復(fù)雜電力系統(tǒng)脆弱性評估方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到國計民生與國家安全,近年來國內(nèi)外頻繁發(fā)生的大停電事故引起了人們的廣泛關(guān)注。隨著電力系統(tǒng)容量和規(guī)模的逐步擴(kuò)大,為了增強(qiáng)電力系統(tǒng)的魯棒性,不斷通過高度結(jié)構(gòu)化、最優(yōu)的設(shè)計來實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化,電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜,而復(fù)雜的系統(tǒng)在具有魯棒性的同時,又增加了其脆弱性,“魯棒性造就了復(fù)雜性,復(fù)雜性造就了脆弱性,脆弱性威脅了安全性”。研究表明大規(guī)模停電事故往往是由故障連鎖反應(yīng)引起,事故擴(kuò)大發(fā)展階段則與電力系統(tǒng)中的脆弱環(huán)節(jié)有著

2、緊密的聯(lián)系。電力系統(tǒng)脆弱性,是電網(wǎng)安全性概念的拓展,它是從全局角度來評估電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的新思路。研究電力系統(tǒng)脆弱性的目的在于,彌補(bǔ)已有大電網(wǎng)安全性研究的不足,深入探討脆弱性對大電網(wǎng)安全性的影響,為部署電力系統(tǒng)防御策略建立穩(wěn)固的基礎(chǔ)。
　　針對電力系統(tǒng)脆弱性評估的需求,對復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)脆弱性評估方法相關(guān)問題進(jìn)行了研究,包括復(fù)雜電力系統(tǒng)固有脆弱環(huán)節(jié)辨識、系統(tǒng)整體脆弱性評估。本文的具體工作如下:
　　基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,選取輸電線

3、路阻抗值作為線路權(quán)重,建立了電網(wǎng)加權(quán)拓?fù)淠Ｐ?分析了電力系統(tǒng)具有的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性。首先,將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)用于電網(wǎng)脆弱性評估,提出電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脆弱性評估方法。并將所提方法應(yīng)用于長沙地區(qū)電網(wǎng),分析了長沙地區(qū)電網(wǎng)整體及局部結(jié)構(gòu)特征和脆弱性,時域仿真結(jié)果表明系統(tǒng)固有脆弱環(huán)節(jié)發(fā)生故障會極大地威脅到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次,提出將靜態(tài)及動態(tài)分析法與電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)相結(jié)合的脆弱性分析方法,長沙地區(qū)電網(wǎng)和IEEE-118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例研究表明,對薄弱

4、環(huán)節(jié)的攻擊會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的影響。
　　針對大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)連鎖故障的復(fù)雜傳播機(jī)理,在電網(wǎng)加權(quán)拓?fù)淠Ｐ突A(chǔ)上,定義了綜合考慮節(jié)點(diǎn)和邊差異性的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)熵的概念。連鎖故障過程中結(jié)構(gòu)熵的變化能有效地反映故障傳播的速度。為準(zhǔn)確描述連鎖故障過程中電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性變化趨勢,利用遺傳算法迭代計算相同規(guī)模下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)熵指標(biāo)的最大值與最小值,將連鎖故障過程中結(jié)構(gòu)熵值歸一化從而消除電網(wǎng)規(guī)模對結(jié)構(gòu)熵指標(biāo)的影響,得到標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)熵值。通過分析故障前后

5、電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)熵值的變化辨識電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的脆弱因素:“異構(gòu)”線路。對IEEE-118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和華北電網(wǎng)仿真實驗說明通過主動移除“異構(gòu)”線路能改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抵抗連鎖故障的能力。
　　分析了電力網(wǎng)潮流分布機(jī)理,針對經(jīng)典復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型不能很好地結(jié)合決定網(wǎng)絡(luò)潮流分布定律的問題,提取蘊(yùn)含于電網(wǎng)特征參數(shù)中的物理信息,根據(jù)疊加原理計算得出電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間電氣距離,基于電氣距離提出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電氣耦合連接度的概念。建立了基于節(jié)點(diǎn)電氣耦合連接度的

6、電力系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性辨識模型。與已有復(fù)雜電網(wǎng)模型相比,該模型更符合電力系統(tǒng)實際。通過對IEEE標(biāo)準(zhǔn)示例系統(tǒng)的計算,揭示了電網(wǎng)內(nèi)在的異質(zhì)結(jié)構(gòu)特性。并將電氣耦合連接度指標(biāo)應(yīng)用于電力網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識別,對IEEE-39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和湖南某地區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行了分析計算,時域仿真結(jié)果表明所提指標(biāo)比拓?fù)涠戎笜?biāo)更為合理有效。
　　采用影響模型對電力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間相互作用進(jìn)行描述,結(jié)合馬爾科夫鏈模擬電力系統(tǒng)狀態(tài)演化過程,建立了一種概括電網(wǎng)關(guān)鍵特征的簡單電力系統(tǒng)動態(tài)

7、模型。根據(jù)二進(jìn)制影響模型下,系統(tǒng)由初始時刻節(jié)點(diǎn)故障引發(fā)“崩潰”事故概率等于系統(tǒng)影響矩陣對應(yīng)于特征值1的左特征向量相應(yīng)位置元素值的原理,提出一種考慮狀態(tài)演化過程的電網(wǎng)脆弱性評估方法。利用基于節(jié)點(diǎn)度值和邊介數(shù)指標(biāo)的評估模型分析比較了幾種典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的脆弱性,結(jié)果表明無標(biāo)度電網(wǎng)較隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出更高的脆弱性?？紤]決定電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間相互作用大小的主要因素:節(jié)點(diǎn)“能量”和節(jié)點(diǎn)之間等效電氣距離,建立了更符合電網(wǎng)實際的系統(tǒng)狀態(tài)演化模型。將

8、其應(yīng)用于EPRI-36系統(tǒng)和廣東省電網(wǎng)脆弱性分析,與已有基于網(wǎng)絡(luò)凝聚度的節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵性指標(biāo)和節(jié)點(diǎn)介數(shù)的比較表明所提方法考慮了系統(tǒng)狀態(tài)演化過程,比已有模型更為合理有效,有利于從系統(tǒng)層面指導(dǎo)電網(wǎng)的在線安全分析。
　　提出考慮發(fā)電機(jī)調(diào)速及負(fù)荷電壓、頻率特性的動態(tài)潮流連鎖故障模式搜索方法,并將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)連鎖故障機(jī)理分析。根據(jù)故障狀態(tài)下雅克比矩陣對角元素值的變化,推導(dǎo)出系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評估指標(biāo)和系統(tǒng)處于電壓崩潰臨界點(diǎn)時的電壓臨界值。隨著負(fù)載率