無功電壓特性對連鎖故障的影響分析

劉 巍，黃少偉，姚 銳，雷俊哲

(1．國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州410100; 2．電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)電機(jī)系，北京100084)

無功電壓特性對連鎖故障的影響分析

劉 巍1，黃少偉2，姚 銳2，雷俊哲1

(1．國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州410100; 2．電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)電機(jī)系，北京100084)

大量連鎖故障和大停電事故表明，無功電壓特性在連鎖故障發(fā)展過程中具有重要作用。為了具體研究無功電壓特性和相關(guān)動(dòng)態(tài)在連鎖故障中的作用，本文分別建立了基于交流潮流的連鎖故障模型(AC-CFM)和基于直流潮流的連鎖故障模型(DC-CFM)，通過比較連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果和相關(guān)影響因素，分析無功電壓特性對連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的具體影響。IEEE-30系統(tǒng)和河南實(shí)際系統(tǒng)算例仿真表明無功電壓特性在連鎖故障后期對連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)具有重要的影響，同時(shí)電壓崩潰的風(fēng)險(xiǎn)不可忽略。

連鎖故障;無功電壓;風(fēng)險(xiǎn)評估;電壓崩潰

1 引言

近年來，世界范圍內(nèi)發(fā)生了多次大停電事故［1-4］，造成了嚴(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)損失。電網(wǎng)大停電事故大多是由連鎖故障而導(dǎo)致的。電力系統(tǒng)連鎖故障中除了有元件的級聯(lián)開斷外，還伴隨著系統(tǒng)失穩(wěn)、解列等過程［5，6］，并最終引發(fā)大規(guī)模停電。由于連鎖故障和大停電威脅到社會經(jīng)濟(jì)的安全運(yùn)行，因此進(jìn)行連鎖故障相關(guān)研究意義重大［7，8］。

由于連鎖故障過程中包含了大量隨機(jī)事件，因此提出了基于蒙特卡洛模擬和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算的連鎖故障模型(Cascading Failure Model，CFM)［9］，目前較為常用的CFM包括基于直流潮流的OPA模型及其改進(jìn)模型［10］，以及基于交流潮流的Manchester模型［11］等。

事實(shí)上，無功電壓特性及相關(guān)過程在連鎖故障過程中往往起到非常重要的作用。在連鎖故障發(fā)展到一定階段后，常常伴隨電壓下降和穩(wěn)定裕度降低，而電壓穩(wěn)定問題又會進(jìn)一步加劇系統(tǒng)負(fù)載，更易引起其他元件的過載［12，13］。因此在連鎖故障模擬中考慮無功電壓特性是非常重要的。

在連鎖故障初期，系統(tǒng)電壓往往與額定值相差不大，因此可以考慮采用基于直流潮流的連鎖故障模型(DC-CFM)來加快計(jì)算速度。本文將重點(diǎn)研究連鎖故障中無功電壓特性的作用，通過在連鎖故障不同階段中比較DC-CFM和基于交流潮流的連鎖故障模型(AC-CFM)的模擬結(jié)果，比較兩種模型的連鎖故障模擬和風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果，進(jìn)而分析無功電壓特性對連鎖故障的影響，評判直流潮流連鎖故障模型的適用條件，為連鎖故障建模提供模型有效性分析方面的指導(dǎo)。

2 連鎖故障相關(guān)過程建模

連鎖故障的發(fā)生和發(fā)展與很多因素密切相關(guān)，如負(fù)荷、支路跳閘和調(diào)度員操作等［10，11］，為了建立連鎖故障模型，首先需要對這些相關(guān)過程進(jìn)行合理的建模。

2.1 負(fù)荷變化

連鎖故障的發(fā)展過程與風(fēng)險(xiǎn)受到負(fù)荷水平的影響，同時(shí)負(fù)荷水平會直接影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。因此，由于實(shí)際系統(tǒng)中初始故障發(fā)生時(shí)刻各不相同，本文模擬連鎖故障發(fā)生時(shí)的負(fù)荷水平也是不同的，仿照文獻(xiàn)［8］中的做法，將系統(tǒng)負(fù)荷和發(fā)電功率乘以一個(gè)［0．7，1．4］區(qū)間中平均分布的隨機(jī)數(shù)λ，作為每輪連鎖故障模擬的起始狀態(tài)。

2.2 支路跳閘模擬

連鎖故障過程中，支路j的跳閘概率與其負(fù)載率rj密切相關(guān)。在連鎖故障模擬中，建立支路負(fù)載率與跳閘概率之間的函數(shù)關(guān)系，如圖1所示。對應(yīng)于實(shí)際系統(tǒng)中不同的跳閘誘因，將該關(guān)系按照負(fù)載率分為如下幾段。

圖1 支路跳閘概率與負(fù)載率的關(guān)系Fig．1 Relationship between branch outage probability and its loading rate

2.2.1 隱故障段

圖1中I段表示支路負(fù)載率處于限值以下時(shí)，支路可能以一個(gè)很小的概率pH發(fā)生跳閘，跳閘的具體原因可能包括繼電保護(hù)裝置設(shè)置不當(dāng)或出現(xiàn)故障，或者特殊天氣條件下支路發(fā)生閃絡(luò)等。從圖1中看，該段代表支路在負(fù)載率區(qū)間內(nèi)以概率pH跳閘代表支路的長期運(yùn)行負(fù)載率限值，一般為1附近的數(shù)值。

2.2.2 過熱慢速跳閘段

2.2.3 保護(hù)跳閘段

需要注意的是，AC-CFM中負(fù)載率用支路視在功率計(jì)算，而DC-CFM則用支路有功功率計(jì)算。由于實(shí)際系統(tǒng)中支路視在功率限值大多給定，在用兩種模型對同一系統(tǒng)進(jìn)行模擬時(shí)，設(shè)置每一條支路的有功功率限值，使得基態(tài)潮流下DC-CFM和ACCFM的支路負(fù)載率相同，從而使兩種模型可比。

2.3 電壓崩潰模擬

電壓崩潰現(xiàn)象只能在基于交流潮流的系統(tǒng)中模擬。從潮流的角度看，電壓崩潰對應(yīng)于潮流方程無解的情形，在本模型中，若潮流不收斂，即認(rèn)為發(fā)生了電壓崩潰，停止連鎖故障模擬并將當(dāng)前全網(wǎng)負(fù)荷計(jì)入負(fù)荷損失。

2.4 消除過載的調(diào)度員操作模擬

2.4.1 交流連鎖故障模型中的調(diào)度員模擬

當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)支路過載時(shí)，調(diào)度員可以通過調(diào)整系統(tǒng)中的發(fā)電功率或者切除一定量的負(fù)荷以消除過載，并使切負(fù)荷量最小。該過程可以建立為一個(gè)最優(yōu)潮流(OPF)模型:

計(jì)算中交流OPF可能不收斂，這與實(shí)際系統(tǒng)中調(diào)度員往往無法保證一次完全消除過載的現(xiàn)實(shí)情況對應(yīng)。因此為了更好地表征實(shí)際系統(tǒng)調(diào)度的情況，并處理優(yōu)化模型不收斂的問題，本文中若式(1)沒有正確求出最優(yōu)解，則將式(1)中過載線路j對應(yīng)的潮流約束項(xiàng)進(jìn)行松弛:

同時(shí)在目標(biāo)函數(shù)中加入松弛懲罰項(xiàng)，即:

這樣就可以保證優(yōu)化模型有可行解，通過將潮流約束懲罰項(xiàng)系數(shù)cL取為較大的數(shù)值，可以減小對潮流約束的違背程度，從而降低過載程度。

2.4.2 直流連鎖故障模型中的調(diào)度員模擬

在直流潮流模型下，模擬調(diào)度員操作可以建立為如下的OPF模型:

3 連鎖故障模型

在第2節(jié)連鎖故障相關(guān)因素建模的基礎(chǔ)上，分別搭建DC-CFM和AC-CFM，并使兩種模型在流程方面盡量相似，以便使兩種模型的計(jì)算結(jié)果具有可比性。圖2為連鎖故障模型的流程圖，該連鎖故障模擬過程包含內(nèi)外兩層循環(huán)。內(nèi)層循環(huán)為連鎖故障過程模擬流程，包含初始故障后的連鎖故障過程和模擬調(diào)度員控制。連鎖故障過程中可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)解列的情況，選取節(jié)點(diǎn)數(shù)最多的含發(fā)電機(jī)的子網(wǎng)繼續(xù)進(jìn)行連鎖故障模擬，若子網(wǎng)沒有平衡節(jié)點(diǎn)，則將容量最大的發(fā)電節(jié)點(diǎn)指定為平衡節(jié)點(diǎn)。若模擬中沒有線路開斷，則認(rèn)為連鎖故障過程結(jié)束，統(tǒng)計(jì)損失負(fù)荷、故障數(shù)量等指標(biāo)。若連鎖故障模擬中潮流不收斂，則代表系統(tǒng)電壓崩潰，結(jié)束本輪連鎖故障模擬，并認(rèn)為系統(tǒng)損失所有當(dāng)前負(fù)荷。

圖2 連鎖故障模型流程圖Fig．2 Flowchart of cascading failure model

上述一個(gè)完整的連鎖故障模擬過程稱為“一天”，則進(jìn)行若干天的連鎖故障模擬構(gòu)成了本連鎖故障模型流程的外層循環(huán)。經(jīng)過若干天的連鎖故障模擬，可以對連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便深入分析系統(tǒng)連鎖故障特性。

至此，完成了連鎖故障模型搭建。AC-CFM和DC-CFM兩種模型的流程基本一致，而僅僅在無功電壓特性方面具有差別。AC-CFM能夠計(jì)算系統(tǒng)的無功和電壓，潮流無解則對應(yīng)電網(wǎng)電壓崩潰，同時(shí)調(diào)度員控制模擬由交流OPF表示。而DC-CFM則僅計(jì)算各節(jié)點(diǎn)相角以及有功潮流分布，不能表示無功電壓特性，也不能夠模擬連鎖故障中可能出現(xiàn)的電壓崩潰，同時(shí)調(diào)度員控制模擬則由直流OPF來代替。通過兩種模擬結(jié)果的對比，可分析無功電壓特性對連鎖故障的影響。

4 算例分析

4.1 IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析

IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中有30個(gè)節(jié)點(diǎn)、6臺發(fā)電機(jī)和41條支路。在連鎖故障元件開斷模擬中，設(shè)定隱故障概率pH=0.01，p0=0.8，繼電保護(hù)拒動(dòng)概率pR=0.002。每條線路為［0.9，1.05］區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)為［1.8，2.4］區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)。在模擬調(diào)度員操作模型中，設(shè)定系數(shù)cg= 1，cd=100，cL=500。

分別用AC-CFM和DC-CFM對IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行2000天連鎖故障模擬，并統(tǒng)計(jì)連鎖故障過程中的線路開斷數(shù)、負(fù)荷損失期望EDNS［14］，以及風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值VaR，條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值CVaR［8］等，如表1所示，其中VaR和CVaR均取置信概率參數(shù)為0.95。負(fù)荷損失分布如圖3所示。

表1 IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對比Tab.1 Cascading failure metrics comparison in IEEE-30 system

圖3 IEEE-30系統(tǒng)負(fù)荷損失分布對比Fig．3 Load lost distribution comparison in IEEE-30 system

從表1和圖3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，AC-CFM得到的結(jié)果在損失負(fù)荷期望EDNS指標(biāo)、平均線路開斷數(shù)和VaR方面略高于DC-CFM，而CVaR指標(biāo)則遠(yuǎn)高于DC-CFM。這表明兩個(gè)模型在模擬規(guī)模較小的停電事故時(shí)差別并不大，DC-CFM對連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)略有低估;而對于大規(guī)模的停電事故，DC-CFM則明顯低估了這類故障的風(fēng)險(xiǎn)。這說明無功電壓特性在較大規(guī)模故障中起到了不可忽視的作用，因而DC-CFM有一定局限性。

為進(jìn)一步研究兩種模型得到的連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)，將連鎖故障負(fù)荷損失分為兩類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一類為系統(tǒng)受控狀態(tài)下主動(dòng)切除的負(fù)荷，包括調(diào)度員控制切除的負(fù)荷和系統(tǒng)解列后，平衡各子網(wǎng)功率所切除的負(fù)荷，另一類為非受控失負(fù)荷，即系統(tǒng)崩潰損失的負(fù)荷。失負(fù)荷分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 失負(fù)荷分類統(tǒng)計(jì)Tab．2 Statistics of load lost by categories

由表2可見，兩種模型的可控失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)比較一致，除VaR指標(biāo)差別稍大(約8%)外，EDNS指標(biāo)和CVaR指標(biāo)的差別都很小，說明在可控失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)評估方面，DC-CFM能夠達(dá)到較好的準(zhǔn)確度。由于DC-CFM中沒有系統(tǒng)崩潰問題，因而不存在這一部分負(fù)荷損失，連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)將被低估。特別地，盡管EDNS和VaR結(jié)果表明大部分情形下崩潰失負(fù)荷量都較小，大規(guī)模停電事件對平均風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)程度有限，但CVaR指標(biāo)表明極端情況下失負(fù)荷有可能很大。因此，從失負(fù)荷期望的角度去看，DC-CFM對風(fēng)險(xiǎn)僅略有低估，但DC-CFM會顯著低估極端情況下的崩潰失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，因此若要全面地評估連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)，考慮無功電壓特性和電壓崩潰是有必要的。

圖4 連鎖故障過程中系統(tǒng)平均節(jié)點(diǎn)電壓變化Fig．4 Variation of system average voltage during process of cascading failure

此外，由于直流潮流模型基于高壓輕載網(wǎng)絡(luò)的假設(shè)，電壓偏移和網(wǎng)絡(luò)重載都將影響直流潮流模型假設(shè)的有效性。本文希望進(jìn)一步研究連鎖故障過程中系統(tǒng)狀態(tài)的變化規(guī)律，特別是與無功相關(guān)的狀態(tài)量的變化規(guī)律，因此在AC-CFM得到的結(jié)果中選取了一個(gè)典型的連鎖故障過程，圖4為該過程中節(jié)點(diǎn)平均電壓的變化趨勢。

由圖4可見，在連鎖故障發(fā)展前面大部分階段中，系統(tǒng)電壓都處于較高的水平，此時(shí)直流潮流假設(shè)基本得到滿足，DC-CFM能夠?qū)B鎖故障進(jìn)行較為準(zhǔn)確的模擬。而在故障末期，由于電網(wǎng)被嚴(yán)重削弱，系統(tǒng)供電能力嚴(yán)重不足，并出現(xiàn)了嚴(yán)重的電壓穩(wěn)定問題，系統(tǒng)電壓急劇下降，此時(shí)DC-CFM就會出現(xiàn)較大的偏差，也無法準(zhǔn)確地模擬連鎖故障的過程。不過，在連鎖故障的大部分階段中，系統(tǒng)的電壓處在較高的水平且變化不大，同時(shí)支路負(fù)載率較低，DCCFM能夠較好地模擬這個(gè)階段的連鎖故障。

4.2 河南220kV系統(tǒng)

在以IEEE-30標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的對比分析和機(jī)理討論后，下面將本文工作應(yīng)用到實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行分析。采用河南省電網(wǎng)220kV簡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有459個(gè)節(jié)點(diǎn)，82個(gè)發(fā)電節(jié)點(diǎn)以及887條線路。分別利用兩種連鎖故障模型進(jìn)行20000天連鎖故障模擬，得到表3所示的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

表3 河南220kV系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對比Tab．3 Cascading failure metrics comparison in Henan 220kV system

由表3可見，AC-CFM所得到的連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)大于DC-CFM得到的結(jié)果，且AC-CFM評估得到的VaR和CVaR指標(biāo)顯著大于DC-CFM下的結(jié)果，說明較大規(guī)模連鎖故障很大程度上歸因于無功電壓相關(guān)因素。

最后比較一下兩種連鎖故障模型的計(jì)算效率。算例測試平臺參數(shù)為配置Intel Core i5處理器、2GB內(nèi)存的筆記本電腦，程序在Matlab平臺上運(yùn)行。用兩種模型分別在河南系統(tǒng)上仿真20000天，得到運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 兩種連鎖故障模型的計(jì)算時(shí)間對比Tab．4 Calculation time comparison of two models

由表4可見，DC-CFM的計(jì)算速度可以達(dá)到AC-CFM的10倍以上，因此，DC-CFM在計(jì)算效率方面具有明顯的優(yōu)勢?？紤]到DC-CFM在連鎖故障前期階段可以對故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，可以考慮將兩種模型進(jìn)行綜合，或者在DC-CFM中加入對無功電壓特性的估計(jì)，以在保證較好的模擬準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上提高計(jì)算效率。

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)研究了無功電壓特性在連鎖故障過程中的作用，以及其對連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的影響。為此，本文分別建立了基于交流潮流的連鎖故障模型和基于直流潮流的連鎖故障模型，在兩種模型中分別考慮了支路開斷模擬和調(diào)度員消除過載操作模擬。為了使這兩種模型可比，本文中兩種連鎖故障模型的流程基本相同，而其主要差別在于AC-CFM考慮了系統(tǒng)的無功電壓特性，并能夠模擬電壓崩潰事件，同時(shí)兩種模型的調(diào)度員消除過載操作模型也有所不同。

本文用IEEE-30節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)對兩種模型進(jìn)行了比較分析，對比兩種模型得到的風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果和負(fù)荷損失分布，并對連鎖故障過程進(jìn)行詳細(xì)分析。同時(shí)本文利用河南系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證了無功電壓因素對連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的影響，并測試了兩種連鎖故障模型的計(jì)算速度。本文通過算例分析認(rèn)為，DCCFM能夠較好地模擬較小規(guī)模的故障，同時(shí)對失負(fù)荷期望的評估結(jié)果比較準(zhǔn)確，但其在大規(guī)模故障模擬和風(fēng)險(xiǎn)評估方面存在較大偏差，一方面是因?yàn)镈C-CFM不能模擬系統(tǒng)電壓崩潰造成的連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)，另一方面是在故障末期由于系統(tǒng)狀態(tài)偏離，直流潮流的假設(shè)條件不再成立，從而使DC-CFM產(chǎn)生較大的偏差，這說明無功電壓特性在連鎖故障模擬和風(fēng)險(xiǎn)評估中不可忽視。但是從整體上看，DC-CFM在連鎖故障的前期能夠較好地與AC-CFM得到的結(jié)果符合，因而DC-CFM在這一階段可以給出較好的模擬結(jié)果，同時(shí)由于直流潮流模型是線性模型，可以達(dá)到很高的計(jì)算速度，從而大大提高計(jì)算效率。

［1］Vaiman M，Bell K，Chen Y，et al．Risk assessment of cascading outages:Methodologies and challenges［J］．IEEE Transactions on Power Systems，2012，27(2): 631-641．

［2］王梅義 (Wang Meiyi)．大電網(wǎng)事故分析與技術(shù)應(yīng)用(Large grid accident analysis and technology)［M］．北京:中國電力出版社 (Beijing:China Electric Power Press)，2008.232．

［3］Atputharajah A，Saha T K．Power system blackouts-literature review［A］．2009 International Conference on Industrial and Information Systems(ICIIS)［C］．2009.460-465．

［4］石立寶，史中英，姚良忠，等 (Shi Libao，Shi Zhongying，Yao Liangzhong，et al．)．現(xiàn)代電力系統(tǒng)連鎖性大停電事故機(jī)理研究綜述 (A review of mechanism of large cascading failure blackouts of modern power system)［J］．電網(wǎng)技術(shù) (Power System Technology)，2010，34 (3):48-54．

［5］梅生偉，劉鋒，薛安成(Mei Shengwei，Liu Feng，Xue Ancheng)．電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中的半張量積方法(Power system transient analysis method for semi-tensor product)［M］．北京:清華大學(xué)出版社 (Beijing:Tsinghua University Press)，2010．

［6］Kundur P．Power system stability and control［M］．New York:McGraw-hill，1994．

［7］Papic M，Bell K，Chen Y，et al．Survey of tools for risk assessment of cascading outages［A］．2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting［C］．San Diego，USA，2011.1-9．

［8］梅生偉，薛安成，張雪敏 (Mei Shengwei，Xue Ancheng，Zhang Xuemin)．電力系統(tǒng)自組織臨界特性與大電網(wǎng)安全(Power system self-organized criticality safety features and a large grid)［M］．北京:清華大學(xué)出版社(Beijing:Tsinghua University Press)，2009．

［9］Mei Shengwei，Zhang Xuemin，Cao Ming．Power grid complexity［M］．Heidelberg:Springer Press，2011．

［10］Baldick R，Chowdhury B，Dobson I，et al．Initial review of methods for cascading failure analysis in electric power transmission systems［A］．2008 IEEE Power and Energy Society General Meeting［C］．Pittsburgh，USA，2008. 1-8．

［11］Dobson I，Carreras B A，Lynch V E，et al．An initial model fo complex dynamics in electric power system blackouts［A］．Proceedings of the 34th Annual Hawaii International Conference on System Sciences［C］．2001. 710-718．

［12］Rios M A，Kirschen D S，Jayaweera D，et al．Value of security:Modeling time-dependent phenomena and weather conditions［J］．IEEE Power Engineering Review，2002，22(7):53．

［13］US-Canada Power System Outage Task Force．Final report on the August 14，2003 blackout in the United States and Canada［R］．2004．

［14］孫元章，程林，何劍 (Sun Yuanzhang，Cheng Lin，He Jian)．電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性理論(Power system operational reliability theory)［M］．北京:清華大學(xué)出版社(Beijing:Tsinghua University Press)，2012．

Effect of reactive power and voltage characteristics on cascading failures

LIU Wei1，HUANG Shao-wei2，YAO Rui2，LEI Jun-zhe1

(1．Henan Province Electric Power Research Institute，SGCC，Zhengzhou 410100，China; 2．State Key Lab of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipment，Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)

Cascading failures and blackouts in real power systems indicate important role of reactive power and voltage profile in cascading failure process．To study the effect of reactive power and voltage on cascading failure，cascading failure models based on AC power flow(AC-CFM)and DC power flow(DC-CFM)are established respectively．The two models are similar in procedure and related dynamics modeling．The models can be used to simulate cascading failures with same system data，and then to analyze the effect of reactive power and voltage profile by comparing cascading failure characteristics and risk metrics．The two models are tested on IEEE-30 test system and Henan provincial grid system，and the results suggest that reactive power and voltage profile have significant impact on the last phase of cascading failure development as well as risk metrics，in the meantime，the risk of voltage collapse brought by cascading failure cannot be neglected．

cascading failure;reactive power and voltage;risk assessment;voltage collapse

TM732

A

1003-3076(2015)09-0064-06

2014-11-08

國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(51321005)、國家自然科學(xué)基金(51377091)資助項(xiàng)目

劉 巍(1977-)，女，河南籍，高級工程師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、大電網(wǎng)仿真分析等方面的研究;

黃少偉(1985-)，男，福建籍，助理研究員，博士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)建模與仿真，電力系統(tǒng)安全防御(通信作者)。