本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)及圖論技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)復(fù)雜故障分析的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法。

背景技術(shù)：

近年來，盡管電力系統(tǒng)的監(jiān)控和安全措施不斷升級(jí)，不過大停電事故還是時(shí)有發(fā)生，最為著名的就是2003年美加“8.14”大停電，這起事故影響到了美國(guó)東北部的8個(gè)州和加拿大的兩個(gè)省，損失負(fù)荷達(dá)61800MW，停電范圍9300多平方公里，受影響區(qū)域人口達(dá)5000萬，經(jīng)濟(jì)損失超過100億美元。然而，這并不僅僅是個(gè)案，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在從“8.14”大停電開始到現(xiàn)在，全世界還有十?dāng)?shù)起大停電事故的發(fā)生。這些大停電事故的起因各有不同，但值得注意的是，它們往往是由連鎖故障所引起。仍然以美加“8.14”大停電為例，它的直接原因是俄亥俄北部電網(wǎng)的數(shù)條345kV的輸電線路與樹木發(fā)生短路而跳閘，但由于沒有進(jìn)行及時(shí)和恰當(dāng)?shù)奶幚?，再加上繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)的各個(gè)部分相繼解列，電壓及頻率均出現(xiàn)了較大的振蕩，從而最終導(dǎo)致了大停電事故。由于大停電的巨大危害性，近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)大停電的原因進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)它們往往都與連鎖故障有關(guān)，如2003年的倫敦大停電就是由于繼電保護(hù)裝置額定容量不夠?qū)е抡`動(dòng)開始，而2006年的歐洲大停電則是因?yàn)閮杉译娋W(wǎng)公司的聯(lián)絡(luò)線被切導(dǎo)致的潮流不均衡。

目前，專家學(xué)者對(duì)連鎖故障的機(jī)理研究主要分為兩類：一是以電力系統(tǒng)傳統(tǒng)計(jì)算分析方法，如潮流、穩(wěn)定計(jì)算為核心，對(duì)系統(tǒng)可能發(fā)生的各種情形(如潮流轉(zhuǎn)移、繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)拒動(dòng)、線路跳閘等)通過概率來進(jìn)行描述的模型，包括OPA模型、CASCADE模型、分支過程模型、事故鏈搜索策略等。二是以電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為核心，使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論等拓?fù)浞椒?，將電網(wǎng)系統(tǒng)抽象成各種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)連鎖故障進(jìn)行分析，包括小世界網(wǎng)絡(luò)模型、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型等。

總結(jié)起來，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)連鎖故障的研究主要從電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面進(jìn)行。其中，事故鏈搜索策略主要側(cè)重于展現(xiàn)連鎖故障的全過程。成熟的事故鏈搜索策略可以更加有效實(shí)際地展示出連鎖故障的可能過程，對(duì)大停電的預(yù)防具有重要的意義。然而現(xiàn)有的事故鏈搜索策略中，大多對(duì)模型作了較多的理想化處理，例如不考慮隨機(jī)因素，較少考慮系統(tǒng)安穩(wěn)措施，后續(xù)故障搜索考慮不周等，使得模型中事故鏈的發(fā)展與實(shí)際大停電過程差別較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中搜索的準(zhǔn)確性低的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法，所述方法包括：

對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行孤島化處理，保留能獨(dú)立運(yùn)行的獨(dú)立系統(tǒng)；

通過對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算判斷所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流是否收斂；

如果所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流不收斂，對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行甩負(fù)荷操作；

如果所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流收斂，進(jìn)行后續(xù)故障搜索。

優(yōu)選的，在步驟對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行甩負(fù)荷操作之后，本發(fā)明還包括：

判斷所述獨(dú)立系統(tǒng)中所有負(fù)荷是否均甩完；

如果所有負(fù)荷未均甩完，則進(jìn)行后續(xù)故障搜索。

優(yōu)選的，所述對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行甩負(fù)荷操作包括：

通過潮流追蹤，確定在本層故障發(fā)生前的情況下本層故障線路對(duì)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分配的負(fù)荷量，所述本層故障線路包括因故障變成孤島而在本層斷開的線路；

計(jì)算各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的故障影響程度指標(biāo)DFI；

判斷所述各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的DFI是否大于預(yù)設(shè)閾值；

如果負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的DFI大于預(yù)設(shè)閾值，將所述負(fù)荷節(jié)點(diǎn)獨(dú)立分組并按照DFI由大到小的順序排序；

如果負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的DFI小于或者等于預(yù)設(shè)閾值，將所述負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分為一組，并將所述分組排列于所有分組的的最后一位；

按照以上分組順序逐組甩負(fù)荷。

優(yōu)選的，所述按照以上分組順序逐組甩負(fù)荷包括：

判斷DFI大于0.2的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)甩完負(fù)荷后潮流是否收斂；

如果DFI大于0.2的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)甩完負(fù)荷后潮流不收斂，對(duì)其余負(fù)荷節(jié)點(diǎn)采用分級(jí)低電壓甩負(fù)荷方法甩負(fù)荷。

優(yōu)選的，所述進(jìn)行后續(xù)故障搜索包括：

計(jì)算獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的線路負(fù)載比；

根據(jù)線路負(fù)載比確定獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)過負(fù)荷故障概率。

優(yōu)選的，所述進(jìn)行后續(xù)故障搜索還包括：

計(jì)算本層故障線路與上一層故障線路的等效距離；

計(jì)算本層故障線路潮流轉(zhuǎn)移比，所述潮流轉(zhuǎn)移比為潮流轉(zhuǎn)移量占當(dāng)前故障線路故障前潮流的比例；

根據(jù)所述等效距離和潮流轉(zhuǎn)移比確定獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)隱性故障的概率。

本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法，所述方法包括：對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行孤島化處理，保留能獨(dú)立運(yùn)行的獨(dú)立系統(tǒng)；通過對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算判斷所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流是否收斂；如果所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流不收斂，對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行甩負(fù)荷操作；如果所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流收斂，進(jìn)行后續(xù)故障搜索。本發(fā)明基于現(xiàn)有連鎖故障搜索方法，提出了一種更實(shí)際的電力系統(tǒng)連鎖故障事故鏈搜索方法。本發(fā)明方法對(duì)原有連鎖故障搜索框架進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)其中的甩負(fù)荷策略和后續(xù)故障搜索提出了新的求解思路，提高了連鎖故障事故鏈搜索的準(zhǔn)確性，對(duì)工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)作用。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中提供的另一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法的方法流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中提供的步驟S400的方法流程圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中提供的步驟S500的方法流程圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中提供的另一種步驟S500的方法流程圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中提供的IEEE10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置的例子。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其它實(shí)施例的不同之處。

請(qǐng)參考圖1，所示為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法的方法流程圖。由圖1可見，所述方法包括：

步驟S100：將系統(tǒng)初始化為正常運(yùn)行工況，并設(shè)置初始故障。

使用的方法為等概率選取一條線路斷開，以使系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，方便得到后續(xù)故障。

步驟S200：判斷設(shè)置故障后的系統(tǒng)是否存在獨(dú)立系統(tǒng)。

獨(dú)立系統(tǒng)與其它部分沒有電氣聯(lián)系的系統(tǒng)。由圖論原理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連通性分析，將系統(tǒng)分為互不連通的若干區(qū)域，保留能獨(dú)立運(yùn)行的獨(dú)立系統(tǒng)區(qū)域。

步驟S300：通過對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算判斷所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流是否收斂。

潮流計(jì)算方法具體采用牛頓-拉夫遜迭代法，潮流計(jì)算方法以及潮流收斂的判斷方法為現(xiàn)有方法，這里不再詳述。

步驟S400：如果所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流不收斂，對(duì)所述獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行甩負(fù)荷操作。

本發(fā)明提出了一種基于潮流追蹤的甩負(fù)荷策略，主要通過潮流追蹤，找到當(dāng)前層因斷線影響的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，通過優(yōu)先甩受斷線影響較為嚴(yán)重的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)來減輕潮流轉(zhuǎn)移及故障影響，在使系統(tǒng)潮流收斂的同時(shí)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低大停電的概率。

步驟S500：如果所述獨(dú)立系統(tǒng)潮流收斂，進(jìn)行后續(xù)故障搜索。

本發(fā)明提出不再限制每個(gè)故障層的故障數(shù)目，故障類型則考慮了過負(fù)荷故障和隱性故障兩種，并提出了對(duì)兩種故障的新的搜索策略。

本發(fā)明基于現(xiàn)有連鎖故障搜索方法，提出了一種更實(shí)際的電力系統(tǒng)連鎖故障事故鏈搜索方法。本發(fā)明方法對(duì)原有連鎖故障搜索框架進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)其中的甩負(fù)荷策略和后續(xù)故障搜索提出了新的求解思路，對(duì)工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)作用。

請(qǐng)參考圖2，所示為本發(fā)明實(shí)施例中提供的另一種考慮甩負(fù)荷及耦合性的電網(wǎng)連鎖故障事故鏈搜索方法的方法流程圖。由圖2可見，本方法在以上實(shí)施例的基礎(chǔ)上還包括：

步驟S600：判斷所述獨(dú)立系統(tǒng)中所有負(fù)荷是否均甩完；如果所有負(fù)荷未均甩完，則執(zhí)行步驟S500。

請(qǐng)參考圖3，所示為本發(fā)明實(shí)施例中提供的步驟S400的方法流程圖。由圖3可見，步驟S400包括：

步驟S401：通過潮流追蹤，確定在本層故障發(fā)生前的情況下本層故障線路對(duì)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分配的負(fù)荷量。所述本層故障線路包括因故障變成孤島而在本層斷開的線路。

潮流追蹤方法可獲得在電力系統(tǒng)某一運(yùn)行工況下線路潮流的流向(即該線路功率最后分到的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)量)，使用該方法對(duì)本級(jí)故障前狀態(tài)進(jìn)行潮流追蹤，得到相關(guān)量。

步驟S402：計(jì)算各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的故障影響程度指標(biāo)DFI。

本實(shí)施例根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的故障影響程度指標(biāo)(Degree of Failure Impact，DFI)來確定其受本層故障的影響程度。DFI指標(biāo)的定義為：

式中，P為步驟S301中計(jì)算得到的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)受本層故障影響的負(fù)荷量；P_l為該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的負(fù)荷量；P_f為上一層故障線路所傳輸?shù)墓β省?/p>

步驟S403：判斷所述各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的DFI是否大于預(yù)設(shè)閾值。

步驟S404：如果負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的DFI大于預(yù)設(shè)閾值，將所述負(fù)荷節(jié)點(diǎn)獨(dú)立分組并按照DFI由大到小的順序排序。

步驟S405：如果負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的DFI小于或者等于預(yù)設(shè)閾值，將所述負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分為一組，并將所述分組排列于所有分組的的最后一位。

步驟S406：按照以上分組順序逐組甩負(fù)荷。

按照以上分組順序逐組甩負(fù)荷包括：

判斷DFI大于0.2的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)甩完負(fù)荷后潮流是否收斂；

如果DFI大于0.2的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)甩完負(fù)荷后潮流不收斂，對(duì)其余負(fù)荷節(jié)點(diǎn)采用分級(jí)低電壓甩負(fù)荷方法甩負(fù)荷。

請(qǐng)參考圖4，所示為本發(fā)明實(shí)施例中提供的步驟S500的方法流程圖。由圖4可見，步驟S500包括：

步驟S501：計(jì)算獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的線路負(fù)載比。

本發(fā)明使用線路負(fù)載比來衡量線路過負(fù)荷程度，線路負(fù)載比可用下式計(jì)算：

L＝T_l/T_l0

式中，T_l和T_l0分別為分別代表考察線路當(dāng)前傳輸功率和額定傳輸功率。

若線路過載比達(dá)到一定閾值(大于1)，則認(rèn)為該線路處于過負(fù)荷狀態(tài)，有可能發(fā)生過負(fù)荷故障。

步驟S502：根據(jù)線路負(fù)載比確定獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)過負(fù)荷故障概率。

本發(fā)明考慮到線路在過載狀態(tài)下仍能運(yùn)行一段時(shí)間，認(rèn)為單條線路過負(fù)荷故障的概率與其過負(fù)荷時(shí)間和程度均有關(guān)聯(lián)。

定義過負(fù)荷故障概率P為：

式中，P為本層該線路發(fā)生過負(fù)荷故障的概率(大于1則一定發(fā)生)，P₀為該線路上一層發(fā)生過負(fù)荷故障的概率(初始為0)。

請(qǐng)參考圖5，所示為本發(fā)明實(shí)施例中提供的另一種步驟S500的方法流程圖。由圖4可見，步驟S500還包括：

步驟S503：計(jì)算本層故障線路與上一層故障線路的等效距離。

對(duì)于隱性故障，本模型考慮兩方面：與上一層故障線路的拓?fù)渚嚯x和潮流轉(zhuǎn)移。拓?fù)渚嚯x的計(jì)算使用基于圖論中的Dijkstra最短路徑算法，為保證合理性，此處設(shè)定最大距離為3(超過最大距離的耦合性不再考慮)，考慮到某些線路可能會(huì)與上一層的多條線路距離相近，定義與上一層故障線路的等效距離為：

式中ED為最終的等效距離，D₁、D₂……D_n等為該線路與上一層較近的故障線路間的距離。

步驟S504：計(jì)算本層故障線路潮流轉(zhuǎn)移比。

潮流轉(zhuǎn)移使用潮流轉(zhuǎn)移比來量化一條線路的潮流轉(zhuǎn)移情況，潮流轉(zhuǎn)移比即為潮流轉(zhuǎn)移量占當(dāng)前故障線路故障前潮流的比例。

步驟S505：根據(jù)所述等效距離和潮流轉(zhuǎn)移比確定獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)隱性故障的概率。

隱性故障的概率為潮流轉(zhuǎn)移比與等效距離的比值：

式中，P_h為該線路的隱性故障概率，ΔP為潮流轉(zhuǎn)移比，ED為該線路與上一層故障線路的等效距離。

下面以IEEE10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為實(shí)施算例進(jìn)行分析。該系統(tǒng)單線圖如圖6所示，通過仿真分析甄別重要的事故鏈。

先對(duì)甩負(fù)荷情況進(jìn)行分析，分別將本發(fā)明(稱為S1)與傳統(tǒng)的平均甩負(fù)荷方法(即所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)甩的比例相同，稱為S2)和分級(jí)低電壓甩負(fù)荷方法(稱為S3)進(jìn)行比較。分別就整體結(jié)果和嚴(yán)重故障(在傳統(tǒng)方法中負(fù)荷損失超過1/3)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示：

表1：S1、S2和S3整體結(jié)果和嚴(yán)重故障的比較結(jié)果

再對(duì)事故鏈進(jìn)行搜索，部分大停電事故的結(jié)果如表2所示(后續(xù)故障中，過負(fù)荷故障使用O來表示，隱性故障使用H來表示)。

表2：大停電事故的結(jié)果

對(duì)事故鏈的整體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示：

表3：事故鏈的整體統(tǒng)計(jì)結(jié)果

以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。