通信光纜故障對(duì)電力網(wǎng)連鎖故障的影響

周艷峰

【摘要】 在應(yīng)對(duì)大面積停電方面連鎖故障研究具有很重要的意義，而信息網(wǎng)通信光纜對(duì)電力網(wǎng)連鎖故障的影響在傳統(tǒng)連鎖故障研究中很少被考慮到。首先從信息網(wǎng)的方面出發(fā)，在直流潮流模型下，建立起信息網(wǎng)對(duì)電力網(wǎng)連鎖故障影響模型，同時(shí)以IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，不同信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與通信光纜遭受隨機(jī)故障對(duì)電力網(wǎng)連鎖故障的影響。仿真結(jié)果顯示，因?yàn)樾畔⒕W(wǎng)的引入，電力系統(tǒng)薄弱點(diǎn)變多，導(dǎo)致了大停電的風(fēng)險(xiǎn)上升，在信息網(wǎng)中隨著通信光纜故障規(guī)模的增大，電力網(wǎng)連鎖故障被信息網(wǎng)影響的效果從強(qiáng)變?nèi)酰敝练€(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】 電力網(wǎng) 信息網(wǎng) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 連鎖故障 邊故障

一、信息網(wǎng)對(duì)電力網(wǎng)故障的影響分析

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大量發(fā)電機(jī)、架空輸電線路、斷路器、變壓器和負(fù)荷等組成了電力網(wǎng)；電力調(diào)度自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)成的能量管理系統(tǒng)（EMS）、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)（DMS）和廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）組成了信息網(wǎng)，其中EMS和DMS依靠由遠(yuǎn)程終端單元（RTU）構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，WAMS依靠相量測(cè)量單元（PMU）?，F(xiàn)如今電力系統(tǒng)相關(guān)研究中廣泛的應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，電力網(wǎng)和信息網(wǎng)將在本文中被抽象成一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，電力網(wǎng)的發(fā)電站、變電站或者負(fù)荷將被看成節(jié)點(diǎn)，電力線被看成是邊；信息網(wǎng)中的SCADA系統(tǒng)、PMU和調(diào)度中心將被抽象為節(jié)點(diǎn)，通信光纜被看成是邊。

二、考慮通信光纜故障的電力網(wǎng)連鎖故障建模

發(fā)生連鎖故障的主要原因有潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移和保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作，同時(shí)計(jì)算速度快和沒有收斂性問題等優(yōu)點(diǎn)是直流潮流算法所特有的，因此本文采用直流潮流模型對(duì)電力網(wǎng)連鎖故障建模。

當(dāng)在電力系統(tǒng)里出現(xiàn)線路、變壓器過載或者發(fā)電機(jī)出力超過容量極限的情況時(shí)，系統(tǒng)需要依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出，甚至斷掉部分負(fù)荷，用最經(jīng)濟(jì)的方式來確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、通信光纜隨機(jī)故障對(duì)連鎖故障的影響

在做故障分析時(shí)，在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)度中心設(shè)置在度數(shù)較低的信息節(jié)點(diǎn)上比設(shè)置在度數(shù)較高的信息節(jié)點(diǎn)上會(huì)使平均負(fù)荷的損失變小。這種情況的發(fā)生，是由于無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的度分布極其不均勻，度數(shù)較低的信息節(jié)點(diǎn)太多，當(dāng)調(diào)度中心所在的信息節(jié)點(diǎn)度數(shù)比較高時(shí)，信息網(wǎng)發(fā)生故障后，調(diào)度中心變?yōu)樾畔⒐聧u的機(jī)率更低，表明調(diào)度中心的調(diào)度作用更加顯著，度數(shù)較低的信息節(jié)點(diǎn)更可能成為信息孤島，發(fā)生錯(cuò)誤調(diào)度的機(jī)率更高，因此更易發(fā)生大規(guī)模的連鎖故障。

信息網(wǎng)的平均負(fù)荷損失在其正常工作和完全崩潰時(shí)幾乎相等，但從信息網(wǎng)平均的損失負(fù)荷與其累積的概率曲線可以發(fā)現(xiàn)，兩者的特性不同。對(duì)比了信息網(wǎng)正常工作、信息網(wǎng)完全崩潰和邊故障規(guī)模ω=0.25三種情況下，損失負(fù)荷和累積概率的關(guān)系。信息網(wǎng)正常工作與其完全崩潰相比較，小規(guī)模停電事故發(fā)生的概率降低，但大規(guī)模停電事故的發(fā)生概率增加，而當(dāng)信息網(wǎng)邊遭受意外故障后，停電的規(guī)模和頻率都有增加。

3.1 信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)連鎖故障的影響

除了全局耦合網(wǎng)絡(luò)之外，在不同的信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，平均損失負(fù)荷故障規(guī)模的變化幅度基本相同，但是當(dāng)信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示為無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)時(shí)，電力網(wǎng)的負(fù)荷損失與小世界網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的相比更為嚴(yán)重。從度分布的方面來講，無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)度分布符合冪分布，就是絕大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的度相對(duì)更低，少數(shù)節(jié)點(diǎn)的度比較大，度分布缺少明顯的特征長(zhǎng)度，但是小世界網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的度分布都集中在平均度的周圍，規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)度相同。

因?yàn)闊o標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中度相對(duì)低的節(jié)點(diǎn)數(shù)量很多，在遭遇邊故障時(shí)，更容易出現(xiàn)孤立的節(jié)點(diǎn)，即出現(xiàn)信息孤島，電力網(wǎng)中的孤島也會(huì)更多。所以，在其遭遇邊故障時(shí)平均損失負(fù)荷更大。

與此同時(shí)，隨著節(jié)點(diǎn)度數(shù)的增加，規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中的邊故障規(guī)模對(duì)電力網(wǎng)平均損失負(fù)荷影響逐漸減小，當(dāng)為全局耦合網(wǎng)絡(luò)時(shí)，平均損失負(fù)荷影響最小。這是由于規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)的度增加，使得因信息網(wǎng)邊故障導(dǎo)致的信息孤島的機(jī)率減小。與無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的度分布對(duì)電力網(wǎng)連鎖故障的影響不同，因?yàn)橐?guī)則網(wǎng)絡(luò)的度分布更狹窄，調(diào)度中心設(shè)置在讀書較高的信息節(jié)點(diǎn)上可以減少更多的平均負(fù)荷損失。因此，在規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中，增加信息節(jié)點(diǎn)的度，能更加有效地降低由信息網(wǎng)線路故障引發(fā)的電力網(wǎng)連鎖故障。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]梅生偉，薛安成，翁曉峰，等。復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)大停電風(fēng)險(xiǎn)研究綜述及預(yù)防控制展望[C]//第二十四屆中國(guó)控制會(huì)議論文集：上冊(cè)，2005年5月15日—18日，廣州，中國(guó)：180—183。

[2]甘德強(qiáng)，胡江溢韓禎祥。2003年國(guó)際若干停電事故思考[J]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（3）：1-4