电力系统连锁故障风险分析

近年来世界范围内发生了多次连锁故障导致的大停电事故,给社会和经济带来了巨大的损失。大停电事故的机理研究因此成为电力系统大停电防御框架下的热点问题之一。识别电力系统所蕴含的临界特性,分析电力系统演化的关键驱动因素,分析电力系统发生连锁大停电故障的风险,对于进一步研究其风险缓解和规避的方法,提高电力系统的可靠性具有重要意义。 本论文以复杂系统的自组织临界理论为主要建模思想,结合常规风险分析和概率统计方法,对电力系统连锁故障风险分析的关键问题进行了研究。论文工作包括两大部分,第一部分提出连锁故障模型,研究系统向临界状态演化的关键驱动力。第二部分进行分支过程模型用于实际电力系统风险分析的可行性研究。第一部分提出的模型可以为第二部分的研究提供样本数据,以解决实际电网历史故障数据不足的研究困难。 论文的第一部分基于自组织临界思想,以OPA模型为基础,提出了更完善的电力系统连锁故障模型。论文在多重时间框架下,对作用于系统的关键驱动力建模。驱动系统演化的因素不但包括电网的众多设备与运行环境和运行人员的交互、快速的系统动态响应、中长期的电网建设规划,而且包括复杂的社会和经济等外部因素。电力系统在内外多方驱动力的长期作用下,必然向着某一临界水平演化,从而导致系统发生连锁大停电故障的风险大大增加。论文提出了网络利用率、单位平均投资和线路投资比等指标,对系统的临界水平进行量化;并采用连锁故障灾难度的概率分布函数、连锁停电事故频度和风险等指标分析电力系统的连锁故障风险。 论文以改进的IEEE-118母线测试系统为例,进行连锁故障风险灵敏度分析,提出了指导电力系统运行及规划的可靠性准则和工程实践中追求经济利益与追求可靠性之间的权衡是影响系统临界水平及连锁故障风险的关键因素。 论文的第二部分首次就分支过程模型应用于实际电网风险管理的有效性和可行性进行了研究。论文以国内某区域电网9年的历史数据作为样本数据,采用分支过程模型估计该区域电网连锁故障的传播速率及连锁故障灾难度的概率分布,揭示该电网的连锁故障风险水平。仿真结果及分析验证了分支过程模型的有效性及可行性。