基于电气介数的电网连锁故障传播机制与积极防御

孙搏

摘要：随着电力产业的功能价值的越发明显，在当今经济生活与社会生活中发挥着越来越重要的作用。然而电力资源在为人类带来便捷服务的同时，也存在着很大的风险，以至于随时危害人类的健康甚至生命。其中电网作为技术部门重要的工作载体，对其自身的连锁故障的防御就显得至关重要。本论文着重以电气介数的电网连锁故障传播机制与积极防御为重点研究对象，提出使用电气介数分析电网连锁故障传播机制的方法，研究不同电气介数节点失效对系统连通性和输电能力的影响。同时提出基于生成介数的连锁故障积极防御方法。

关键词：电气介数；电网连锁故障；积极防御

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（B）-0000-00

前言：电力资源在当今社会所起到的作用越来越明显，随之而来的便是工作人员对电力系统技术要求的越来越高。这种要求标准的提高，主要体现在对电气介数的电网故障警戒与防御的渐次增强。近年来由于电力部分与相关的电力企业在电网故障的防御层面的缺失与短板，导致了各种危害和事故的频发。在提高工作者警惕的同时，更引导着工作者与研究人员在技术实践方面予以深化研究，试图实现在理论层面上的创新与突破。

1电气介数的连锁故障的分析建模

1.1共性建模的实践推究

和加权介数的理论技术如出一辙，节点电气介数可以用来实现对全网潮流传播的占用节点情况上的反映和展现。通过针对节点的亮化作用，进而发挥全网在潮流传播方面的作用和地位，进而思想电气介数体系中具有普适性的建模实践研究体制的初步生成。在广泛的数据信息网络中，为了减少对实践的消耗，就务必要充分考虑到节点被最短路径占用的次数，依据电路原理的指引，使得电网介数能够沿着所有可能的路径而实现传播[1]。这种实践推究的建模指引主要体现在两个方面：第一，最本质的差别是用电气介数代替加权介数作为节点过载退出运行的判据，并且在增大线路阻抗的同时相应减少了其传输容量，物理背景更符合电力系统实际。第二，调整系数为常数，而已有模型通常取正比于节点当前的介数。因此若仍按比例调整，容易造成调整量的变慢与减小，从而造成线路阻抗调整次数过多，并严重影响调整速度。

1.2算法层面的理论流程

实践上的故障建模虽然重要，但在算法理论上若不实现精密的演算和检验，是难以实现建模体制的周密完好的。根据上述内容，对电力系统连锁故障过程的模拟可采用以下流程。

第一步，取故障前系统状态为W（0）并给定α和β，由各个公式计算各节点电气介数和相应的介数阈值。

第二步，随机或有目的地选择一个节点使其失效，将其完全移除后设系统状态变为W（t），t=1。

第三步，在W（t）下重新计算各节点电气介数。若各节点介数都未超过其运行阈值，则连锁故障终止并转；否则按式针对大于阈值的节点进行调整，以模拟节点连锁失效的过程。

第四步，令t=t+1，重复第三步进行下一轮模拟

第五步，计算故障前后系统连通性水平和最大传输能力的变化，并评价故障的严重程度。

最后，为反映高电气介数节点的故障对系统影响的严重程度，初始故障节点既可随机选择又可按电气介数有目的地选择[2]。

2电气介数的电网连锁故障传播机制与积极防御

2.1传播机制：连锁故障的发展过程的分析

电气介数在电网连锁故障的传播机制中主要表现在因素的千姿百态与过程的长短不一上，但归类起来大体均表现在发电机的停滞或者供电线路的连锁反应方面的跳闸，两种因素和过程均可导致系统在工作当中的破坏，这种破坏主要体现在系统解列、频率失稳或电压崩溃三个主要方面。主要原因大都是由初始故障引发的潮流大量转移使得相邻线路过载或者继电保护的隐性故障问题[3]。

纵观近来的数次大停电的事故案例，经过仔细的技术分析便不难发现，偶然性的故障引发的相继中断或短路，往往是构成电力灾难的重要途径。这个途径环节根据发生作用与产生电网影响的不同，又可具体划分为缓慢相继开断、快速相继开断、短暂振荡、雪崩和漫长恢复等五个阶段。再依据时间长短的影响力进行进一步的缜密划分，又可以省略掉用时较短的短暂振荡和雪崩两个阶段，细致地将连锁故障的具体物理过程简化为缓慢相继开断、快速相继开断和漫长恢复三个阶段[4]。在不同的阶段应采用相应的指标对可能发生的后续故障进行预测，搜索出可能的故障模式。

2.2积极防御：电气介数对电网系统的影响

通过对电气介数对电网系统所产生的影响加以缜密的分析，便可在连锁故障的积极防御工作中找到清晰的脉络与思路。由于针对电气介数对运行阈值的关键节点并不能让其迅速实现停止工作的任务，所以这需要以增大支路阻抗与减少传输容量的方法同步并行的手段，实现对故障的减缓与控制。此外在这种过程的践行中为了实现便捷的目的，仍旧可以考虑到一些人为因素，例如在故障的初始阶段主动移除少量节点，也会在一定程度上降低剩余节点在全网中的介数比重，进而能够实现将故障影响达到最小化的目的，根除系统解列的现象与行为。而这种对于节点的主动移除，仍旧需要两个前提：第一，该节点给其他节点带来的电气介数应很大；第二，该节点自身承担的电气介数要很小。因此，前者决定了要在最大限度上降低剩余节点的介数水平，后者则证明了节点的主动移除不会危及到电力系统的正常运作，故并非属于关键性的节点。

2.3适度增强人力因素

除了在电力技术和算法理论的本身需要全面增强外，人为上的管理监督因素也是不可忽略的重要的积极防御的措施。这需要变电所或电力企业的工作者做好两项工作：第一，提高自身高数、物理理论修养，以便于更好指导于精密的电网工作；第二，定期实施针对电气介数中故障的监督，一经发现问题马上解决。

结论：由于单一元件所引发的故障会导致一系列连锁反应的及时发生，并且肯有可能会沿着电网而实现急速传播的过程。而在这危急万分的过程当中，做好电网的技术保护与体制完善工作，无疑能够起到关键性的作用，这正是电网本身所存在的拓扑特性所决定和引发的。为了有效研究并证实电网拓扑结构对连锁故障产生和传播的影响，针对电气介数的电网连锁故障实施积极的防御，在电力系统的机制运作平台中无疑具有着非比寻常的理论价值和现实意义。

参考文献：

[1]徐林，王秀丽，王锡凡.基于电气介数的电网连锁故障传播机制与积极防御[J].中国电机工程学报，2010，6（13）：61-68.

[2]邓春兰.基于复杂网络理论的电网连锁故障脆弱性研究[D].成都：西南交通大学，2014.

[3]徐立新.基于复杂系统理论的电网故障时空分布特性及结构脆弱性研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[4]孙玉树.基于复杂网络理论的光伏并网连锁故障分析[D].保定：华北电力大学，2013.