通信光纜故障對電力網(wǎng)連鎖故障的影響

李瑞航 印冰倩

摘 要：傳統(tǒng)聯(lián)鎖故障研究忽視了信息網(wǎng)通信光纜對電力網(wǎng)連鎖故障的影響。近年來，信息網(wǎng)的引進，電力系統(tǒng)并沒有隨之更新與發(fā)展，造成大面積停電幾率不斷增加。然而在規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)當中，信息節(jié)點度普遍大于不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的度，相比之下，通信光纜故障對電力網(wǎng)連鎖故障所造成的影響就越少。本文在深入分析信息網(wǎng)對電力網(wǎng)的影響的基礎(chǔ)上，闡述了基于通信光纜故障的電力網(wǎng)連鎖故障建模，最后對通信光纜故障對電力網(wǎng)連鎖故障的影響進行了更深層次的剖析。

關(guān)鍵詞：通信光纜故障；電力網(wǎng)連鎖故障；影響

在電力市場環(huán)境下，電網(wǎng)大規(guī)?；ヂ?lián)已經(jīng)成為了電力系統(tǒng)發(fā)展的一個重要趨勢。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的進一步擴大，結(jié)構(gòu)也隨之復雜起來，電力系統(tǒng)也變得十分復雜。近年來，我國電網(wǎng)當中發(fā)生了一系列由連鎖故障造成的大停電事故?？梢姡敩F(xiàn)階段的互聯(lián)電網(wǎng)具有脆弱性，一旦出現(xiàn)大停電事故，勢必會造成停電規(guī)模的進一步擴大，同時會造成更大的經(jīng)濟損失。因此，為了提高互聯(lián)電網(wǎng)整體運行的安全性與可靠性，就需要相關(guān)人員重視起通信光纜故障對電力網(wǎng)連鎖故障的影響的研究。

1.信息網(wǎng)對電力網(wǎng)的影響分析

所謂“信息網(wǎng)”，主要是指電力調(diào)度自動化網(wǎng)絡(luò)及其系統(tǒng)，例如廣域測量系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)等[1]?，F(xiàn)如今，在電力系統(tǒng)研究當中，復雜網(wǎng)絡(luò)理論得到了廣泛的應(yīng)用。

以2003年國外大停電事故為例，電力網(wǎng)當中的節(jié)點是否能夠安全可靠運行，關(guān)鍵在于信息網(wǎng)當中的節(jié)點是否能夠得到有效的控制，然而信息網(wǎng)當中的節(jié)點正常運行，主要借助電力網(wǎng)的供電?？梢?，信息網(wǎng)與電力網(wǎng)之間形成了一種相互依存的網(wǎng)絡(luò)。鑒于現(xiàn)階段的變電站中等重要節(jié)點，采用了不間斷電源，一旦出現(xiàn)了連鎖故障點，也就是信息網(wǎng)當中節(jié)點對應(yīng)的電力節(jié)點出現(xiàn)停電事故，對信息網(wǎng)的正常與運行也不會產(chǎn)生絲毫影響[2]。因此，在電力系統(tǒng)當中，并不簡單的電力節(jié)點出現(xiàn)故障，也不一定都會影響到信息節(jié)點的正常運行；相應(yīng)的信息節(jié)點出現(xiàn)故障，也不一定都會影響到電力節(jié)點的正常運行?？v觀近些年來的大停電事故，可以得出電力網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電，一樣存在可以正常運行的信息節(jié)點。鑒于此，通信光纜一道遭到破壞，對應(yīng)的電力節(jié)點，依舊可能處于正常運行狀態(tài)。在此情況下，調(diào)度中心將只能獲取局部的電力網(wǎng)信息，從而一旦出現(xiàn)故障，將會影響到控制決策的正確性，從而造成電力節(jié)點運行失去控制，從而引發(fā)連鎖故障[3]。

2.基于通信光纜故障，電力網(wǎng)連鎖故障建模

電力網(wǎng)連鎖故障的出現(xiàn)，關(guān)鍵在于潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移以及保護裝置的出現(xiàn)了一些不正確動作，外加直流潮流算法具有計算速度快等優(yōu)勢。因此，電力網(wǎng)連鎖故障建模，可以考慮使用直流潮流模型。本文的研究，主要考慮到信息網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，并沒有對信息傳輸性能的影響進行相關(guān)的研究與分析。針對電力網(wǎng)當中出現(xiàn)的孤島，便可以采取根據(jù)發(fā)電與符合計算出的直流潮流進行處理。具體而言，一旦發(fā)電站所發(fā)電容量超過電網(wǎng)負荷，發(fā)電機組將考慮電網(wǎng)需求的情況下，按照相關(guān)比例，減小出力；反之，則需要根據(jù)負荷和發(fā)電容量差值，補充發(fā)電量；最后結(jié)合發(fā)電和負荷實際情況，計算直流潮流[4]。

（1）基于直流潮流的優(yōu)化模型。一旦電力系統(tǒng)容量過載時，系統(tǒng)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與參數(shù)及時調(diào)整發(fā)電機的輸出，必要時需要直接切除部分負荷，以此確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。直流潮流模型的優(yōu)化過程，具體可以描述為在減少電力系統(tǒng)運行成本與損失成本的基礎(chǔ)上，需要確保直流與潮流的平衡，并且需要結(jié)合實際情況，綜合明確輸電線路的變化范圍，并以此為基礎(chǔ)，計算出發(fā)電機的出力約束情況[5]。

（2）仿真流程。結(jié)合上文分析，模型仿真流程具體如下：①基于直流潮流的優(yōu)化模型，電力網(wǎng)初始化設(shè)計，該種情況下，電力網(wǎng)和信息網(wǎng)全部正常運行，并且線路處于完整狀態(tài)。

②：以ω表示信息網(wǎng)中故障邊占總邊數(shù)的比例。之后可以通過比例ω，掌握通信光纜在運行過程中各種情況造成的通信中斷。③：電力網(wǎng)中以τ表示斷開電網(wǎng)當中的一條電力線的概率，其主要是用于模擬天氣等原因造成的電力網(wǎng)線路斷開。④：信息網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的確定，一旦信息網(wǎng)運行當中出現(xiàn)孤點，調(diào)度中心無法掌握信息節(jié)點對應(yīng)的電力網(wǎng)節(jié)點具體信息，在此情況下，便可以進行假設(shè)操作，通常情況下，將調(diào)度中心掌握的電力網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)記為Nm，實際電力網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)記為Nr。⑤：以α表示線路重載閾值，相關(guān)人員依據(jù)電力網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) Nr得出實際直流潮流，之后依據(jù)相關(guān)計算公式，即Fl/Fmax ≥α，便可以得出電力線上潮流是否超過了極限。一旦出現(xiàn)了越限情況，調(diào)度中心需要及時根據(jù)電力網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) Nm進行相應(yīng)的計算，得出線路當中的最優(yōu)潮流，之后便可以根據(jù)計算結(jié)果，確定各個電力節(jié)點的注入功率，之后進行⑥的操作，一旦沒有電力線出現(xiàn)越限情況，便進行⑦的操作。⑥：以β表示過載線路切除概率，一旦出現(xiàn)越限，及時斷開線路，反之正常運行。⑦：以Ph表示保護裝置的隱故障概率，主要是用于排查隱故障定義，隨機選擇一條電力線路斷開，之后根據(jù)⑤當中的計算公式進行計算，一旦得出沒有越限情況，便可以直接進行⑧的操作。⑧：一旦沒有電力線路故障問題，說明單次連鎖故障仿真結(jié)束，并需要統(tǒng)計損失負荷情況。

3.通信光纜故障對電力網(wǎng)連鎖故障的影響分析

3.1通信光纜隨機故障對連鎖故障的影響

結(jié)合上文提及到的計算方法，以30節(jié)點的無標度網(wǎng)絡(luò)為例，鑒于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的重要程度，可以采取度數(shù)表示，便于對整個網(wǎng)絡(luò)進行平均度的計算，計算結(jié)果為平均度3.8，最大值的情況下是15。根據(jù)上述兩個數(shù)據(jù)，調(diào)度中心在度數(shù)設(shè)置時，則可以設(shè)置度數(shù)為4和15的信息節(jié)點上，之后操作人員僅需要隨機移除信息網(wǎng)中一定比例ω的邊，便可以對信息網(wǎng)中邊的故障規(guī)模進行模擬。為了確保模擬結(jié)果的真實可靠性，就需要進行多次連鎖故障模擬，最終去平均值。模擬結(jié)果為：在信息網(wǎng)線路故障規(guī)模的增大，電力網(wǎng)的平均損失負荷增大，便可以說明信息網(wǎng)線路故障對電力系統(tǒng)連鎖故障具有促進作用。但是到達峰值時，電力網(wǎng)的平均損失負荷不斷減少，說明信息網(wǎng)通信光纜故障對電力系統(tǒng)連鎖故障的擴大作用在逐步減少。

3.2信息網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)對連鎖故障的影響

從復雜網(wǎng)絡(luò)理論可以了解到，網(wǎng)絡(luò)功能受到網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的影響。通常情況下，不同信息網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)下，所造成的平均損失負荷，隨著電力故障規(guī)模將會發(fā)生相應(yīng)的變化，并且變化趨勢具有相似性。但是一旦信息網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)處于無標度網(wǎng)絡(luò)時，電力網(wǎng)的負荷損失往往會增多，相比規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的負荷損失，顯然更加嚴重。從度分布角度而言，節(jié)點度在較低的情況下，度分布缺乏明顯的特征長度，然而規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的度分布較為集中，因此，可以采用平均度表示。鑒于無標度網(wǎng)絡(luò)中度存在大量的較低的節(jié)點，一旦出現(xiàn)邊故障，相比規(guī)則網(wǎng)絡(luò)更加容易產(chǎn)生孤點。可見，無標度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信息網(wǎng)邊故障時，所產(chǎn)生的損失負荷更大，并且對電力網(wǎng)連鎖故障具有更大的影響。

4.結(jié)語

綜上所述，通過本文的研究，得出通信光纜邊故障規(guī)模的增大，導致信息網(wǎng)對電力網(wǎng)連鎖故障的影響強度逐漸減弱。希望本文研究結(jié)論可以為通信線路規(guī)劃與改造提供一些具有參考價值的建議。

參考文獻：

[1]周艷峰.通信光纜故障對電力網(wǎng)連鎖故障的影響[J].中國新通信，2017，19（10）：38.

[2]趙子巖，李文.電力通信光纜典型故障分析及應(yīng)對措施研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2016，14（05）：107-111.

[3]牛海興.電力通信光纜運行外力破壞與預(yù)防措施[J].科技資訊，2015，13（31）：42-43.

[4]李芳亞.電力通信光纜運行維護及外力破壞防范的初探[J].通訊世界，2014（11）：106-107.

[5]羅立志.通信光纜線路維護的問題與對策探討[J].時代金融，2012（15）：300-303.