基于電氣介數的電網連鎖故障傳播機制與積極防御

孫搏

摘要：隨著電力產業的功能價值的越發明顯，在當今經濟生活與社會生活中發揮著越來越重要的作用。然而電力資源在為人類帶來便捷服務的同時，也存在著很大的風險，以至于隨時危害人類的健康甚至生命。其中電網作為技術部門重要的工作載體，對其自身的連鎖故障的防御就顯得至關重要。本論文著重以電氣介數的電網連鎖故障傳播機制與積極防御為重點研究對象，提出使用電氣介數分析電網連鎖故障傳播機制的方法，研究不同電氣介數節點失效對系統連通性和輸電能力的影響。同時提出基于生成介數的連鎖故障積極防御方法。

關鍵詞：電氣介數；電網連鎖故障；積極防御

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（B）-0000-00

前言：電力資源在當今社會所起到的作用越來越明顯，隨之而來的便是工作人員對電力系統技術要求的越來越高。這種要求標準的提高，主要體現在對電氣介數的電網故障警戒與防御的漸次增強。近年來由于電力部分與相關的電力企業在電網故障的防御層面的缺失與短板，導致了各種危害和事故的頻發。在提高工作者警惕的同時，更引導著工作者與研究人員在技術實踐方面予以深化研究，試圖實現在理論層面上的創新與突破。

1電氣介數的連鎖故障的分析建模

1.1共性建模的實踐推究

和加權介數的理論技術如出一轍，節點電氣介數可以用來實現對全網潮流傳播的占用節點情況上的反映和展現。通過針對節點的亮化作用，進而發揮全網在潮流傳播方面的作用和地位，進而思想電氣介數體系中具有普適性的建模實踐研究體制的初步生成。在廣泛的數據信息網絡中，為了減少對實踐的消耗，就務必要充分考慮到節點被最短路徑占用的次數，依據電路原理的指引，使得電網介數能夠沿著所有可能的路徑而實現傳播[1]。這種實踐推究的建模指引主要體現在兩個方面：第一，最本質的差別是用電氣介數代替加權介數作為節點過載退出運行的判據，并且在增大線路阻抗的同時相應減少了其傳輸容量，物理背景更符合電力系統實際。第二，調整系數為常數，而已有模型通常取正比于節點當前的介數。因此若仍按比例調整，容易造成調整量的變慢與減小，從而造成線路阻抗調整次數過多，并嚴重影響調整速度。

1.2算法層面的理論流程

實踐上的故障建模雖然重要，但在算法理論上若不實現精密的演算和檢驗，是難以實現建模體制的周密完好的。根據上述內容，對電力系統連鎖故障過程的模擬可采用以下流程。

第一步，取故障前系統狀態為W（0）并給定α和β，由各個公式計算各節點電氣介數和相應的介數閾值。

第二步，隨機或有目的地選擇一個節點使其失效，將其完全移除后設系統狀態變為W（t），t=1。

第三步，在W（t）下重新計算各節點電氣介數。若各節點介數都未超過其運行閾值，則連鎖故障終止并轉；否則按式針對大于閾值的節點進行調整，以模擬節點連鎖失效的過程。

第四步，令t=t+1，重復第三步進行下一輪模擬

第五步，計算故障前后系統連通性水平和最大傳輸能力的變化，并評價故障的嚴重程度。

最后，為反映高電氣介數節點的故障對系統影響的嚴重程度，初始故障節點既可隨機選擇又可按電氣介數有目的地選擇[2]。

2電氣介數的電網連鎖故障傳播機制與積極防御

2.1傳播機制：連鎖故障的發展過程的分析

電氣介數在電網連鎖故障的傳播機制中主要表現在因素的千姿百態與過程的長短不一上，但歸類起來大體均表現在發電機的停滯或者供電線路的連鎖反應方面的跳閘，兩種因素和過程均可導致系統在工作當中的破壞，這種破壞主要體現在系統解列、頻率失穩或電壓崩潰三個主要方面。主要原因大都是由初始故障引發的潮流大量轉移使得相鄰線路過載或者繼電保護的隱性故障問題[3]。

縱觀近來的數次大停電的事故案例，經過仔細的技術分析便不難發現，偶然性的故障引發的相繼中斷或短路，往往是構成電力災難的重要途徑。這個途徑環節根據發生作用與產生電網影響的不同，又可具體劃分為緩慢相繼開斷、快速相繼開斷、短暫振蕩、雪崩和漫長恢復等五個階段。再依據時間長短的影響力進行進一步的縝密劃分，又可以省略掉用時較短的短暫振蕩和雪崩兩個階段，細致地將連鎖故障的具體物理過程簡化為緩慢相繼開斷、快速相繼開斷和漫長恢復三個階段[4]。在不同的階段應采用相應的指標對可能發生的后續故障進行預測，搜索出可能的故障模式。

2.2積極防御：電氣介數對電網系統的影響

通過對電氣介數對電網系統所產生的影響加以縝密的分析，便可在連鎖故障的積極防御工作中找到清晰的脈絡與思路。由于針對電氣介數對運行閾值的關鍵節點并不能讓其迅速實現停止工作的任務，所以這需要以增大支路阻抗與減少傳輸容量的方法同步并行的手段，實現對故障的減緩與控制。此外在這種過程的踐行中為了實現便捷的目的，仍舊可以考慮到一些人為因素，例如在故障的初始階段主動移除少量節點，也會在一定程度上降低剩余節點在全網中的介數比重，進而能夠實現將故障影響達到最小化的目的，根除系統解列的現象與行為。而這種對于節點的主動移除，仍舊需要兩個前提：第一，該節點給其他節點帶來的電氣介數應很大；第二，該節點自身承擔的電氣介數要很小。因此，前者決定了要在最大限度上降低剩余節點的介數水平，后者則證明了節點的主動移除不會危及到電力系統的正常運作，故并非屬于關鍵性的節點。

2.3適度增強人力因素

除了在電力技術和算法理論的本身需要全面增強外，人為上的管理監督因素也是不可忽略的重要的積極防御的措施。這需要變電所或電力企業的工作者做好兩項工作：第一，提高自身高數、物理理論修養，以便于更好指導于精密的電網工作；第二，定期實施針對電氣介數中故障的監督，一經發現問題馬上解決。

結論：由于單一元件所引發的故障會導致一系列連鎖反應的及時發生，并且肯有可能會沿著電網而實現急速傳播的過程。而在這危急萬分的過程當中，做好電網的技術保護與體制完善工作，無疑能夠起到關鍵性的作用，這正是電網本身所存在的拓撲特性所決定和引發的。為了有效研究并證實電網拓撲結構對連鎖故障產生和傳播的影響，針對電氣介數的電網連鎖故障實施積極的防御，在電力系統的機制運作平臺中無疑具有著非比尋常的理論價值和現實意義。

參考文獻：

[1]徐林，王秀麗，王錫凡.基于電氣介數的電網連鎖故障傳播機制與積極防御[J].中國電機工程學報，2010，6（13）：61-68.

[2]鄧春蘭.基于復雜網絡理論的電網連鎖故障脆弱性研究[D].成都：西南交通大學，2014.

[3]徐立新.基于復雜系統理論的電網故障時空分布特性及結構脆弱性研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

[4]孫玉樹.基于復雜網絡理論的光伏并網連鎖故障分析[D].保定：華北電力大學，2013.