不同接線模式下電網(wǎng)大停電風(fēng)險研究

劉自發(fā)，郭會萌，李夢漁

(1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京市102206;2.廣州供電局有限公司，廣州市520620)

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國電網(wǎng)電壓等級不斷提高，建設(shè)規(guī)模不斷擴大。在滿足負(fù)荷需求及安全穩(wěn)定的約束下，大電網(wǎng)建設(shè)合理規(guī)模的科學(xué)量化研究具有現(xiàn)實意義。大規(guī)模同步電網(wǎng)一旦發(fā)生大停電，將嚴(yán)重影響人民生產(chǎn)、生活水平和社會安全，因此本文從大停電風(fēng)險角度分析評價電網(wǎng)合理建設(shè)規(guī)模。

大停電一般表現(xiàn)出連鎖故障的特點，已有文獻主要針對某一固定規(guī)模電網(wǎng)的連鎖故障問題進行研究，研究重點集中在連鎖故障分析模型、大停電事件的預(yù)防及大停電應(yīng)急［1-9］等方面。實際中大電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模是處于不斷發(fā)展變化的狀態(tài)，電網(wǎng)互聯(lián)也是一個逐漸發(fā)展的過程。因此，針對發(fā)展變化中的大電網(wǎng)連鎖故障特點進行研究，預(yù)估未來不同規(guī)模電網(wǎng)的連鎖故障風(fēng)險，為電力部門建設(shè)連鎖故障風(fēng)險小、規(guī)模合理的大電網(wǎng)提供理論支撐顯得尤為必要。

1 大停電風(fēng)險評估理論

風(fēng)險理論是基于概率性方法并考慮系統(tǒng)不確定性因素，將導(dǎo)致災(zāi)害的可能性和這種災(zāi)害的嚴(yán)重度相結(jié)合的一種理論。本文以大型輸電網(wǎng)作為研究對象進行大停電風(fēng)險評估。大電網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險評估有2個關(guān)鍵步驟［10-11］:(1)選擇電網(wǎng)初始狀態(tài)并計算初始狀態(tài)概率;(2)針對選定的電網(wǎng)初始狀態(tài)引起的大停電問題和相應(yīng)解決方法進行分析計算。電網(wǎng)初始狀態(tài)選擇有3種主要方法:狀態(tài)枚舉法、序貫蒙特卡羅模擬法和非序貫蒙特卡羅模擬法［12-15］。大電網(wǎng)元件較多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用狀態(tài)枚舉法進行風(fēng)險評估計算量極大，采用序貫蒙特卡羅模擬法則難以獲取元件狀態(tài)持續(xù)時間的分布參數(shù)，本文采用非序貫蒙特卡羅模擬法進行大停電風(fēng)險評估。

2 大停電風(fēng)險評價指標(biāo)體系

2.1 大停電風(fēng)險評價體系

風(fēng)險評估理論中，電網(wǎng)大停電風(fēng)險為大停電發(fā)生的概率和停電后果嚴(yán)重度之積［16］。大停電發(fā)生的概率是指某一網(wǎng)架的大停電事件所發(fā)生的概率，通過大停電風(fēng)險計算模型獲得;停電后果嚴(yán)重度是指由停電事故所造成損失的嚴(yán)重程度，包括影響范圍、停電時間、停電損失3個方面。大停電事故的影響范圍主要依據(jù)停電地理面積、影響人口數(shù)量和停電變電站個數(shù)、損失線路個數(shù)等進行量化計算;停電時間是指電網(wǎng)大停電事故發(fā)生開始到全部負(fù)荷恢復(fù)供電的時間;停電損失包括損失負(fù)荷量和損失電量。電網(wǎng)合理建設(shè)規(guī)模安全性評價指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)大停電風(fēng)險評估指標(biāo)體系Fig.1 Power grid blackout risk assessment index system

2.2 大停電風(fēng)險量化計算方法

2.2.1 大停電風(fēng)險指標(biāo)評估標(biāo)準(zhǔn)

(1)大停電標(biāo)準(zhǔn)。本文主要研究大型區(qū)域大電網(wǎng)，根據(jù)《國家處置電網(wǎng)大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》及《國家電網(wǎng)公司處置電網(wǎng)大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》規(guī)定，本文定義大停電事故為大型區(qū)域電網(wǎng)減供負(fù)荷達到事故前總負(fù)荷的10%及以上的停電事件。

(2)影響范圍、停電損失指標(biāo)計算標(biāo)準(zhǔn)。停電面積、影響人口、停電變電站個數(shù)、開斷線路條數(shù)、損失負(fù)荷量、損失電量基準(zhǔn)值通過所研究電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)獲得，通過電網(wǎng)仿真計算得到大停電發(fā)生時相應(yīng)指標(biāo)的故障數(shù)據(jù)，通過故障數(shù)據(jù)除以基準(zhǔn)值對數(shù)據(jù)進行無量綱處理。

(3)停電時間計算標(biāo)準(zhǔn)。通過對近幾十年國內(nèi)外的大停電事件的停電時間和損失負(fù)荷的數(shù)據(jù)進行整理、歸納，見表1，得到停電時間與損失負(fù)荷之間為階梯型反比關(guān)系。在0.000 3 h/MW至0.000 4 h/MW的范圍之內(nèi)，可以擬合得到停電時間與損失負(fù)荷的分段函數(shù)，由此可以通過仿真結(jié)果得到大停電的平均損失負(fù)荷，從而推測出停電時間。

表1 國內(nèi)外幾次典型大停電事件Tab.1 Several typical power grid blackout events

2.2.2 大停電風(fēng)險計算方法

根據(jù)大停電風(fēng)險指標(biāo)體系，考慮大停電發(fā)生的概率和后果嚴(yán)重度，利用式(1)、(2)計算大停電風(fēng)險值:

式中:r為大停電發(fā)生的風(fēng)險值;pi為第i次大停電事件的發(fā)生概率;si為第i次大停電發(fā)生的后果嚴(yán)重度;m11為第i次故障時停電范圍;m12為第i次故障時影響人口;m13為第i次故障時停電變電站個數(shù);m14為第i次故障時停電線路回數(shù);m2為第i次故障時停電時間;m31為第i次故障時損失負(fù)荷量，m32為第i次故障時損失電量;k1、k2、k3、k11、k12、k13、k14、k31、k32為指標(biāo)體系中相應(yīng)各層指標(biāo)的權(quán)重向量，由層次分析法計算得到。

3 不同規(guī)模電網(wǎng)大停電風(fēng)險計算模型

本文通過3種電網(wǎng)基本接線單元構(gòu)造不同接線模式下電網(wǎng)的發(fā)展變化模型，通過指標(biāo)體系計算得到不同規(guī)模電網(wǎng)的大停電風(fēng)險。由于問題的復(fù)雜性，使得大停電風(fēng)險的準(zhǔn)確數(shù)值計算成為世界范圍內(nèi)的難題，本文建立的指標(biāo)體系和大停電風(fēng)險計算模型是對大停電風(fēng)險的估算。

3.1 不同接線模式下電網(wǎng)發(fā)展變化模型

500kV及以上電壓等級電網(wǎng)接線簡潔，可以劃分為若干個簡單接線結(jié)構(gòu)。統(tǒng)計國內(nèi)外大型輸電網(wǎng)電氣接線圖的基本接線結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 各國大型輸電網(wǎng)基本接線結(jié)構(gòu)Tab.2 Large transmission power network basic wiring structure

由表2可見，大電網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)主要包括4種接線方式:三邊形、四邊形、多邊形和鏈?zhǔn)?。由于大多?shù)電網(wǎng)采用三邊形、四邊形、多邊形接線方式生成，因此本文采用三邊形接線、四邊形接線、多邊形接線模式生成電網(wǎng)，并使用逐步倒推法構(gòu)造電網(wǎng)發(fā)展變化模型［17］。

根據(jù)上述特點提取電網(wǎng)地理接線的主要元件形成電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成原則主要有以下幾點:

(1)按照不同接線結(jié)構(gòu)用雙回線連接拓?fù)鋱D上位置相鄰的節(jié)點，保留電力流向通道，確保線路之間無交叉;

(2)確保網(wǎng)絡(luò)潮流收斂和線路無過載，重要通道滿足“N－2”原則;

(3)確保網(wǎng)絡(luò)滿足“N－1”原則、暫態(tài)穩(wěn)定校驗，如果有交流電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)直流接入，需要進行直流單極閉鎖網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)穩(wěn)定性校驗。其中，暫態(tài)穩(wěn)定性校驗包括功角穩(wěn)定判別、電壓穩(wěn)定判別。

然后，形成3種冗余網(wǎng)絡(luò)，在計算各支路潮流后按照式(3)和式(4)計算各線路有效性指標(biāo)En，之后選擇有效性最低(即Em)線路按照逐步倒推法削減線路，形成不同規(guī)模電網(wǎng)。有效性指標(biāo)是計算各個待選線路與載流的函數(shù)，投資小、載流多的線路為效率高線路，其計算公式為

式中:Pn為待選線路n有功潮流;Cn為線路n的建設(shè)投資［17］。

最后，按照指標(biāo)體系計算方法計算不同規(guī)模下電網(wǎng)的大停電風(fēng)險。

3.2 不同接線模式下電網(wǎng)風(fēng)險計算方法

3種接線模式計算方法步驟一致。以三邊形接線模式為例進行詳細(xì)說明，具體步驟如下。

第一步:確定網(wǎng)架節(jié)點數(shù)據(jù)和分布情況，按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成原則，形成各個節(jié)點與拓?fù)鋱D上相鄰節(jié)點雙回線三邊接的冗余網(wǎng)架，確保同一網(wǎng)架所有線路之間沒有交叉。

第二步:確定線路長度和相應(yīng)電氣數(shù)據(jù)，輸入matpower格式數(shù)據(jù)，設(shè)定電源節(jié)點、平衡節(jié)點、負(fù)荷節(jié)點。調(diào)整節(jié)點無功補償和變電站間接線，使網(wǎng)絡(luò)滿足潮流收斂、“N－1”原則、暫態(tài)穩(wěn)定校驗和短路電流約束，重要通道確保滿足“N－2”原則。如果交流網(wǎng)絡(luò)有直流接入，也需要進行直流單極閉鎖網(wǎng)架暫態(tài)穩(wěn)定校驗。然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元件故障率數(shù)據(jù)，用非序貫蒙特卡羅模擬法選定網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)，計算潮流;如果有線路流過功率越限或者節(jié)點電壓越限，斷開線路和節(jié)點;重新計算斷開后網(wǎng)絡(luò)的潮流，重復(fù)上述流程，至斷開后殘余網(wǎng)絡(luò)所有線路流過功率、節(jié)點電壓滿足要求或者殘余網(wǎng)絡(luò)崩潰為止。統(tǒng)計并輸出此冗余電網(wǎng)發(fā)生大停電的概率和大停電連鎖故障風(fēng)險值。

第三步:使用逐步倒推法形成新的冗余網(wǎng)架，具體步驟如下。

(1)計算網(wǎng)絡(luò)支路潮流。按照公式(3)和(4)計算冗余網(wǎng)架各條線路有效性指標(biāo)。

(2)去除有效性最低的線路回路。如果線路去除后會引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳贿B通，需保留此線路，并重新選擇有效性較低的線路。

(3)形成新的網(wǎng)架后重新計算潮流，如果滿足“N－1”原則、暫態(tài)穩(wěn)定校驗，輸出新網(wǎng)絡(luò)，否則轉(zhuǎn)步驟(2)。

第四步:形成新的冗余網(wǎng)架后，用非序貫蒙特卡羅模擬法選定新冗余網(wǎng)架初始故障，計算潮流;如果有線路流過功率越限或者節(jié)點電壓越限，斷開線路和節(jié)點;重新計算斷開后網(wǎng)架的潮流，重復(fù)上述流程，至斷開后殘余網(wǎng)架所有線路流過功率、節(jié)點電壓滿足要求或者殘余網(wǎng)架崩潰為止。統(tǒng)計并輸出此冗余網(wǎng)架發(fā)生大停電的概率和大停電連鎖故障風(fēng)險值。

第五步:繼續(xù)按照逐步倒推法削減線路形成冗余網(wǎng)架并計算冗余網(wǎng)架發(fā)生大停電的概率和大停電連鎖故障風(fēng)險值，最終當(dāng)新形成的冗余網(wǎng)架無法滿足“N－1”原則、暫態(tài)穩(wěn)定校驗時停止計算，輸出所有結(jié)果。

上述模型計算流程圖如圖2所示。

圖2 大停電風(fēng)險計算流程圖Fig.2 Flow chart of blackout riskcalculation

4 算例分析

下面以IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)對模型進行驗證，并使用此模型對我國某遠景規(guī)劃特高壓輸電網(wǎng)進行分析。

4.1 算例1

IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)4節(jié)點系統(tǒng)接線圖和基本數(shù)據(jù)如圖3和表3所示。

圖3 IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)接線圖Fig.3 Wiring diagram of IEEE-14 bus system

表3 IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)Tab.3 Data of IEEE-14 bus system

根據(jù)國家電力監(jiān)管委員會電力可靠性管理中心發(fā)布的數(shù)據(jù)，參考近5年我國相同電壓等級電網(wǎng)元件的故障概率平均值，確定元件故障概率如表4所示。

表4 IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)元件故障概率Tab.4 Element failure probability of IEEE-14 bus system

通過計算，確定各層子指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)向量為A=(0.338 1，0.194 7，0.467 2);A1=(0.134 4，0.414 2，0.182 1，0.269 1);A3=(0.412 6，0.587 4)。

3種模式下大停電風(fēng)險計算步驟完全一致，以下針對三邊形接線模式下停電風(fēng)險計算結(jié)果及網(wǎng)絡(luò)變化情況做進一步的說明。

4.1.1 三邊形接線模式

建立三邊接線模式下的初始冗余網(wǎng)絡(luò)，并利用逐步倒推法得到滿足收斂校驗、“N－1”校驗的最簡拓?fù)?，如圖4所示。

圖4 IEEE－14節(jié)點系統(tǒng)三邊接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)初始、最簡拓?fù)鋱DFig.4 Initial，simplest topology of redundant network in three side wiring mode of IEEE-14 bus system

三邊形接線模式下，初始冗余網(wǎng)絡(luò)共62回線路，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.010 29，即電網(wǎng)發(fā)生減供負(fù)荷大于10%停電的風(fēng)險值為0.010 29。逐步倒推法削減線路至21回線時，電網(wǎng)冗余度減小到臨界點，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定度下降，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值開始逐漸升高;削減線路至17回線時，經(jīng)校驗，網(wǎng)絡(luò)滿足收斂校驗、“N－1”校驗，此時仿真結(jié)果顯示，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.069 62。當(dāng)電網(wǎng)進一步削減線路時，不滿足“N－1”校驗和潮流收斂校驗。三邊接線模式下不同網(wǎng)架線路回數(shù)對應(yīng)的停電風(fēng)險如圖5所示。

圖5 IEEE－14節(jié)點系統(tǒng)三邊接線模式下停電風(fēng)險Fig.5 Blackout risk of three side wiring mode of IEEE-14 bus system

4.1.2 四邊形及多邊形接線模式

圖6為四邊極限模式下冗余網(wǎng)絡(luò)和最簡網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。四邊形接線模式下，初始冗余網(wǎng)絡(luò)共44回線路，經(jīng)計算，此時電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.011 64。逐步倒推法削減線路至24回時，停電風(fēng)險值為0.013 5。隨著冗余網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)削減線路，停電風(fēng)險值逐漸升高，削減線路至19回線時，網(wǎng)絡(luò)仍滿足收斂校驗、“N－1”校驗，此時仿真結(jié)果顯示，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.078 8。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進一步削減線路時，不滿足“N－1”校驗、潮流收斂校驗。

圖6 IEEE－14節(jié)點系統(tǒng)四邊接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)初始、最簡拓?fù)鋱DFig.6 Initial，simplest topology of redundant network in four side wiring mode of IEEE-14 bus system

圖7 為多邊接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)和最簡網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D為多邊形接線模式下，初始冗余網(wǎng)絡(luò)共38回線路，經(jīng)計算，此時電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.011 34。隨著冗余網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)削減線路，電網(wǎng)發(fā)生停電的概率逐漸升高，削減線路至19回線時，網(wǎng)絡(luò)仍滿足收斂校驗、“N－1”校驗，此時仿真結(jié)果顯示，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.109 78。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進一步削減線路時，不滿足“N－1”校驗、潮流收斂校驗。

圖7 IEEE－14節(jié)點系統(tǒng)多邊接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)初始、最簡拓?fù)鋱DFig.7 Initial，simplest topology of redundant network in polygonwiring mode of IEEE-14 bus system

4.1.3 3種接線模式下停電風(fēng)險

圖8顯示了3種接線模式下不同回路時的停電風(fēng)險。如圖8所示，3種接線模式下網(wǎng)絡(luò)處于同樣數(shù)量線路回數(shù)時，仿真結(jié)果顯示網(wǎng)架發(fā)生大停電風(fēng)險值排序依次是多邊形接線、四邊形接線、三邊形接線模式。IEEE－14節(jié)點網(wǎng)架由5個三邊形接線和2個多邊形接線構(gòu)成混合接線模式，綜合三種模式的數(shù)據(jù)可見，原網(wǎng)架大停電風(fēng)險值位于三邊形接線模式和多邊形接線模式大停電風(fēng)險值曲線之間，這表明原網(wǎng)架大停電風(fēng)險值位于2種模式之間，這一結(jié)果符合實際情況。

圖8 IEEE－14節(jié)點系統(tǒng)3種接線模式下停電風(fēng)險Fig.8 Blackout risk of three wiring modes of IEEE-14 bus system

4.2 算例2

某未來規(guī)劃的大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)拓?fù)鋱D及計算參數(shù)如圖9和表5～6所示。

通過計算，確定各層子指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)向量為A=(0.208 2，0.314 5，0.477 3);A1=(0.154 0，0.314 3，0.172 2，0.359 2);A3=(0.443 8，0.556 2)。

表5 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)Tab.5 Data of a large power grid transmission system

表6 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)元件故障概率Tab.6 Element failure probability of a large power gird transmission system

圖9 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig.9 A large power grid transmission system topolog y

根據(jù)某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)及參數(shù)，通過仿真計算3種網(wǎng)絡(luò)模式下發(fā)生大停電風(fēng)險數(shù)據(jù)在下文中給出。

4.2.1 三邊形接線模式

根據(jù)模型建立原則，得到三邊形接線初始冗余網(wǎng)絡(luò)如圖10所示;根據(jù)削減線路原則使用逐步倒推法得到三邊形接線最簡網(wǎng)絡(luò)如圖11所示。

圖10 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)三邊形接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)初始拓?fù)鋱DFig.10 Initial topology of redundant network in three side wiring mode of a large power grid transmission system

由圖12可見，三邊形接線模式下，初始冗余網(wǎng)絡(luò)共238回線路，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.003 2。冗余網(wǎng)架削減線路到142回線時，電網(wǎng)冗余度減小臨到界點，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定度下降，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值開始逐漸升高;削減線路至138回線路時，經(jīng)校驗，網(wǎng)絡(luò)滿足潮流收斂校驗、“N－1”校驗，此時仿真結(jié)果顯示，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.057 8。當(dāng)冗余電網(wǎng)進一步削減線路時，電網(wǎng)不滿足“N－1”校驗和潮流收斂校驗。

圖12 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)三邊形接線模式大停電風(fēng)險Fig.12 Blackoutrisk of three side wiring mode of a large power grid transmission system

4.2.2 四邊形及多邊形接線模式

四邊形接線模式下，初始冗余網(wǎng)絡(luò)共170回線路，如圖13所示。利用逐步倒推法削減線路到143回時，此時電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.014 4。隨著冗余網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)削減線路，大停電風(fēng)險值逐漸升高，削減線路至140回線路時，網(wǎng)絡(luò)依舊滿足收斂校驗、“N－1”校驗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進一步削減線路時，不滿足“N－1”校驗、潮流收斂校驗。

多邊形接線模式下，初始冗余網(wǎng)絡(luò)共154回線路，如圖14所示。冗余網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)削減線路，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值逐漸升高，削減線路至140回線路時，網(wǎng)絡(luò)依舊滿足潮流收斂校驗、“N－1”校驗，此時仿真結(jié)果顯示，電網(wǎng)發(fā)生大停電風(fēng)險值為0.066 9。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進一步削減線路時，不滿足“N－1”校驗。

圖13 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)四邊接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)初始、最簡拓?fù)鋱DFig.13 Initial，simplest topology of redundant network in four side wiring mode of a large power grid transmission system

4.2.3 3種接線模式下大停電風(fēng)險

圖15顯示，3種接線模式中特高壓網(wǎng)絡(luò)處于相同的回路數(shù)時，網(wǎng)架發(fā)生大停電風(fēng)險值從大到小排序依次是多邊形接線、四邊形接線、三邊形接線模式。

其中，3種模式下大停電概率變化趨勢一致，以三邊形接線模式為例，初始冗余網(wǎng)絡(luò)大停電風(fēng)險值為0.003 2，隨著冗余網(wǎng)架冗余度降低，大停電風(fēng)險值緩慢增大，一直保持在0.003 2～0.008 2，計算結(jié)果顯示，此時電網(wǎng)百年內(nèi)大停電概率為0.881～1.523，處于可接受范圍。當(dāng)冗余網(wǎng)架線路回路數(shù)減少到142回線路時，電網(wǎng)百年內(nèi)大停電概率為3.668，相應(yīng)的大停電風(fēng)險值達到0.017 1，此時網(wǎng)架大停電概率已經(jīng)偏高。此后隨著冗余網(wǎng)架繼續(xù)削減線路，大停電風(fēng)險值迅速變大，最終削減線路至138回時，電網(wǎng)百年內(nèi)大停電概率為8.754，相應(yīng)的大停電風(fēng)險值高達0.058。其他2種模式情況類似。

圖14 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)多邊接線模式下冗余網(wǎng)絡(luò)初始、最簡拓?fù)鋱DFig.14 Initial，simplest topology of redundant network in polygonwiring mode of a large power grid transmission system

圖15 某大電網(wǎng)輸電系統(tǒng)3種接線模式大停電發(fā)生風(fēng)險Fig.15 Blackoutrisk of three wiring modes of a large power grid transmission system

5 結(jié)論

(1)基于電網(wǎng)實際接線提出3種基本接線結(jié)構(gòu)單元，形成初始冗余網(wǎng)架。采用逐步倒推法選擇待選線路削減網(wǎng)架線路，形成3種接線模式下電網(wǎng)生長變化模型。根據(jù)電網(wǎng)生長變化模型建立不同接線模式下不同規(guī)模電網(wǎng)的大停電風(fēng)險計算模型，對電網(wǎng)合理規(guī)模進行了動態(tài)評價，經(jīng)過IEEE-14節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)驗證，此模型能科學(xué)有效地分析計算大電網(wǎng)不同規(guī)模下大停電風(fēng)險。

(2)使用建立的模型對某大型同步電網(wǎng)建設(shè)合理規(guī)模進行了研究。通過計算可知三邊形、四邊形、多邊形接線模式下，當(dāng)線路回數(shù)分別小于142、143、144時，大停電風(fēng)險值隨線路回數(shù)減少成指數(shù)遞增，百年內(nèi)大停電概率為3.668、4.467、5.901，電網(wǎng)規(guī)模不合理。實際電網(wǎng)為3種接線模式混合電網(wǎng)，所以合理規(guī)模電網(wǎng)的線路回數(shù)應(yīng)大于142～144，相應(yīng)的線路長度應(yīng)大于35 696～36 136 km。某大型輸電網(wǎng)規(guī)劃網(wǎng)架共有線路146回，線路總長度為36 429 km，電網(wǎng)線路回數(shù)、輸電線路長度均處于合理范圍之內(nèi)。

(3)此外，大停電計算方法與模型是一個難題，對大停電風(fēng)險值的精確計算方法還需要進一步深入研究。本研究是針對具有固定數(shù)目、固定位置節(jié)點的電網(wǎng)進行的，后續(xù)可以采用更精細(xì)的模型針對節(jié)點數(shù)目、位置變動電網(wǎng)進行研究。

［1］李蓉蓉，張曄，江全元.復(fù)雜電力系統(tǒng)連鎖故障的風(fēng)險評估［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(10):18-23.

［2］鄧慧瓊.電網(wǎng)連鎖故障預(yù)測分析方法及其應(yīng)用研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2007.

［3］劉楊.輸電系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險評估［D］.上海:上海交通大學(xué)，2011.

［4］薛禹勝，謝云云，文福拴，等.關(guān)于電力系統(tǒng)相繼故障研究的評述［J］.電力系統(tǒng)自動化，2013，37(19):1-10.

［5］艾欣，崔明勇，雷之力.電力系統(tǒng)連鎖故障研究綜述［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，35(6):44-51.

［6］王梅義，吳竟昌，蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，1995.

［7］胡學(xué)浩.美加聯(lián)合電網(wǎng)大面積停電事故的反思和啟示［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(9):T2-T6.

［8］印永華，郭劍波，趙建軍.美加“8.14”大停電事故初步分析以及應(yīng)吸取的教訓(xùn)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(10):8-11.

［9］薛禹勝.現(xiàn)代電網(wǎng)穩(wěn)定理論和分析技術(shù)的研究方向［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24(7):1-6.

［10］舒印彪，張文亮，周孝信，等.特高壓同步電網(wǎng)安全性評估［J］.中國電機工程學(xué)報，2007，27(34):1-7.

［11］肖峻，崔艷妍，王建民，等.配電網(wǎng)規(guī)劃的綜合評價指標(biāo)體系與方法［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008，31(15):36-40.

［12］張文亮，周孝信，印永華，等.華北－華中－華東特高壓同步電網(wǎng)構(gòu)建和安全性分析［J］.中國電機工程學(xué)報，2010，30(16):1-5.

［13］魯宗相.電網(wǎng)復(fù)雜性及大停電事故的可靠性研究［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，29(12):93-97.

［14］Wang H，Thorp J S.Optimal locations for protection system enhancement:asimulation of cascading outages［J］.IEEE Transactions on Power Systems，2001，16(4):528-533.

［15］易俊，周孝信.考慮系統(tǒng)頻率特性以及保護隱性故障的電網(wǎng)連鎖故障模型［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30(14):1-5.

［16］丁明，韓平平.小世界電網(wǎng)的連鎖故障傳播機理分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2007，31(18):6-10.

［17］余洋洋.電網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險評估方法研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2008.