智能电网中信息网与物理电网间连锁故障的

杨少智

摘 要：智能电网是基于物理电网改造升级，采用信息技术提升电网的自动化水平，使电网运行处于持续而稳定的运行状态。智能电网的运行虽然安全系数很高，但是一旦出现故障，就会造成连锁反应。为了避免类似的事故发生，就要将智能电网的连锁故障模型构建起来，以在智能电网运行的过程中，能够对电网运行的隐性安全问题进行分析。从复杂系统角度对故障特征进行分析，并运用理论分析的方法针对物理电网间连锁故障的发生过程进行研究，提出增强智能电网控制系统在异常情况下维持生存性能的策略。本文针对智能电网中信息网与物理电网间连锁故障的防御策略展开研究。

关键词：智能电网；信息技术；物理电网；连锁故障；防御策略

中图分类号：TM76 文献标识码：A

近年来，连锁性停电事故时有发生，规模最大的是2003年美国发生了“8·14”停电，这是史上规模最大的一次大停电事故。紧接着，意大利也发生了连锁性事故，2011年，巴西也发生了连锁性大停电事故。这些大停电事故规模之大，不仅给人们的生活带来了不便，而且还还会造成严重的社会经济损失，甚至会成为社会不稳定因素。越来越多的研究人员都对连锁性停电事故的发生机理进行了研究，并提出应用系统科学理论构建理论模型以对电网的连锁故障起到预知诊断的作用。具体操作中，是构建动态模式，通过测算的方式探寻造成事故的根本原因，对大停电后的故障传播机理进行分析，根据所获得的信息设计安全防御控制措施。

一、智能电网发生连锁故障模型

智能电网发生连锁故障，故障的主体包括一次设备和二次设备两个部分。一次设备以发电机、变电器和输电线路为主；二次设备为对一次设备起到保护作用的各种装置。

（一）构建一次设备的故障连锁模型

一次设备的故障模型是对电网运行的安全性以及可能存在的风险进行评估。按照传统的电网故障管理，主要是对各种设备元件的运行可靠性进行衡量，量化为指标，包括电网非计划停运，电网强迫性停运等等，然后根据设备的电压等级做做出计算结果。按照电网故障传统的管理方式，往往量化指标的取值是固定的，统计指标可以长期使用。但电网运行中，设备的可靠性是会有所变化的，如果依然采用固定的指标进行计算，所获得的结果必定缺乏可靠性。所以，采用传统的电网故障管理模式对电网运行在短时间内的运行状态是无法真实反映出来的。

针对于此，研究专家提出了构建故障连锁模型，以能够更好地保证电网运行的可靠性。国外的一些研究学者对电网设备元件的运行可靠性对电网运行状况的影响进行了研究，将数学方针模式构建起来。中国引入该理论后，从中国电网运行情况出发对电网运行进行可靠性评估，建立了电网输电线路与变压器的时变停运模型，研究电网运行对环境温度、湿度等的敏感度，提出在恶劣的气候条件下，电网的线路會受到影响。

一次设备的故障连锁模型将输电线路以及输电设备元件停止运行的概率作为常数，但是并不局限于单一的影响因素对电网运行所带来的后果，而是将偶然影响因素纳入其中，经过综合考虑而研究连锁故障发生机理。

（二）构建二次设备的故障连锁模型

二次设备的故障处理中，考虑最多的是继电保护器。继电保护器对电网运行的可靠性具有重要的影响。如果没有对相关问题深入研究，比如，保护系统的统计数据缺乏，就会出现连锁故障。构建二次设备的故障连锁模型，就是要获得隐性故障指标，这样，就需要对保护装置的保护效果进行分析，以及保护装置对电网运行做造成的影响进行分析。电网运行状况与二次设备的隐性故障密切相关，构建故障连锁模型，就是要将保护装置的保护效果与电网运行相结合，分析保护失效可能带来的后果，以及需要采用的防御措施。

二、由于隐性故障而导致的连锁故障分析

对智能电网连锁故障的影响，通过构建隐性故障模型，对连锁故障而导致的停电情况进行分析，不同的承载熵水平，连锁故障状态就会有所不同。通过对负荷损失数据进行，揭示故障损失与承载熵之间所存在的关系。

（一）隐性故障模型运行流程

1 参数的设定

将构建隐性故障模型的参数设定如下：

H：发生印象故障的概率；

Ci：输电线路i的最大容量系数；

G：发电机旋转备用的比例；

Ts：控制措施的参数。

2 选择一条输电线路，创造故障条件使线路发生故障。

3 做好网络孤岛检测工作，对所获得的检测数据进行处理，将直流潮流计算出来，并根据潮流计算结果做出判断，如果有电路跳开的现象，就意味着有的线路出现潮流越限。此时，就要对线路中所存在的隐性故障进行分析，并推断可能受到影响的线路，使具有下一次发行隐性故障的线路跳开，然后进行直流潮流计算。

4 如果跳开线路的条数已经超过了控制参数，就要对电网进行调度，对电网的各项资源进行优化配置，跳开线路闭合后，依然需要对线路的运行状况进行检查，确保不会有隐性故障发生。

5 如果不再有线路继续跳开，就可以判断线路连锁故障结束，对本地连锁故障的损失情况进行分析。

（二）连锁故障的电网脆弱性

电网设计结构复杂，系统结构运行中，会受到多种因素的影响而导致故障发生。包括环境故障、设备元件故障和人为因素所导致的故障等等。以脆弱性理论为依据，在电网连锁故障风险分析中，将边韧性度融入其中，构建线路故障筛选模型，以对电网的虽弱线路进行判断和分析。

采用这种方法可以将电网运行中的固有脆弱性揭示出来，并根据电网结构制定停电防御措施。对电网的脆弱性进行评估，是为了能够将线路故障以及原发性故障查找出来，具有针对性地制定出故障防御方案。电网等等脆弱性决定了电网很容易遭到破坏。就需要针对电网崔索性进行分析，并提出防控策略，以避免由于电网停电故障而造成严重损失。

三、对连锁故障所采取的防御策略

连锁故障模型的防御策略包括两个方面的内容，即电网运行和电网建设。本论文研究中所构建的隐性故障模式，是结合防御策略提出承载熵控制策略。

将连锁故障模型的参数进行设定，包括线路运行中随机故障发生的概率、线路容量增长率、保护装置拒动发生率、优化控制成功率、慢动态时间等等。

在快动态执行的过程中，由于随机影响因素的存在而使得线路断开发生率提升，经过孤岛检测处理后，将直流潮流计算出来，根据线路越线发生率以及优化控制成功率对线路进行优化调度。

根据继电保护动作发生率决定线路是否能够切断。当顺利切除线路后，进入到快动作执行状态。如果线路没有被切除，快动态过程结束，进入到慢动作执行。如果动作执行天数低于所设定的天数，就要确定对负荷增长因子，计算当前天数加一天的电网负荷水平以及发电机所能够达到的最大运转状态。

对主流潮流进行计算，并做出优化结果，根据输电线路的切负荷情况和线路功率的越限制情况对发电机的出力增量进行分摊。通过潮流计算结果，对线路的负载率进行升级，对智能电网的规划情况进行模拟。慢动态执行过程结束之后，在此进入到快动态执行过程中。

结论

综上所述，电网运行中会由于连锁故障的产生而导致电网大停电事故，即便是智能电网运行具有较高的稳定性，能够保证长时间持续供电，却由于电网的脆弱性而受到诸多因素的影响而不可避免地产生运行故障。一旦电网出现大停电，波及面之广，很容易影响社会正常秩序。构建一次设备和二次设备的故障连锁模型，对物理电网间的连锁故障进行分析，并具有针对性地提出防御策略，以增强智能电网的系统生存能力。

参考文献

[1]梅生伟，王莹莹，陈来军.从复杂网络视角评述智能电网信息安全研究现状及若干展望[J].高电压技术，2011，37（03）：672-679.

[2]范文礼，刘志刚.隐性故障对小世界电网连锁故障的影响分析[J].电力系统自动化，2013，37（21）：23-28.

[3]许婧，白晓民.考虑保护隐藏故障的系统N-k故障分析[J].中国电机工程学报，2013，32（01）：108-114.

[4]李勇，刘俊勇，刘晓宇，等.基于潮流熵测度的连锁故障脆弱线路评估及其在四川主干电网中的应用[J].电力自动化设备，2013，33（10）：40-46.

[5]范文禮，刘志刚.基于复杂网络的电网连锁故障模型研究综述[J].电力系统自动化，2012，36（10）：124-131.

[6]薛禹胜，谢云云，文福拴，等.关于电力系统相继故障研究的评述[J].电力系统自动化，2013，37（19）：1-9.