基于連鎖故障停電的甘肅省電網(wǎng)拓?fù)浞治?/h1>
2015-08-02 03:58:49曹亮靳丹馬志程楊鵬
微型電腦應(yīng)用 2015年1期
曹亮，靳丹，馬志程，楊鵬
基于連鎖故障停電的甘肅省電網(wǎng)拓?fù)浞治?/p>
曹亮，靳丹，馬志程，楊鵬
20世紀(jì)90年代以來，各國(guó)先后發(fā)生了多次大規(guī)模的停電事故，包括國(guó)外美加大停電、國(guó)內(nèi)華東電網(wǎng)事故等，都造成了非常嚴(yán)重的損失。大規(guī)模連鎖停電事故是復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要缺陷，它的預(yù)防以及應(yīng)急處理將減少因?yàn)榇笸ｋ娫斐傻木蘖控?fù)荷損失以及進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)損失。通過對(duì)甘肅電網(wǎng)的拓?fù)湫畔⒌男姓砗秃?jiǎn)化，其基礎(chǔ)上建立一個(gè)針對(duì)連鎖停電事故的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，并分析其發(fā)生大規(guī)模連鎖停電事故的可能性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甘肅省電網(wǎng)存在發(fā)生大規(guī)模連鎖停電事故的隱患。
連鎖性故障；甘肅省電網(wǎng)；拓?fù)浞治?/p>
0 引言
20世紀(jì)90年代以來，各國(guó)先后發(fā)生了多次大規(guī)模的停電事故。例如，1996年8月美國(guó)WSCC電網(wǎng)大停電，影響750萬客戶斷電，損失負(fù)荷3000萬千瓦；2003年8月美國(guó)東北部的大停電，影響5000萬人口和6200萬千瓦的負(fù)荷損失；2006年7月1日，我國(guó)華東電網(wǎng)失穩(wěn)震蕩，負(fù)荷損失380萬千瓦。由此可見，大規(guī)模停電事故的發(fā)生是客觀存在的事實(shí)[1]。
連鎖性故障（Cascading Failure）通常是造成電力系統(tǒng)大停電故障傳播的主要起因。所謂連鎖性故障，指的是這樣一種情況：在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，某一部分的故障會(huì)連續(xù)的觸發(fā)其余部分的故障。連鎖性故障會(huì)發(fā)生很多場(chǎng)景中，諸如電力傳輸網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、金融、人的身體系統(tǒng)等等。在電力網(wǎng)絡(luò)中，連鎖性故障一般的起因是網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)電力元件發(fā)生了故障，導(dǎo)致這個(gè)電力元件完全無法工作或者能夠承擔(dān)的電力負(fù)荷變小。那么原本流向這個(gè)電力元件的負(fù)荷就會(huì)被轉(zhuǎn)嫁到相鄰的電力元件去，而這些相鄰的電力元件可能就會(huì)因此而過載，繼而發(fā)生故障，最終導(dǎo)致故障不斷的連鎖觸發(fā)一片區(qū)域的電力元件全部故障，因而大停電也就發(fā)生了。
雖然大停電是不多見的，但大停電事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，停電的風(fēng)險(xiǎn)不可小視。因此，本文針對(duì)連鎖性故障發(fā)生的可能性，進(jìn)而分析甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文的目標(biāo)是通過對(duì)甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建模和分析，了解和熟悉甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，找到影響發(fā)生連鎖性故障的因素，并在后續(xù)工作中達(dá)到預(yù)防連鎖性故障或者減小連鎖性故障影響的目的。
1 電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)預(yù)處理
甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒂筛拭C省電力公司信息通信公司提供。原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為點(diǎn)線對(duì)形式，在數(shù)據(jù)庫中的表項(xiàng)為[OID，CONNECTIVITYNODEID，CONDUCTING EQUIPMENTID]，CONNECTIVITYNODEID為線節(jié)點(diǎn)，C ONDUCTINGEQUIPMENTID為設(shè)備節(jié)點(diǎn)。原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量極為龐大，總共將近有百萬條點(diǎn)線對(duì)記錄。如果對(duì)這些所有數(shù)據(jù)構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的話，顯然計(jì)算量極為龐大，而且計(jì)算時(shí)間不可接受。因此，需要對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理和簡(jiǎn)化。其中，由于數(shù)據(jù)中實(shí)際有出現(xiàn)線節(jié)點(diǎn)連接多個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的情況，將所有線節(jié)點(diǎn)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)在分析時(shí)不做區(qū)分。
首先，根據(jù)原始的所有點(diǎn)線對(duì)數(shù)據(jù)，我們可以建立一個(gè)最初始的電網(wǎng)模型，即一張圖。這個(gè)電網(wǎng)模型是最真實(shí)的，因?yàn)樗褪菍?shí)際電網(wǎng)的拓?fù)洹５撬贿m合分析，所以需要對(duì)這一初始模型做出一些處理和簡(jiǎn)化。
A Cascading Failure-based Topological Analysis of Gansu Province Power Grid
Cao Liang1, Jin Dan2, Ma Zhicheng2, Yang Peng2
(1. School of Software ,Shanghai Jiao Tong University, Shanghai200240,China; 2. Information And Communication Company, State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou730050,China)
Since the 1990s, numerous large-scale blackouts have occurred successively in many countries, including the 8-14 blackout in USA and Canada, east China power grid accidents, which have brought very serious losses. Large-scale blackouts are an important drawback in complex power grid. Its prevention and emergency treatment will reduce the huge amount of load loss and further economic damage caused by the large-scale blackout. Here the paper build a power grid model for cascading failures based on Gansu province’s power grid topological information which will be preprocessed and simplified. This model is used to analysis the probability of large-scale blackout occurred in Gansu province power grid. The experimental results show that Gansu province power grid exist potential risk for large-scale blackout.
Cascading Failures; Gansu Province Power Grid; Topological Analysis
TP311
A
1007-757X(2015)01-0022-03
國(guó)家電網(wǎng)甘肅電力合作項(xiàng)目（52272313507D）
曹 亮（1989-），男，江蘇，上海交通大學(xué)軟件學(xué)院，碩士研究生，研究方向：智能電網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析，上海，200240
靳 丹（1975-），男，甘肅，國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，教授級(jí)高工，總工程師，研究方向：智能電網(wǎng)，信息技術(shù)，蘭州，730050
馬志程（1969-），男，甘肅，國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，教授級(jí)高工，主任，研究方向：智能電網(wǎng)，自動(dòng)化技術(shù)，蘭州，730050
楊 鵬（1981-），男，甘肅，國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，高級(jí)工程師，研究方向：協(xié)議分析，信息技術(shù)，蘭州，730050
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曹亮，靳丹，馬志程，楊鵬
基于連鎖故障停電的甘肅省電網(wǎng)拓?fù)浞治?/p>
曹亮，靳丹，馬志程，楊鵬
20世紀(jì)90年代以來，各國(guó)先后發(fā)生了多次大規(guī)模的停電事故，包括國(guó)外美加大停電、國(guó)內(nèi)華東電網(wǎng)事故等，都造成了非常嚴(yán)重的損失。大規(guī)模連鎖停電事故是復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要缺陷，它的預(yù)防以及應(yīng)急處理將減少因?yàn)榇笸ｋ娫斐傻木蘖控?fù)荷損失以及進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)損失。通過對(duì)甘肅電網(wǎng)的拓?fù)湫畔⒌男姓砗秃?jiǎn)化，其基礎(chǔ)上建立一個(gè)針對(duì)連鎖停電事故的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，并分析其發(fā)生大規(guī)模連鎖停電事故的可能性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甘肅省電網(wǎng)存在發(fā)生大規(guī)模連鎖停電事故的隱患。
連鎖性故障；甘肅省電網(wǎng)；拓?fù)浞治?/p>
0 引言
20世紀(jì)90年代以來，各國(guó)先后發(fā)生了多次大規(guī)模的停電事故。例如，1996年8月美國(guó)WSCC電網(wǎng)大停電，影響750萬客戶斷電，損失負(fù)荷3000萬千瓦；2003年8月美國(guó)東北部的大停電，影響5000萬人口和6200萬千瓦的負(fù)荷損失；2006年7月1日，我國(guó)華東電網(wǎng)失穩(wěn)震蕩，負(fù)荷損失380萬千瓦。由此可見，大規(guī)模停電事故的發(fā)生是客觀存在的事實(shí)[1]。
連鎖性故障（Cascading Failure）通常是造成電力系統(tǒng)大停電故障傳播的主要起因。所謂連鎖性故障，指的是這樣一種情況：在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，某一部分的故障會(huì)連續(xù)的觸發(fā)其余部分的故障。連鎖性故障會(huì)發(fā)生很多場(chǎng)景中，諸如電力傳輸網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、金融、人的身體系統(tǒng)等等。在電力網(wǎng)絡(luò)中，連鎖性故障一般的起因是網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)電力元件發(fā)生了故障，導(dǎo)致這個(gè)電力元件完全無法工作或者能夠承擔(dān)的電力負(fù)荷變小。那么原本流向這個(gè)電力元件的負(fù)荷就會(huì)被轉(zhuǎn)嫁到相鄰的電力元件去，而這些相鄰的電力元件可能就會(huì)因此而過載，繼而發(fā)生故障，最終導(dǎo)致故障不斷的連鎖觸發(fā)一片區(qū)域的電力元件全部故障，因而大停電也就發(fā)生了。
雖然大停電是不多見的，但大停電事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，停電的風(fēng)險(xiǎn)不可小視。因此，本文針對(duì)連鎖性故障發(fā)生的可能性，進(jìn)而分析甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文的目標(biāo)是通過對(duì)甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建模和分析，了解和熟悉甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，找到影響發(fā)生連鎖性故障的因素，并在后續(xù)工作中達(dá)到預(yù)防連鎖性故障或者減小連鎖性故障影響的目的。
1 電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)預(yù)處理
甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒂筛拭C省電力公司信息通信公司提供。原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為點(diǎn)線對(duì)形式，在數(shù)據(jù)庫中的表項(xiàng)為[OID，CONNECTIVITYNODEID，CONDUCTING EQUIPMENTID]，CONNECTIVITYNODEID為線節(jié)點(diǎn)，C ONDUCTINGEQUIPMENTID為設(shè)備節(jié)點(diǎn)。原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量極為龐大，總共將近有百萬條點(diǎn)線對(duì)記錄。如果對(duì)這些所有數(shù)據(jù)構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的話，顯然計(jì)算量極為龐大，而且計(jì)算時(shí)間不可接受。因此，需要對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理和簡(jiǎn)化。其中，由于數(shù)據(jù)中實(shí)際有出現(xiàn)線節(jié)點(diǎn)連接多個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的情況，將所有線節(jié)點(diǎn)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)在分析時(shí)不做區(qū)分。
首先，根據(jù)原始的所有點(diǎn)線對(duì)數(shù)據(jù)，我們可以建立一個(gè)最初始的電網(wǎng)模型，即一張圖。這個(gè)電網(wǎng)模型是最真實(shí)的，因?yàn)樗褪菍?shí)際電網(wǎng)的拓?fù)洹５撬贿m合分析，所以需要對(duì)這一初始模型做出一些處理和簡(jiǎn)化。
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Cao Liang1, Jin Dan2, Ma Zhicheng2, Yang Peng2
(1. School of Software ,Shanghai Jiao Tong University, Shanghai200240,China; 2. Information And Communication Company, State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou730050,China)
Since the 1990s, numerous large-scale blackouts have occurred successively in many countries, including the 8-14 blackout in USA and Canada, east China power grid accidents, which have brought very serious losses. Large-scale blackouts are an important drawback in complex power grid. Its prevention and emergency treatment will reduce the huge amount of load loss and further economic damage caused by the large-scale blackout. Here the paper build a power grid model for cascading failures based on Gansu province’s power grid topological information which will be preprocessed and simplified. This model is used to analysis the probability of large-scale blackout occurred in Gansu province power grid. The experimental results show that Gansu province power grid exist potential risk for large-scale blackout.
Cascading Failures; Gansu Province Power Grid; Topological Analysis
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A
1007-757X(2015)01-0022-03
國(guó)家電網(wǎng)甘肅電力合作項(xiàng)目（52272313507D）
曹 亮（1989-），男，江蘇，上海交通大學(xué)軟件學(xué)院，碩士研究生，研究方向：智能電網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析，上海，200240
靳 丹（1975-），男，甘肅，國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，教授級(jí)高工，總工程師，研究方向：智能電網(wǎng)，信息技術(shù)，蘭州，730050
馬志程（1969-），男，甘肅，國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，教授級(jí)高工，主任，研究方向：智能電網(wǎng)，自動(dòng)化技術(shù)，蘭州，730050
楊 鵬（1981-），男，甘肅，國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，高級(jí)工程師，研究方向：協(xié)議分析，信息技術(shù)，蘭州，730050
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