专利名称：一种电网连锁性故障识别和风险评估方法
技术领域：
本发明涉及电力系统安全防护技术领域，具体涉及一种电网连锁性故障识别和风险评估方法。
背景技术：
随着电网容量和规模的日益增大，电网越来越复杂，在提高电网有效性和鲁棒性的同时，电网的安全风险也随之增加了。近年来，全球发生了多起由连锁性故障引发的大面积停电，如1996年7、8月份美国西部接连发生两次大停电事故；2003年下半年在北美和加拿大、英国伦敦、瑞典和丹麦、意大利都先后发生了大面积停电事故；2008年I月我国南方的冰雪大灾难造成的大面积停电事件，都造成了巨大的经济损失和严重的社会危害，甚至影响到国家安全。因此，为制定有效的安全防御体系，提高电网防灾、抗灾能力，需准确识别电网可能出现的连锁性故障，并对电网面临的潜在风险进行评估。 电网连锁性故障受诸多诱导因素影响，如天气、环境、电网拓扑结构等，具有复杂不确定性。现有方法以蒙特卡罗模拟为基础，用经典概率测度或模糊测度刻画连锁性故障的不确定属性，具体方法可分为随机评估法和模糊评估法。其中，随机评估法对连锁性故障这类稀有事件十分敏感，在保证仿真精度时需进行大量抽样计算。为解决随机评估法中仿真精度与模拟效率的矛盾，在名称为《Optimal locations for protection systemenhancement a simulation of cascading outages[J]》 (Wang H Y, Thorp J S. IEEETransaction on PowerDelivery, 2001,16 (4) :528_533)的文献中提出方差减小技术,在名称为〈〈Generatingcapacity reliability evaluation based on Monte Carlo simulationand cross entropymethods[J]》.(Leite da Silva A M,Fernandez R A G,Singh C. IEEETransactions on PowerSystems, 2010, 25 (I) 129-137)的文献中提出交叉摘减小技术，试图通过尺度变换弥补传统随机评估法的不足，但最优尺度函数的选取对评估结果影响很大。模糊评估法利用专家经验进行求解，虽可在一定程度上提高仿真效率，但方法操作复杂，且缺乏严密的数学理论支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，解决目前用于电网连锁性故障的识别和风险评估方法精度和效率不高，并且操作复杂的问题。为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，包括以下步骤获取电网历史故障信息由电网SCADA系统中提供的遥测信息和遥信信息确定电网的运行状态，获取电网当前状态下参数信息，获取影响电网安全的诱导因素并统计信息；确定电网预想事故集通过历史统计信息或人工设置出预想事故集；确定连锁性故障传播和演化机制由上一阶段发生故障的支路群确定下一阶段可能发生故障的支路群；确定电网连锁性故障发生的可能性、严重性和风险测度值分别采用可信性测度和总负荷损失刻画事故发生的可能性和严重性，用两者的乘积度量事故的风险测度；建立连锁性故障识别和风险评估模型设置蒙特卡罗仿真次数，将预想事故集作为连锁性故障的初始事故，识别可能发生的连锁性故障，计算连锁性故障的可信性测度、总负荷损失和风险测度；综合所有可能的连锁性故障，计算当前状态下电网面临的潜在风险。进一步的上述遥测信息包括电网的电气量和负荷潮流，遥信信息包括各种保护和
开关量信息。进一步的上述由电网SCADA系统中提供的遥测信息和遥信信息确定电网的运行·状态，获取电网当前状态下参数信息，其参数信息包括节点电压、负荷和发电机出力。进一步的上述预想事故集中的元件为关键元件或最易发生故障的元件。与现有技术相比，本发明的有益效果是根据电网连锁性故障的实际物理传播过程和数学属性，由可信性理论建立了事故发生可能性和严重性的可信性测度和总负荷损失，并由模糊模拟方法和潮流计算进行求解，解决了传统方法中的仿真精度和抽样次数之间的矛盾。通过对WSCC 9节点测试系统进行仿真分析，证明了该方法的正确性、鲁棒性，对样本依赖小，该方法对电网预防大面积停电事故具有重要的理论意义和实际意义。
图I为本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法一种实施例的流程示意图。图2为本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法一种实施例用于WSCC 9节点测试系统的系统电气接线示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图I示出了本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法的一种实施例一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，包括以下步骤获取电网历史故障信息由电网SCADA系统中提供的遥测信息和遥信信息确定电网的运行状态，获取电网当前状态下参数信息，获取影响电网安全的诱导因素并统计信息，如开关的处于“闭”或“合”状态等，该信息可确定电网的当前拓扑和运行状态信息，而影响电网连锁性故障发生和传播的因素很多，包括外界环境(如冰雹、雷击等)、人工操作失误、导线触树、电气元件老化等。依据历史故障统计信息，确定影响最大的诱导因素，以及最容易发生故障的元件信息；确定电网预想事故集通过历史统计信息或人工设置出预想事故集，一般而言，电网中的关键元件为电压等级较高、潮流较重的支路、联络线等。而最容易发生故障的元件应为长期处于恶劣环境或接近运行极限的元件，可由历史故障信息获取。预想事故集中的元件可能为单一元件，也可能为多个元件；确定连锁性故障传播和演化机制由上一阶段发生故障的支路群确定下一阶段可能发生故障的支路群，研究表明，保护装置的隐性故障是引发电网连锁性故障的主要原因，通常由硬件缺陷或整定值的不合理造成，这些隐患大多仅在电网故障等状态下才出现，其后果是导致保护误动或拒动。实际电网一般配置了双套保护，双套保护同时拒动的几率非常低，本发明忽略其影响，仅考虑导致保护误动的隐性故障；确定电网连锁性故障发生的可能性、严重性和风险测度值分别采用可信性测度总负荷损失刻画事故发生的可能性和严重性，用两者的乘积度量事故的风险测度；建立连锁性故障识别和风险评估模型设置蒙特卡罗仿真次数，将预想事故集作为连锁性故障的初始事故，识别可能发生的连锁性故障，计算连锁性故障的可信性测度、总负荷损失和风险测度； 综合所有可能的连锁性故障，计算当前状态下电网面临的潜在风险。其中SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据米集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。根据本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，可信性测度为模糊测度的一种，可用于刻画模糊事件发生的可能性。可信性测度是可能性测度和必要性测度的综合度量。其中，可能性测度描述事件发生的容易程度，而必要性测度描述对立事件发生的不可能性。与其它模糊测度相比，可信性测度具有与概率测度类似的自对偶性，即当可信性测度为I时，事件必然发生；而当可信性测度为O时，事件必然不发生。可信性测度在模糊论中的地位被认为与概率测度在概率论中的地位相当。在连锁性故障传播过程中，每一阶段发生故障的支路直接取决于上一阶段的故障支路。当连锁性故障传播至第j阶段时，假设共有种支路可能发生故障，此时可由蒙特卡罗法以一定的“测度”随机抽取发生故障的支路，则共有2 种故障抽样形式。因此，在初始事故的作用下，电网可能包含大量的连锁性故障序列，可用蒙特卡罗法进行识别。作为更详细的解释在本发明中确定电网连锁性故障发生的可能性、严重性和风险测度值，用“模糊性”描述电网连锁性故障的基本属性，基于可信性理论和电网潮流计算理论，用可信性测度和总负荷损失量刻画事故发生的可能性和严重性，其定义如下I、可信性测度当连锁性故障传播至第j阶段时，首先确定各支路的有功功率Pij,并求解Pu对应的隶属度函数μ (Pij)。然后根据模糊模拟方法计算Mpos (Aj)和Mpec (Aj)，由此得到第j阶段事故发生的可信性测度Mra (Ap。由Mcr(Aj)可得到连锁性故障发生的可信性测度Mra㈧。2、总负荷损失先由潮流计算确定每个节点的总负荷量，然后与初始负荷相减，得到电网的总负荷损失Msev(A)。3、风险测度由可信性测度和总负荷损失的乘积得到事故的风险测度值MHsk㈧。其具体的计算方法如下I、电网连锁性故障A发生的可信性测度Mra (A)可表示为
Mqt(A) = ^(Mpos(A)+Mnec(A))⑴其中，=I-Mpos(I)(2) 式中J为A的补集；可能性测度Mptjs㈧表示A发生的可能程度，必要性测度Mpec(A)表示2的不可能程度。可信性测度Mra具有与概率测度类似的自对偶性。显然，对连锁性故障A而言，当Mcr(A)取值为I时，A必然发生；而当Mra㈧取值为O时，A必然不发生。连锁性故障A发生的可信性测度Mra (A)与事故传播至第j阶段发生故障的可信性I^Mcr(Aj)有关。本发明拟采用模糊模拟方法求解M。, ％)，步骤如下步骤I :从模糊向量Pp P2的论域中均匀产生P1, t、P2，t，使得Uij(Py)彡ε ,μ ij (p2; t)彡ε。其中t为抽样次数,且t = 1，2，· · · , Τ, ε为充分小的正数。步骤2 :令
vt = fhMjb·卞 μν(ρ,,0⑶步骤3 计算Mcr (Aj)，则有Mcr(4) =去机 < P1^P21> P2)+ (4)min{l-vr|PM > PlJ2t < P2))式中i为支路序号；j为连锁性故障传播阶段；PU为支路Lu的有功功率，其隶属度函数为Uu(Pu)馬为第j阶段事故发生前支路Lu上的有功功率；向量P1、巧分别为第j阶段因隐性故障被切除支路功率构成的向量；向量P2、巧和分别为第j阶段处于正常运行状态的支路功率Pij和构成的向量。同理可求解连锁性故障发生的可信性测度
Mcr ⑷。本发明采用以下函数描述隶属度函数，实际中由实际物理现象的基本属性和样本数据确定。
0P<PW 2P-Pxsv"("H _ i\u.<r<r^u
— ^HF
1卜」L式中，PHF、Pset为保护装置触发隐性故障的门槛值和整定值。式(5)的物理意义为当支路有功P大于保护整定值Psrt时，该支路因过流保护动作被切除；当P小于Phf时，该支路正常运行；当P位于Phf和Psrt之间时，该支路可能因隐性故障被切除。2、事故发生的严重性测度Msev(A)由于负荷是电网最主要的变量之一，连锁性事故传播过程中，当电网电压或频率发生偏离时，所采取的操作大多与负荷有关。因此，可用电网总损失份负荷来刻画事故发生的严重程度。3、事故发生的风险测度Mrisk(A)风险测度为事故发生可能性和严重性的综合度量，具体表达为
Mrisk(A) =Mcr(A)Msev(A)(6)本发明中建立连锁性故障识别和风险评估模型时，连锁性故障识别和风险评估的步骤为步骤I :设置蒙特卡罗仿真次数，为说明本发明对样本的依赖程度，分别选用几种不同的仿真次数进行研究。值得注意的是，测试系统规模越大，达到一定精度所需的仿真次数就越多。步骤2 :将预想事故集作为连锁性故障的初始事故，连锁性故障通常由单一故障触发，本发明由预想事故集中的元件故障作为连锁性故障的初始事故。步骤3 :识别可能发生的连锁性故障I)预想事故集中的支路发生初始故障，保护动作，故障支路被切除；2)上一阶段某支路故障后引起电网潮流转移，当流过其它支路的有功功率超过某一门槛值时，以一定的“测度”触发隐性故障，对应支路被切除。3)重复过程2。在连锁性故障传播过程中，如果采取有效的防御措施，连锁性故障将终止；反之，当故障连续发生，且危害达到一定程度时，就可能导致电网大面积停电事故。因此，每个阶段发生故障的支路群为潮流越限或发生隐性故障的支路。另外，本发明拟采用拓扑搜索的方式识别各个阶段发生故障的支路。步骤4 :计算连锁性故障的可信性测度、总负荷损失和风险测度用模糊模拟和潮流计算研究连锁性故障发生的可信性测度、总负荷损失和风险测度。步骤5 :综合所有可能的连锁性故障，计算当前状态下电网面临的潜在风险在预想事故集的作用下，电网可能发生多起连锁性故障，平均风险测度Mav aggisk为
I frAfaverageiik = —^Mrisk(J)(7)
iV i=1式中，MHsk(j)为第j个连锁性故障的风险测度。根据本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法的另一种实施例，遥测信息包括电网的电气量和负荷潮流，遥信信息包括各种保护和开关量信息。根据本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法的另一种实施例，由电网SCADA系统中提供的遥测信息和遥信信息确定电网的运行状态，获取电网当前状态下参数信息，其参数信息包括节点电压、负荷和发电机出力。根据本发明一种电网连锁性故障识别和风险评估方法的另一种实施例，预想事故集中的元件为关键元件或最易发生故障的元件。下面以WSCC 9节点测试系统为例进行连锁性故障识别和风险评估分析，系统电气接线如附图2所示。选取支路L1为预想事故集，分别采用10000、8000、6000、4000、2000次抽样计算，
本发明中所提方法可准确识别出全部的104种连锁性故障。其中，在仿真次数为10000时，发生可能性较大的5种事故序列如下表。
权利要求
1.一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，其特征在于包括以下步骤 获取电网历史故障信息由电网SCADA系统中提供的遥测信息和遥信信息确定电网的运行状态，获取电网当前状态下参数信息，获取影响电网安全的诱导因素并统计信息； 确定电网预想事故集通过历史统计信息或人工设置出预想事故集； 确定连锁性故障传播和演化机制由上一阶段发生故障的支路群确定下一阶段可能发生故障的支路群； 确定电网连锁性故障发生的可能性、严重性和风险测度值分别采用可信性测度和总负荷损失刻画事故发生的可能性和严重性，用两者的乘积度量事故的风险测度； 建立连锁性故障识别和风险评估模型设置蒙特卡罗仿真次数，将预想事故集作为连锁性故障的初始事故，识别可能发生的连锁性故障，计算连锁性故障的可信性测度、总负荷损失和风险测度； 综合所有可能的连锁性故障，计算当前状态下电网面临的潜在风险。
2.根据权利要求I所述的一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，其特征在于所述遥测信息包括电网的电气量和负荷潮流，遥信信息包括各种保护和开关量信息。
3.根据权利要求I所述的一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，其特征在于所述由电网SCADA系统中提供的遥测信息和遥信信息确定电网的运行状态，获取电网当前状态下参数信息，其参数信息包括节点电压、负荷和发电机出力。
4.根据权利要求I所述的一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，其特征在于所述预想事故集中的元件为关键元件或最易发生故障的元件。
全文摘要
本发明涉及电力系统安全防护技术领域，具体涉及一种电网连锁性故障识别和风险评估方法，包括获取电网历史故障信息，确定电网预想事故集，确定连锁性故障传播和演化机制，确定电网连锁性故障发生的可能性、严重性和风险测度值，建立连锁性故障识别和风险评估模型。根据电网连锁性故障的实际物理传播过程和数学属性，由可信性理论建立了事故发生可能性和严重性的可信性测度和总负荷损失，并由模糊模拟方法和潮流计算进行求解，解决了传统方法中的仿真精度和抽样次数之间的矛盾。通过对WSCC 9节点测试系统进行仿真分析，证明了该方法的正确性、鲁棒性，对样本依赖小，该方法对电网预防大面积停电事故具有重要的理论意义和实际意义。
文档编号G06Q50/06GK102915515SQ20121044736
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月10日 优先权日2012年11月10日
发明者刘开义, 肖先勇, 马超, 汪颖, 徐方维 申请人:四川省电力公司资阳公司, 四川大学, 国家电网公司