通信光纜故障對電力網連鎖故障的影響

李瑞航 印冰倩

摘 要：傳統聯鎖故障研究忽視了信息網通信光纜對電力網連鎖故障的影響。近年來，信息網的引進，電力系統并沒有隨之更新與發展，造成大面積停電幾率不斷增加。然而在規則的網絡當中，信息節點度普遍大于不規則網絡的度，相比之下，通信光纜故障對電力網連鎖故障所造成的影響就越少。本文在深入分析信息網對電力網的影響的基礎上，闡述了基于通信光纜故障的電力網連鎖故障建模，最后對通信光纜故障對電力網連鎖故障的影響進行了更深層次的剖析。

關鍵詞：通信光纜故障；電力網連鎖故障；影響

在電力市場環境下，電網大規模互聯已經成為了電力系統發展的一個重要趨勢。網絡規模的進一步擴大，結構也隨之復雜起來，電力系統也變得十分復雜。近年來，我國電網當中發生了一系列由連鎖故障造成的大停電事故。可見，當現階段的互聯電網具有脆弱性，一旦出現大停電事故，勢必會造成停電規模的進一步擴大，同時會造成更大的經濟損失。因此，為了提高互聯電網整體運行的安全性與可靠性，就需要相關人員重視起通信光纜故障對電力網連鎖故障的影響的研究。

1.信息網對電力網的影響分析

所謂“信息網”，主要是指電力調度自動化網絡及其系統，例如廣域測量系統、配電網管理系統以及數據采集與監控系統等[1]。現如今，在電力系統研究當中，復雜網絡理論得到了廣泛的應用。

以2003年國外大停電事故為例，電力網當中的節點是否能夠安全可靠運行，關鍵在于信息網當中的節點是否能夠得到有效的控制，然而信息網當中的節點正常運行，主要借助電力網的供電。可見，信息網與電力網之間形成了一種相互依存的網絡。鑒于現階段的變電站中等重要節點，采用了不間斷電源，一旦出現了連鎖故障點，也就是信息網當中節點對應的電力節點出現停電事故，對信息網的正常與運行也不會產生絲毫影響[2]。因此，在電力系統當中，并不簡單的電力節點出現故障，也不一定都會影響到信息節點的正常運行；相應的信息節點出現故障，也不一定都會影響到電力節點的正常運行。縱觀近些年來的大停電事故，可以得出電力網出現大面積停電，一樣存在可以正常運行的信息節點。鑒于此，通信光纜一道遭到破壞，對應的電力節點，依舊可能處于正常運行狀態。在此情況下，調度中心將只能獲取局部的電力網信息，從而一旦出現故障，將會影響到控制決策的正確性，從而造成電力節點運行失去控制，從而引發連鎖故障[3]。

2.基于通信光纜故障，電力網連鎖故障建模

電力網連鎖故障的出現，關鍵在于潮流的大規模轉移以及保護裝置的出現了一些不正確動作，外加直流潮流算法具有計算速度快等優勢。因此，電力網連鎖故障建模，可以考慮使用直流潮流模型。本文的研究，主要考慮到信息網的拓撲結構產生的影響，并沒有對信息傳輸性能的影響進行相關的研究與分析。針對電力網當中出現的孤島，便可以采取根據發電與符合計算出的直流潮流進行處理。具體而言，一旦發電站所發電容量超過電網負荷，發電機組將考慮電網需求的情況下，按照相關比例，減小出力；反之，則需要根據負荷和發電容量差值，補充發電量；最后結合發電和負荷實際情況，計算直流潮流[4]。

（1）基于直流潮流的優化模型。一旦電力系統容量過載時，系統需要根據網絡結構與參數及時調整發電機的輸出，必要時需要直接切除部分負荷，以此確保電力系統的安全穩定運行。直流潮流模型的優化過程，具體可以描述為在減少電力系統運行成本與損失成本的基礎上，需要確保直流與潮流的平衡，并且需要結合實際情況，綜合明確輸電線路的變化范圍，并以此為基礎，計算出發電機的出力約束情況[5]。

（2）仿真流程。結合上文分析，模型仿真流程具體如下：①基于直流潮流的優化模型，電力網初始化設計，該種情況下，電力網和信息網全部正常運行，并且線路處于完整狀態。

②：以ω表示信息網中故障邊占總邊數的比例。之后可以通過比例ω，掌握通信光纜在運行過程中各種情況造成的通信中斷。③：電力網中以τ表示斷開電網當中的一條電力線的概率，其主要是用于模擬天氣等原因造成的電力網線路斷開。④：信息網拓撲結構的確定，一旦信息網運行當中出現孤點，調度中心無法掌握信息節點對應的電力網節點具體信息，在此情況下，便可以進行假設操作，通常情況下，將調度中心掌握的電力網拓撲結構記為Nm，實際電力網拓撲結構記為Nr。⑤：以α表示線路重載閾值，相關人員依據電力網拓撲結構 Nr得出實際直流潮流，之后依據相關計算公式，即Fl/Fmax ≥α，便可以得出電力線上潮流是否超過了極限。一旦出現了越限情況，調度中心需要及時根據電力網拓撲結構 Nm進行相應的計算，得出線路當中的最優潮流，之后便可以根據計算結果，確定各個電力節點的注入功率，之后進行⑥的操作，一旦沒有電力線出現越限情況，便進行⑦的操作。⑥：以β表示過載線路切除概率，一旦出現越限，及時斷開線路，反之正常運行。⑦：以Ph表示保護裝置的隱故障概率，主要是用于排查隱故障定義，隨機選擇一條電力線路斷開，之后根據⑤當中的計算公式進行計算，一旦得出沒有越限情況，便可以直接進行⑧的操作。⑧：一旦沒有電力線路故障問題，說明單次連鎖故障仿真結束，并需要統計損失負荷情況。

3.通信光纜故障對電力網連鎖故障的影響分析

3.1通信光纜隨機故障對連鎖故障的影響

結合上文提及到的計算方法，以30節點的無標度網絡為例，鑒于網絡節點的重要程度，可以采取度數表示，便于對整個網絡進行平均度的計算，計算結果為平均度3.8，最大值的情況下是15。根據上述兩個數據，調度中心在度數設置時，則可以設置度數為4和15的信息節點上，之后操作人員僅需要隨機移除信息網中一定比例ω的邊，便可以對信息網中邊的故障規模進行模擬。為了確保模擬結果的真實可靠性，就需要進行多次連鎖故障模擬，最終去平均值。模擬結果為：在信息網線路故障規模的增大，電力網的平均損失負荷增大，便可以說明信息網線路故障對電力系統連鎖故障具有促進作用。但是到達峰值時，電力網的平均損失負荷不斷減少，說明信息網通信光纜故障對電力系統連鎖故障的擴大作用在逐步減少。

3.2信息網拓撲結構對連鎖故障的影響

從復雜網絡理論可以了解到，網絡功能受到網絡拓撲結構的影響。通常情況下，不同信息網拓撲結構下，所造成的平均損失負荷，隨著電力故障規模將會發生相應的變化，并且變化趨勢具有相似性。但是一旦信息網的拓撲結構處于無標度網絡時，電力網的負荷損失往往會增多，相比規則網絡的負荷損失，顯然更加嚴重。從度分布角度而言，節點度在較低的情況下，度分布缺乏明顯的特征長度，然而規則網絡的度分布較為集中，因此，可以采用平均度表示。鑒于無標度網絡中度存在大量的較低的節點，一旦出現邊故障，相比規則網絡更加容易產生孤點。可見，無標度網絡結構的信息網邊故障時，所產生的損失負荷更大，并且對電力網連鎖故障具有更大的影響。

4.結語

綜上所述，通過本文的研究，得出通信光纜邊故障規模的增大，導致信息網對電力網連鎖故障的影響強度逐漸減弱。希望本文研究結論可以為通信線路規劃與改造提供一些具有參考價值的建議。

參考文獻：

[1]周艷峰.通信光纜故障對電力網連鎖故障的影響[J].中國新通信，2017，19（10）：38.

[2]趙子巖，李文.電力通信光纜典型故障分析及應對措施研究[J].電力信息與通信技術，2016，14（05）：107-111.

[3]牛海興.電力通信光纜運行外力破壞與預防措施[J].科技資訊，2015，13（31）：42-43.

[4]李芳亞.電力通信光纜運行維護及外力破壞防范的初探[J].通訊世界，2014（11）：106-107.

[5]羅立志.通信光纜線路維護的問題與對策探討[J].時代金融，2012（15）：300-303.