃，发生事故。模型主要用来计算和分析系统处于临界水平时的状态，从而明确事故的风险。

目前常见的连锁故障模型分为基于复杂网络理论的连锁故障模型和基于人工电力系统的连锁故障模型。复杂网络研究是对人们传统分析方法的一次革命，随着计算机技术的发展，复杂网络的研究正在日益受到重视。人工电力系统的连锁模型是本文分析的重点。

2.1　OPA模型

OPA模型是一种非常典型的数学模型，用线性规划的方法求解发电机功率调度问题，目标是使价值函数最小化。OPA模型模型采用蒙特卡罗仿真，对于发动机的输出功率和线路潮流的数值有着非常明确的界定，不能超过它们的极限值，系统必须要确保上述数值不能超标，而且还要实现功率平衡。这些约束条件导致产生连锁故障的概率增加，这就是OPA模型过于理想化的特点。在现实操作中，许多原因都是比较复杂的，电网也未必会按照模型的要求那样去实现。

2.2　CASCADE模型

CASCADE模型是一种比OPA模型还要简单化的模型，此模型所揭示的原因和现象并不能完全代表实际情况，尤其是对于连锁故障的分析并不具备普遍性，尤其是对于负荷转移和线路超负荷等情况并没有具体的体现和分析。

2.3　分支过程模型

分支过程模型与CASCADE模型相似，原理是从群体到同一类型的个体，让每个个体独立传播，与繁殖的理念类似。分支过程应用于各行各业，通过分支过程分析群体消亡的概率及世代数。

3　电力系统风险评估

电力系统风险评估是一种颇具挑战性的工作，风险评估是使设计人员和工程师以一系列的逻辑步骤和专业系统的方式去检查设备，从中找出产生事故的原因和存在的问题，根据问题采取相应的解决措施，提高设备的安全性和可靠性。实施风险定量评估可以全面的反应事故所造成的危害和发生的概率，对于整个系统而言也起到了很好的保护作用。

电力系统风险评估首先要确定元件停运模型，再选择系统失效状态，并评估其产生的后果，最后通过计算确定发生的可能性，系统状态的后果分析可以通过功率平衡或计算的方式来进行评估。

4　结束语

大面积停电事故给经济造成了巨大的损失，人民的生活也受到了极大的影响。所以必须要正视电力系统的可靠性和安全性问题，根据事故总结经验和教训。在多次事故中，连锁性传播是其共性，将不相关的事故不断延续下去，从而造成了大停电事故。大停电事故是电力系统内部迅速恶化最终崩溃的体现，因此学会识别系统的临界状态，有效释放系统的压力，这样才能够有效控制连锁故障。

分析研究系统临界状态和连锁故障是有效提高系统可靠性的关键因素。随着电力行业不断的发展，大规模建立电网是一种必然的趋势，在追求利益最大化的今天，必须要加强对连锁故障的分析和风险评估，消灭危险因素，从而有效防止大停电事故。

参考文献：

[1]袁季修，防御大停电的广域保护和紧急控制，北京：中国电力出版社，2007.

[2]郭永基，电力系统可靠性分析，北京：清华大学出版社，2003.

[3]易俊、周孝信，基于连锁故障搜索模型的降低电网发生连锁故障风险的方法，电网技术，2007，31（6）.

[4]鲁宗相，电网复杂性及大停电事故的可靠性研究．电力系统自动化，2005，29（12）：93-97.

[5]王刚、梅生伟、胡伟，计及无功/电压特性的停电模型及自组织临界性分析，电力系统自动化，2007，31（1）：9-13，69.

[6]丁理杰、曹一家、刘美君，复杂电力网络的连锁故障动态模型与分析，浙江大学学报（工学版），2008，42（4）.

推荐访问:电力系统 故障 风险评估 连锁