综述2-电力系统连锁故障的外因分析

综述2-电力系统连锁故障的外因分析（共3篇）

综述2-电力系统连锁故障的外因分析 篇1

综述

毕设题目：电力系统连锁故障的外因研究

本周看得文献：

[1].陈永进，任霞，黄雯莹.考虑天气变化的可靠性评估模型与分析[J].电力系统自动化，2004，28（21）

[2].孙可，韩祯祥，曹一家.复杂电网连锁故障模型评估[J].电网技术，2005，29（13）

[3].林智敏，林韩，温步瀛.天气条件相依失效模型的电网可靠性评估[J].华东电力，2008，36

（1）

[4].孙羽，王秀丽，王建学，谢绍宇.电力系统短期可靠性评估综述[J].电力系统保护与控制，2011，39（8）

[5].宁辽逸，吴文传，张伯明.电力系统运行风险评估中元件时变运停模型分析[J].电力系统自动化，2009，33（16）

与天气模型有关的综述：

文献[1]中提到天气的双状态模型，根据IEEE对天气的分类方法，将天气的期望值分为正常天气和恶劣天气两种，建立了居于这两种天气状态的天气的数学模型。文献中指出，元件的故障是其所处天气的连续函数，在此，将天气处理为一个状态足够小但可以完全描述“故障聚集”的有限个状态的函数。通过计算出双态天气条件下元件的故障率，在此基础上其可靠性指标的计算方法分为4种故障情况：NN,NA,AN,AA，并考虑两种情况：

1、在恶劣条件下元件的可维修；

2、在恶劣天气条件下故障元件不可维修，必须等到恶劣天气结束，正常天气结束后才可以维修，在此基础上，进行可靠性参数的计算，利用Markov过程进行推到，计算出4种情况下的故障率，最后算出系统的可靠性指标。通过对可靠性指标的误差分析，得出恶劣天气是元件的可维修性对系统的可靠性指标有所改善，且系统故障率随故障发生在恶劣天气下的百分比的增加呈指数增长。

文献[2]中在讨论电网连锁故障的基础上，分别从电力系统角度和复杂网络的角度对已有的电网连锁故障模型进行分析和评述，其中提及OPA模型，OPA模型的核心是一研究负荷变化为基础，探讨输电系统系列大停电的全局动力学行为特征。模型涵盖了慢速和快速两个时间量程，并引入了具有自组织特性的沙堆模型对电力系统进行模拟。其基础是直流潮流方程，模型要求系统必须满足一下的约束条件：在实现功率平衡和负荷节点不注入功率的基础上保证发电机输出功率和线路潮流分别小于其极限值。其不足之处在于：所使用的网络模型节点数目少，与实际电网差距很大；假设了所有系统元件相同的简单理想情况；电网的控制是通过模型中很少的几个参数实现的；模型参数与实际参数的对应关系不明确；未能揭示模型所体现出的自组织特性在电网规划、运行和控制之间的分配原则。

文献[3]中在建立两状态模型的基础上拓展为三状态天气评估模型，并将马尔可夫发运用于该模型，推到出系统的故障率，故障平均持续时间等指标的计算公式。

文献[4]提到的短期线路的可靠性模型中，考虑天气状况的线路模型可概括为4种。

文献[5]中指出，对于架空线路等暴露性设备，适合于采用非时齐马尔可夫过程建模；而对于变压器等封闭性设备，适合于采用非马尔可夫过程建模。

朱梅梅2014-4-4

综述2-电力系统连锁故障的外因分析 篇2

1 对继电保护隐性故障的电系统连锁故障分析的必要性

虽然我国电力事业发展迅速, 故障处理技术也越来越先进, 但是随着各大用电用户的增加, 对供电要求的提高, 在这种情况下, 我国的电力企业依然会发生停电等事故, 严重影响用电质量, 经过大量的研究发现, 继电保护隐性故障是引起停电事故的主要因素, 为了能够更好的发挥继电保护装置的性能, 需要对其故障进行分析, 以此来提高电业局供电人员的重视程度预先做好防范举措, 最大程度的降低继电保护隐性故障发生的概率, 进而保证电力系统的正常运行。电力系统的安全稳定运行, 直接影响着社会经济发展, 对社会和谐稳定也有一定的积极作用, 因此电力系统工作人员应该排除一切可能影响电力系统稳定运行的故障。只有对其进行良好的分析, 才能够找到更加科学的应对办法, 实现社会经济的安全发展。

2 基于继电保护隐性故障的电力系统连锁故障分析

继电保护是电力系统必不可少的装置, 其主要的作用就是能够及时地将故障设备切除, 进而保证设备正常的运行, 不会出现连锁故障, 但是影响电力系统运行不仅仅是显性的故障, 还有隐性的故障, 而经常出现隐性故障的设备就是继电保护, 一旦该装置存在着隐性故障, 对电力系统的危害性极大, 其中比较严重的就是出现连锁故障, 严重者将导致整个电力系统陷入瘫痪。在此, 笔者将对继电保护隐性故障发生原因及其危害进行介绍。

发生原因

继电保护装置需要定期进行检验, 以此保证性能优良, 能够及时地将故障设备切除, 但是有些工作人员可能并没有重视继电保护装置的日常维护, 而其中隐藏中的隐性故障也因此没有被发现。一般而言, 继电保护装置中的隐性故障在没有达到一定条件情况下, 不会影响电网运行, 但是如果条件成熟, 隐性故障集中出现, 这对电力系统而言, 危害性极大。继电保护装置在没有任何故障的情况下, 能够非常容易的切除故障设备, 之后电力系统进行重新分配, 重新组成一个完成的系统, 但是如果继电保护装置存在隐性故障, 尽管能够将设备故障切除, 但是当系统充分分配时, 则会频繁的出现误差操作, 任何一个误差操作都有可能引起连锁反应, 进而导致设备出现连锁故障。继电保护装置在未运行之前, 隐性故障通常不会产生任何副作用, 但是在运行时, 隐性故障非常容易出现干扰系统的运行, 这主要是因为电力系统在运行时, 不确定的因素比较多, 如电压、电流等, 任何一个细小的变化都会印象继电保护装置的不正常运行。

上述是继电保护出现隐性故障的主要原因, 除此之外, 还有两个比较重要的原因, 一个是设备性能不符合标准, 这一点通常都是由于设备老化引起, 正常情况下, 电力系统中所需要的设备都经过严格的检验, 其自身存在的故障的可能性不大;另一方面, 继电保护工作人员参数数据设定不准确或整定计算人员定值整定有误, 进而使得设备运行时出现了故障, 因此出现了连锁故障。

继电保护隐性故障对电力系统的影响

电力系统运行影响因素非常多, 为了保证安全, 电力系统中的各个环节几乎都要安装保护设备, 保护设备的各项参数都要经过严格的核准, 除此之外, 各项性能都需要进行严格的检验以此保障达到安全保护的目的。但是在电力系统运行时, 并不是所有的故障都在控制范围内, 无论哪种电力设备都或多或少的存在着隐性故障, 在不经意间变成显性故障影响系统运行, 这是任何有经验的人员都无法避免的事情, 一旦继电保护隐性故障出现, 轻者设备损坏, 重者电网瘫痪, 无法安全运行, 给电力企业带来损失, 同时也影响用电用户的正常用电。继电保护隐性故障, 致使装置拒动以及误动的情况时有发生, 非常容易出现大规模停电事故。

3 避免继电保护隐性故障电力系统连锁故障的措施

继电保护隐性故障的损害非常大, 尤其是当发生连锁故障时, 其破坏性极大, 也难以修复, 电力企业无论是在经济效益, 还是社会信誉都会受到影响, 虽然我们不能完全的避免继电保护隐性故障的出现, 但是我们尽可能的将其出现的频率以及破坏程度降低。其采取的主要措施如下。

时刻监测电力系统设备运行状态

电力系统设备只有全部都处于正常运行状态时, 继电保护隐性故障才不会发生, 因此避免连锁故障发生的最重要的措施就是时刻对电力系统设备进行监测, 一旦发生不正常的运行情况, 及时更正相关数据, 按照继电保护装置检验规程的规定对装置进行定检。继电保护装置的功能就是切除故障设备, 但是如果电力系统设备故障发生的过于频繁, 就会增加继电保护隐性故障发生的概率, 因此保证设备正常运行是解决问题的根本措施。电力系统中, 经常出现故障的设备并不多, 相关操作人员只要预先采取措施, 将大大降低设备运行异常的概率。

提高设备操作人员水平

虽然电力系统几乎实现了自动化, 很多设备都不需要人工来操作, 但是自动化参数的设定以及自动化设备的使用, 都会影响设备正常的运行。另外, 电力企业具有一定的危险性, 稍有不慎极有可能危及生命, 所以设备操作人员的水平非常重要, 再加之, 电力企业人员工作强度比较大, 尤其是运行人员, 因此在工作中, 时刻保持清醒, 严格监控设备十分关键。

继电保护工作要做到位

继电保护之所以会出现隐性故障, 继电保护工作没有做到位, 是其中一个不可忽视的因素, 以电业局供电企业为例, 继电保护维修人员不注重对继电保护装置进行日常维护, 没有进行及时的检查, 因此没有发现隐性故障, 进而在电力系统运行时, 继电保护装置失去效能, 引起连锁故障。为了确保继电保护装置时刻处于稳定的工作状态中, 电业局应该从以下几方面进行继电保护工作:第一, 继电保护装置在投运前, 需要做好竣工检查工作, 以保证装置性能良好, 尤其是要做好回路检查, 在保证没有任何隐患的情况, 才可以正式投入运行;第二, 根据装置定检周期进行检验, 或者依据供电局具体应用情况进行定期检验, 以此保证继电保护装置时刻处于良好的状态中, 如果存在安全隐患, 检修人员要及时排除;第三, 及时更换继电保护装置, 在长期的使用过程中, 继电保护装置势必会出现老化现象, 在这种状态下, 隐性故障经常出现, 即使及时的排除也存在一定的安全隐患, 因此电业局等电力单位如果发现继电保护装置已经出现严重的老化现象, 要坚决更换, 而不能存有侥幸心理。

做好风险评估工作

电力系统在运行时, 本身就存在着一定的风险, 而风险类型多样, 既有来自内部设备的风险, 又有来自外部环境的风险, 继电保护的隐性故障就是内部设备风险中的典型代表。虽然做好各项保护工作, 但是工作人员也应该做好心理准确, 进而在发生故障时, 能够及时应对。为了能够及时的应对故障, 工作人员应该做好风险评估工作, 将继电保护隐性故障可能引发的各种连锁故障类型都要进行风险评估, 以此找到良好的预防措施, 既能够预防继电保护隐性故障的出现, 又可以当作应急预案来处理故障, 因此风险评估工作对电力系统的工作人员来说非常重要。

4 结语

综述2-电力系统连锁故障的外因分析 篇3

尽管近年来电力系统监测方式、控制手段不断升级,输电能力逐步增强,大停电的阴霾却始终未曾散去:1993年至2003年,仅美国就出现7 GW以上规模停电事故10次[1];在2003年北美“8.14”大停电到美国南加州、智利、韩国等大停电短短八年时间中,世界范围内出现类似事件数十起[2];我国近年也发生了数起由连锁故障引发进而引起局部地区停电的重大事件,如2006年“7.1”华中电网停电事故[3],此外,极端气候条件下的大面积元件停运也成为了无法回避的风险要素[4]。在物理现象上看,连锁故障往往是导致大停电逐步形成的元凶,这类由一系列事故连锁反应导致的大停电虽然属于极小概率事件,但对断电地区损害极大,经济损失动辄以亿元计。当前理论研究成果表明,大停电风险在机理上已被判定为无法绝对避免,并总是以一定概率存在于电力系统中[5],一旦满足触发条件,系统将进入难以挽回的临界状态[6]。从历次大停电事故形成过程来看,各类关联事件的相继诱发是其主要表现形式,故障由此得以快速扩散,并最终达到调度员无法进行有效控制的状态。连锁故障过程中众多关联事件的关键演变特征决定了系统最终的发展态势,也决定了事故最终影响程度[7]。而当前对电力系统连锁故障的分析并没有统一有效的理论框架,各种理论的基本原理与目的也不尽相同,已有的理论综述与技术展望或侧重阐述各方法细节流程,或未对算法的适用性作更多分析,或未曾考虑实际大停电事件对连锁故障分析方法研究的启示。因此,结合实际大停电案例,深入分析当前各类连锁故障模型优缺点及其对不同事故扩散形态的适用性十分必要。

本文系统性地研究了当前已有的连锁故障分析模型及其适用性。全文共分为两个部分,第一部分综述各类理论分析方法的主要特点,对其计算目标、理论缺陷、适用场景进行总结,对当前方法仍然缺少的功能进行梳理;第二部分以国内外若干实际发生的连锁故障为例,分析大停电事件的关键特征,并从中获取一些有助于规划决策、运方制定、调度防御领域的启示。所得结论有望为大型电网连锁故障理论分析方法提供较为清晰的发展脉络展望。

1 连锁故障的过程特点

1.1 连锁故障现象的物理特点

连锁故障往往起源于系统运行资源紧张(如重负荷、重要发/输电设备停运)情况下的某一个或一系列源发性故障(Initial Events),即N-k,进而引发具有时序特征的相继事件(Consequential Events),形式上形成N-k-1-1…-1,这些事件在因果上一般具有较强关联性,是一个伴随着低压、过载、保护频繁动作、解列、失稳、频率波动等系统响应的复杂交叠过程[8]。引发连锁效应的源发故障形式多样,如过载、保护误动、断路器内部故障、直流闭锁等,值得注意的是某些源发故障本身可能对系统冲击很小,甚至并不属于常规预想故障集,但随着各级助推因素最后演变成了难以控制的系统灾难。

结合连锁故障引发大停电的一般过程描述,本节进一步融入该过程的时间与防御控制特点,如图1和图2所示。

图1中,阶段1为源发阶段,出现难以预测的如机组意外脱网、线路跳闸与短路等源发性故障,导致系统偏离计划运行方式,在系统运行状态趋向恶劣时,采用必要、足量的控制措施以保证可靠的安全裕度是防御连锁故障发生的最有效方法。阶段2是连锁故障传播的主要发展阶段,体现为不同现象引发的快慢交替的相继开断,整体持续时间较长(通常为数十分钟),前期仍具有一定可观性与可控性。阶段3连锁故障末期,此时系统已严重偏离各类整定方式,调度员难以根据经验做出准确判断,仅能依靠第三道防线对电网进行自动控制,并极有可能出现大规模停电,也可能存在因控制策略得当,在损失一定负荷后系统被重新拉回稳定同步的乐观现象。图2则以具有代表性的2003年北美大停电为例(图中竖棒代表事件发生时间间隔),很好地描述了连锁故障起始、传播、崩溃的时序过程。由图可知,阶段1发生至阶段2出现历时22 min,阶段2前期也相对缓慢,是进行干预、缓解危机的最佳时机。进入阶段2后则难以组织有效控制。

1.2 连锁故障形成的内外因素

各种难以预计的内外因素共同交织作用,形成了事故扩散的驱动力。外部因素可以积极应对,但通常无法准确预测,主要包括:极端恶劣气候、异常负荷状态、严重故障、人为误操作等,这些因素的本质是直接或间接地增加了源发故障概率与形式[9];内部因素包括:设备运行可靠性不高、网架薄弱与结构不佳、保护整定错误或不正确动作、安全校核计算失准、元件过载未获及时疏导、安控策略设定不合理、预防或紧急控制措施不及时等。此外,随着电网互联程度加深,与大系统互联相关的控制参数设置欠妥或应急预案缺乏,也可能对故障扩大起到推波助澜的作用。例如,若区域电网的区域控制偏差ACE设置与网内重要机组AGC协调性较差,则易引发紧急情况下关键机组AGC无法有效调节甚至暂停控制,从而失去控制事态发展的最佳手段或时机。

值得关注的是,在连锁故障形成过程中,部分推动因素能提前知晓,如在慢过程中预判大致的潮流转移方向及程度、保护正确动作范围、重要断面安控逻辑等,但关键的意外推动因素如控制失灵、继保隐型故障、多次动作后的功率振荡等却无法准确判断,这些常规安全校核难以涉及的现象以其高度不确定性为连锁故障分析造成了极大的困难。

1.3 关键信息

电力系统连锁故障是一类涉及一、二次系统的复杂动态过程,不同研究主体对其的关注重点有较大差异。按电网运行环节的不同职能可将连锁故障分析目标划分为系统规划决策、运行方式校核、调度防御策略、事故反演分析,前三者也对应了连锁故障的长中短期风险。各环节关键信息需求与分析工具所需具有的特点以表1简列。

由历次大停电可知,大部分连锁故障缺乏与之对应的运行方式分析,N-k计算理论支撑薄弱,且在运行方式分析中甚少考虑站内接线拓扑、保护不正确动作、故障后负荷增长等实际工况,这直接导致了事故发生时的调度员经验误判、调度预案不到位、保守控制策略不及时等现象。

2 连锁故障理论模型及其适用性分析

2.1 电力系统连锁故障分析计算的主要难点

电力系统具有高维、线性和非线性,定长和时变,连续和离散,集中参数和分布参数,确定性和随机性等复杂混合特性,这导致电力系统连锁故障分析难以准确囊括所有可能的事故场景,所得结论也难免“挂一漏万”。因此,连锁故障至今仍是电力系统工程与科研领域的理论研究重点[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。作为主要分析工具,基于事故调查后的事件序列反演仿真一般能重现大停电演化过程。然而对于正常运行工况下的电网连锁故障计算与风险分析则相对困难,这也是EMS相关领域高级应用难以推广的原因,其主要难点与现有正在发展的应对方法列于表2。

表2中现有应对方法均正在发展中,相关成果也不断涌现,在一定程度上提出了解决电力系统连锁故障分析难点的途径,提供了一些应用工具,但这些方法或多或少存在假设性强(如最短路径假设)、计算参数难以获取(如隐性故障参数)、启发式经验缺乏测算依据(如概率密度分布函数)等不足,仍难以全面解释连锁故障产生的机理。

2.2 已有连锁故障理论体系及其特点

包括表2所列连锁故障分析方法在内,经过十余年研究,学术界已形成了若干电力系统连锁故障机理研究相关理论体系:从数学方法划分,已有电力系统连锁故障理论模型可分为确定性方法、概率方法、复杂系统方法与推理学习方法四类;在方法论上主要分为两种思路:(1)以潮流/稳定计算等传统电力系统仿真分析算法为核心的模型,包括OPA、CASCADE(级联失效过程)、隐性故障、分支过程模型等,(2)将电力系统抽象为复杂系统,利用复杂网络、复杂系统的思想进行分析,如小世界、无标度网络模型等,还包括部分基于人工智能算法的模式搜索与识别方法。文献[20-21]对这些方法进行了较好的综述,其中文献[21]还以图形框架形式系统地梳理了各类算法的理论发展脉络,但已有文献均未对相关方法的要点、目标、不足进行分类概括及对比分析。本节着重归纳和总结各类主要理论研究模型的技术要点、实现目标与不足之处,列于表3。

通过表3分析可知,连锁故障理论分析方法各具特色,其优点与缺陷均较为明确,研究侧重点也并不相同,很难用一种方法全面描述电力系统动态演变概貌。从表中特点可看出,现有理论工具对理解电力系统连锁故障本质特征(如概率性、自组织临界性、结构脆弱性)具有较好效果,可用于指导系统规划、发展与薄弱环节挖掘,但在调度运行,尤其是在线防御策略方面支撑仍然较弱。此外,上述方法普遍以线路过载和简单保护逻辑为事件演变驱动,没有实现对连锁故障动态特征的分析,使得实时运行条件下大量有用数据因无理论支撑而无法为连锁故障预警、预防提供关键信息。目前,很多方法已经在众多学者的共同努力下进一步得到了改进,例如考虑电网规划和暂态过程的OPA模型已见报道,各类隐性故障模型、二次系统模型也逐渐丰富。但总体而言,电力系统连锁故障理论仍然有很长的路要走,使之能考虑更多实际因素,对不同主导因素和演变模式下电网分析提供有力工具。

2.3 其他理论方法

表3所列各类方法已有相对较为完整的理论基础与技术体系,近年来又出现了从不同角度分析电力系统连锁故障的理论方法。例如,文献[9]在事故链模型基础上,提出基于自组织临界理论的计及恶劣气候因素的连锁故障仿真模型,可用于甄别恶劣天气特殊运行方式下潜在的薄弱环节,但所建元件故障率是关于气候变量的连续函数,当前工程条件下仍难以实现广泛应用。文献[16,32]提出以多目标决策方法AHP和灰色关联度作为线路切除判据算法,可分析过载、隐型故障、灾害天气三类不同主导因素下最易开断线路及负荷损失期望值,从而快速计算给定运行状态下各连锁故障序列的风险水平与关键线路,但此类方法对多目标决策中相关参数设置的主观性依赖较大。线路保护的相继动作跳闸是具有一定时序关系的大概率非独立事件序列,文献[8,13,33-34]定义基于线路-断路器模型的元件功能组以体现站内接线拓扑关系,避免传统节点模型对元件失效过程模拟的过于简化,为精确分析N-下的系统行为提供了有力工具。此外,对电网灾难性事故及其评估方法的研究也逐步兴起[35,36]。

3 国外连锁故障分析工具的应用实践

第2.2节与2.3节所列方法多为连锁故障理论分析工具,要达到真正的实用化,还需进行一系列细致的、考虑周全的改进。在吸收历次大停电的经验教训基础上,国外电力部门与科研机构已研发出各具特色的面向EMS高层在线应用或离线计算的连锁故障分析与防御决策工具。

3.1 ASSESS系统

由法国输电公司组织开发,以比利时Liege大学准稳态仿真程序和Eurostag时域仿真为计算核心,整体理论框架采用了带蒙特卡洛抽样的Manchester模型[37],目前已应用于2 000节点左右系统。该连锁故障分析软件通过初始状态下既定概率分布的随机采样描述系统不确定性,以准稳态仿真(AC/DC潮流)、SC-OPF程序(模拟事故后的系统调整)和时域动态仿真驱动连锁故障计算以形成连锁故障场景(cascading scenarios),最后在大量场景样本基础上,通过统计与决策树功能模块挖掘系统安全规则和风险评估项规则用以在线匹配系统状态,为电网规划与运行人员提供监视和防御连锁故障的辅助决策信息。

该软件目前在法国和英国电网均得到了实际应用,其主要问题在于对用户要求较高,除全系统静、动态参数外,还需设置大量概率模型及其参数,然而这些参数在实际运行中的准确获取并非易事,且对该类参数的维护、更新也缺乏理论与实践依据。

3.2 CAT系统

CAT(Cascade Analysis Tool)由Commonwealth Associates公司开发,其目标是以北美可靠性委员会NERC事故划分标准发掘电力系统出现故障传播的潜在脆弱性[38]。该软件以交流潮流为计算核心,暂无时域仿真功能,可分析64 000节点规模系统,技术框架与Manchester模型类似。输入为人工设定的事故集,以过载元件识别与切除、低压节点减载结合AC潮流计算循环驱动连锁故障仿真,直至系统无元件越限发生、切除负荷量超过阈值、潮流无法收敛等判据出现,计算停止,以整个事件序列造成的损失指标评判既定初始事件的连锁故障风险。该系统已在美国南部电网ISO得到应用。

3.3 POM-PCM系统

该系统由美国V&R Energy Systems Research公司开发,PCM(Potential Cascading Models)是POM软件(Physical and Operational Margins)的连锁故障分析模块[39],以交流潮流和动态仿真为计算内核,无节点规模限制,该系统目前已在北美得到了较广泛运用。PCM用以下判据作为连锁故障仿真终止条件:(1)潮流无法收敛及电压失稳;(2)甩负荷量或切机量超过阈值;(3)解列后孤岛不平衡度超过阈值;(4)无任何新的越限指标产生。从功能来看,PCM具有以下特点:

(1)能从稳态和暂态两个方面对连锁故障事件进行仿真分析,从而更逼近电力系统物理实际;

(2)通过快速识别初始故障引发的事故链,进行连锁故障预测和故障演变中的脆弱性分析,并包含较为完整的保护模型与定值逻辑判断;

(3)针对每一故障层次(Tier),依据系统可用调度资源计算平抑故障传播的控制策略,如低频低压减载、切负荷、发电再调度等;

(4)依据事态发展,具有解列策略计算功能;

(5)可依据所搜索到的事故链场景,进行针对不同电气属性的脆弱性指标评估,并对大停电发生风险进行排序[40];

(6)对源发事件、故障传播、防御措施及效果进行设置可视化展示方案,以提高处理效率。

由于POM系统中内嵌了专门分析针对系统响应的防御策略应用模块OPM(Optimal Mitigation Measures),内部包含了有功无功调度、变压器抽头调整、移相器调整、电容器投切、甩负荷等常规调度员控制手段,因此,利用PCM软件进行仿真时能更加真实地模拟连锁故障中的控制因素与调度功能所起的作用。

3.4 TRELSS系统

TRELSS(Transmission Reliability Evaluation of Large Scale System)是美国电力研究院EPRI研发的大型商用电力系统可靠性分析软件,内含连锁故障分析功能[41]。该软件目前能处理25 000节点规模系统,已在北美若干ISO得到应用。TRELSS以离线人工设定的大量故障集为分析对象,搜索当前系统状态下可能出现的连锁故障路径及其影响评估,核心计算模式与POM-PCM系统非常相似(不含时域仿真),不同的是前者在系统响应的动作优先级上设置了明确的逻辑界定,如同时满足线路越限和端电压偏低,优先切除低压点一定比例负荷。

此外,对继保影响的相对精细化建模是TRELSS的重要特点。在继保动作影响范围方面,该系统摒弃常规连锁故障仿真中一对断路器作用于单个元件的方法,提出了保护控制组件PCG(Protection and Control Group)概念与仿真模型,在PCG逻辑模型中,一套一次元件由一套保护装置与断路器共同作用,各套保护依据一次接线方式考虑一定的配合逻辑,这种功能也使得连锁故障中对系统保护响应仿真更加逼近实际工程情况。可见,对保护模型的实用化改进也是连锁故障仿真的发展方向之一。这一点在文献[13,15]中也得到了详细论述。

4 结束语

电力系统连锁故障是现代互联电网安全稳定性的重要研究方向,经过多年发展已出现了很多兼具理论性与实用性的理论模型与分析方法。本文从连锁故障过程特点入手,细致分析其物理特征、内外因素与关键信息,在归纳主要技术难点基础上,针对连锁故障理论体系及其适用性进行比对研究,为后续连锁故障研究提供了详细的理论背景分析,同时介绍了国外电力系统使用的若干连锁故障计算分析软件及其主要算法的技术要点。在我国,能很好地计及诸多动、静态因素的连锁故障分析高级应用软件还未见报道,主要原因仍是缺乏N-k和连锁故障计算标准。

连锁故障成因复杂,其模型关联因素构成范围很大,同时具有不确定、不精确和时变特点,难以用一套精确数学方法完整描述,尤其是当考虑更多元件模型与实际的电力系统控制规则后[42],仿真计算和定量分析更为困难。根据当前文献,国外学者更关注如何利用数学工具揭示电力系统连锁故障所具有的内在机理,如自组织临界性、故障规模及其概率分布等,而国内学者更倾向于搜索故障演变路径与规则。然而无论国内外研究,对某些关键性问题仍缺乏突破(如表2所列难点),这一点将在后续文章中结合实际的大停电案例加以详细分析。

摘要：电网互联规模的扩大在提升供电能力与经济效益的同时也一定程度上增加了连锁故障风险,近年因故障扩散导致的大规模停电时有发生,详细整理电力系统连锁故障分析理论及其功能特点与适用场景,是一项十分有意义的工作。经过多年发展,在此研究领域已出现了一系列兼具理论性与实用性的理论模型与分析方法。从连锁故障过程的普遍特点入手,深入分析其物理特征、内外因素与关键信息,并在归纳主要技术难点基础上,针对电力系统连锁故障现有分析方法的理论要点及其适用性进行完整的比对性研究,以期为后续研究提供详细的理论背景分析。进一步介绍了国外电力系统已实用化的若干连锁故障计算分析软件及其算法要点,为开发符合我国电网运行特点的相关高级应用提供启示。