基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，包括：随机产生初始故障；计算直流潮流，并判断电力系统中是否存在负载越限线路，若存在，则进行下一步，否则停止；生成初始故障集，通过运行可靠性模型计算过载线路停运概率；计算电力系统状态概率；若电力状态概率大于设定阈值，且故障规模小于设定阈值，则将电力状态添加至备选故障集，若无满足条件的状态，则停止搜索；将初始故障集取为备选故障集，并清空当前备选故障集，重复上述步骤。本发明专利技术通过搜索不同初始故障下的连锁故障事件并分析系统薄弱环节，提出相应的系统改造方案，预防连锁故障发生，并在事件发展过程中，发现后继事件，以便阻止连锁事件进一步演化发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统连锁故障风险分析领域的方法，具体涉及一种基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法。
技术介绍
目前，电网已进入跨大区互联，超、特高压交直流混合输电的快速发展时期，电网复杂程度急剧增加，发生连锁故障以致引发大面积停电事故的风险逐渐增加。电力系统连锁故障的发生往往是由于系统受到初始扰动后，潮流重新分配，使得系统中一些正常工作的元件由于过载或严重偏离额定工作条件而退出运行，由此进一步引发系统中潮流的改变，继而使得另一些正常工作的元件也退出运行，如此循环往复产生连锁效应，最终导致系统崩溃。目前，对电力系统连锁故障的研究大体上可分为三类：基于复杂网络理论的方法、基于复杂系统的自组织临界理论方法和模式搜索方法。其中基于复杂网络理论的方法从图论的角度剖析了连锁故障发生、发展和传播的机理，可以在静态条件下，分析电网脆弱性，但是一般采用抽象的元件模型和网络拓扑，难以分析系统的动态运行情况；基于复杂理论的连锁故障评估方法重点关注连锁故障的宏观特性，采用简化的电网模型，通过统计数据分析系统薄弱环节及电网的连锁故障风险，主要应用于指导电网规划；模式搜索方法是通过建立符合电网实际物理过程的模型和算法对电网的连锁故障进行模拟，但随着系统规模增加，计算量将呈指数增长，耗时大大增加。与此同时，在以外的研究中，忽略了连锁故障发展过程中的事件相关性，从而可能低估连锁故障的传播范围及其造成的影响。因此，需要提供一种新的连锁故障搜索方法。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，该方法在保证计算效率的同时，不仅可以结合电力系统运行信息，分析系统运行状态对元件停运概率的影响，并且可以考虑连锁故障发展过程中事件间的相关性，搜索系统在不同初始故障条件下的连锁故障事件，最终可基于连锁故障事件分析系统薄弱环节。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：随机产生初始故障；步骤2：计算直流潮流，并判断电力系统中是否存在负载越限线路，若存在，则进行步骤3，否则停止；步骤3：生成初始故障集，所述初始故障集中的每一个元素均记录当前电力系统状态下的过载线路，并通过输电线路运行可靠性模型计算过载线路停运概率；步骤4：对于所述初始故障集中的每一个元素，切断过载线路，重新计算系统潮流及切负荷大小，并计算电力系统状态概率；步骤5：若步骤4中的电力状态概率大于设定阈值(阈值的设定根据实际搜索精度需要而制定，一般可将状态概率阈值设置为10-10，故障规模阈值设置为20重故障)，且故障规模小于设定阈值，则将所述电力状态添加至备选故障集，若无满足条件的状态，则停止搜索；步骤6：将初始故障集取为备选故障集，并清空当前备选故障集，重复步骤4至步骤6；步骤7：统计在不同元件初始故障下的连锁故障路径数并进行排序，并找到系统的关键节点和薄弱环节。其中，所述步骤1中随机产生初始故障是由结合电力系统连锁故障发生和发展阶段特点，通过模拟不同的故障因素获得；所述电力系统连锁故障的发生和发展包括以下四个阶段：事故发生前阶段：电网往往处于不正常运行状态，电力系统安全裕度降低，状态恶化，但不会引起电力系统的连锁反应；初始扰动阶段：事故发生的直接原因是电力系统中一个或一个以上元件发生故障；事故扩大阶段：保护动作将连锁故障切除后，电力系统运行状态发生转移的过程中，部分输电元件过载、保护隐藏故障、保护整定值不合适、装置拒动或误动或全网的自动装置动作无协调，导致电力系统发生连锁过载；连锁故障间的时间间隔长，在一分钟至二十四小时之间；电力系统崩溃阶段：10min内大量元件退出运行，电力系统功角或电压失稳，电力系统崩溃引发电网大停电。其中，所述步骤2中，直流潮流采用下述表达式表示：P＝B0θ式中：P表示电力系统有功功率；θ表示支路两端节点电压相角；B0是以1/xij为支路导纳建立起来的电纳矩阵；线路潮流由下式计算获得：Pij＝(θi-θj)/xij式中：xij是线路电抗，i和j是线路L的起始节点和终止节点序号；在连锁故障演变过程中，线路被切除使电力系统解列并形成多个电气岛时，分别计算每个电岛的潮流；对电源不足的电岛，首先判断是否包含可调发电机组，若无法增加电力系统出力，则削减负荷；削减负荷时，根据负荷大小对电岛内的所有负荷节点按比例调整；如果电岛为没有发电机的无源孤岛时，则切断所有负荷；设电力系统中某个电岛的过负荷量大小为ΔP，过负荷量大小为ΔP下式计算：ΔP=Σi∈LLi-Σi∈GGi]]>则每个负荷节点调整后的负荷大小为：Li′=Li-Li·ΔPΣi∈LLi]]>式中：Li表示节点i的负荷量；Gi表示节点i的发电量。其中，所述步骤3中，设运行可靠性模型中每次只有一条线路故障；其中输电线路运行可靠性模型包括：当线路潮流在正常值范围内，即未超过LoadMax时，线路潮流对过载线路停运概率的影响小，线路故障概率取为统计平均值，如下式所示：P(L)＝P0,0＜Load＜LoadRated当线路潮流超过线路传输极限时，由于保护装置动作，线路切除，线路故障概率为1.0；P(L)＝1.0,Load＞LoadMax当线路潮流在额定容量至最大容量时，假设线路故障概率呈线性增长，如下式所示：P(L)=P0+1.0-P0LoadMax-LoadRated(Load-LoadRated),LoadRatedLoadLoadMax]]>式中：Load表示线路潮流容量；LoadRated表示线路潮流额定容量；LoadMax表示线路潮流最大容量；P0表示线路故障概率的统计平均值。其中，所述步骤3中，在随机选择初始故障时，计算初始故障概率模型包括：建立多状态初始故障率模型，即：λc(k)=λ‾ΣkNkNkPk]]>式中：k代表不同的外部因素下，所述外部因素包括正常条件、高温、雨雪和雷电，为元件故障率的历史统计平均值，Nk为历史数据中外部因素k所处的时间，Pk为历史数据中k因素导致故障占所有故障数的比例；如果在短时间Δt内天气情况保持不变，设备故障率不变，运行时间服从指数分布，则元件在外部因素i影响下的多状态初始故障率模型为：Pc(i)=1-e-λc(i)Δt]]>结合当前实测信息，判断当前电力系统各元件所在的外部条件，选择元件受外部因素影响初始故障概率模型；结合内部因素影响和输电线路运行可靠性模型，得到元件的初始故障概率模型如下式所示：P=1-(1-P(L))×Πi∈FS(1-Pc(i))]]>式中：FS表示当前的外部因素集。其中，所述步骤4中，所述电力系统状态概率通过下式计算得到：P＝P(S0)×P(S1/S0)×P(S2/S1)×…×P(Sn/Sn-1)式中：P(S0)表示状态S0下电力系统的状态概率，P(S2/S1)表示状态S2在状态S1下发生的概率，电力系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：随机产生初始故障；步骤2：计算直流潮流，并判断电力系统中是否存在负载越限线路，若存在，则进行步骤3，否则停止；步骤3：生成初始故障集，所述初始故障集中的每一个元素均记录当前电力系统状态下的过载线路，并通过输电线路运行可靠性模型计算过载线路停运概率；步骤4：对于所述初始故障集中的每一个元素，切断过载线路，重新计算系统潮流及切负荷大小，并计算电力系统状态概率；步骤5：若步骤4中的电力状态概率大于设定阈值，且故障规模小于设定阈值，则将所述电力状态添加至备选故障集，若无满足条件的状态，则停止搜索；步骤6：将初始故障集取为备选故障集，并清空当前备选故障集，重复步骤4至步骤6；步骤7：统计在不同元件初始故障下的连锁故障路径数并进行排序，并找到系统的关键节点和薄弱环节。

【技术特征摘要】
1.一种基于运行可靠性模型的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：随机产生初始故障；步骤2：计算直流潮流，并判断电力系统中是否存在负载越限线路，若存在，则进行步骤3，否则停止；步骤3：生成初始故障集，所述初始故障集中的每一个元素均记录当前电力系统状态下的过载线路，并通过输电线路运行可靠性模型计算过载线路停运概率；步骤4：对于所述初始故障集中的每一个元素，切断过载线路，重新计算系统潮流及切负荷大小，并计算电力系统状态概率；步骤5：若步骤4中的电力状态概率大于设定阈值，且故障规模小于设定阈值，则将所述电力状态添加至备选故障集，若无满足条件的状态，则停止搜索；步骤6：将初始故障集取为备选故障集，并清空当前备选故障集，重复步骤4至步骤6；步骤7：统计在不同元件初始故障下的连锁故障路径数并进行排序，并找到系统的关键节点和薄弱环节。2.如权利要求1所述的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，其特征在于，所述步骤1中随机产生初始故障是由结合电力系统连锁故障发生和发展阶段特点，通过模拟不同的故障因素获得；所述电力系统连锁故障的发生和发展包括以下四个阶段：事故发生前阶段：电网往往处于不正常运行状态，电力系统安全裕度降低，状态恶化，但不会引起电力系统的连锁反应；初始扰动阶段：事故发生的直接原因是电力系统中一个或一个以上元件发生故障；事故扩大阶段：保护动作将连锁故障切除后，电力系统运行状态发生转移的过程中，部分输电元件过载、保护隐藏故障、保护整定值不合适、装置拒动或误动或全网的自动装置动作无协调，导致电力系统发生连锁过载；连锁故障间的时间间隔长，在一分钟至二十四小时之间；电力系统崩溃阶段：10min内大量元件退出运行，电力系统功角或电压失稳，电力系统崩溃引发电网大停电。3.如权利要求1所述的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，其特征在于，所述步骤2中，直流潮流采用下述表达式表示：P＝B0θ式中：P表示电力系统有功功率；θ表示支路两端节点电压相角；B0是以1/xij为支路导纳建立起来的电纳矩阵；线路潮流由下式计算获得：Pij＝(θi-θj)/xij式中：xij是线路电抗，i和j是线路L的起始节点和终止节点序号；在连锁故障演变过程中，线路被切除使电力系统解列并形成多个电气岛时，分别计算每个电岛的潮流；对电源不足的电岛，首先判断是否包含可调发电机组，若无法增加电力系统出力，则削减负荷；削减负荷时，根据负荷大小对电岛内的所有负荷节点按比例调整；如果电岛为没有发电机的无源孤岛时，则切断所有负荷；设电力系统中某个电岛的过负荷量大小为ΔP，过负荷量大小为ΔP下式计算：ΔP=Σi∈LLi-Σi∈GGi]]>则每个负荷节点调整后的负荷大小为：Li′=Li-Li·ΔPΣi∈LLi]]>式中：Li表示节点i的负荷量；Gi表示节点i的发电量。4.如权利要求1所述的连锁故障搜索及薄弱环节分析方法，其特征在于，所述步骤3中，设运行可靠性模型中每次只有一条线路故障；其中输电线路运行可靠性模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：易俊，程林，刘满君，田浩，何剑，贺庆，曾兵，马士聪，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，清华大学，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11