林良順

[摘要]分析電網(wǎng)連鎖故障的影響因素,對故障模式搜索中不確定因素的處理進(jìn)行研究,提出開斷概率的分析模型及處理方法,并將一次設(shè)備劃分成功能組,減少數(shù)據(jù)處理的工作量。

[關(guān)鍵詞]連鎖故障概率分析多重故障

中圖分類號:TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710015-01

影響連鎖故障發(fā)生的不確定因素很多,對于一個(gè)復(fù)雜電網(wǎng)試圖通過數(shù)值計(jì)算程序?qū)Ω鞣N擾動場景下的連鎖故障模式進(jìn)行詳細(xì)的模擬搜索并保存這些模式,通過預(yù)防控制措施加以防治的想法是不切實(shí)際的。由于模式的組合數(shù)量、預(yù)防控制的代價(jià)、電力市場環(huán)境等諸多因素的影響,有必要對連鎖故障的影響因素進(jìn)行探討,通過概率模型進(jìn)行分析然后按概率大小在允許時(shí)間內(nèi)進(jìn)行模擬搜索,這也是比較直觀可行的方法。

一、連鎖故障的影響因素

連鎖故障發(fā)生的影響因素很多,大體分來主要包括自然環(huán)境因素、設(shè)備因素、運(yùn)行狀態(tài)及人為因素等等。

1.自然環(huán)境因素。自然環(huán)境因素主要包括氣溫、風(fēng)速、大霧、雨雪、覆冰、雷電等天氣情況以及設(shè)備所處周邊環(huán)境,另外還包括地震、洪水、泥石流等難以預(yù)測的不可抗力因素。

2.設(shè)備因素。設(shè)備固有可靠性主要與設(shè)備的使用壽命及自身缺陷有關(guān),設(shè)備可靠性隨使用時(shí)間的延長而下降是其自然磨損造成的,而設(shè)備的固有缺陷只有在各種偶然因素都具備的情況下才會表現(xiàn)出來。

3.運(yùn)行狀態(tài)因素。系統(tǒng)運(yùn)行方式影響系統(tǒng)的安全性,由于元件故障或設(shè)備計(jì)劃檢修而停運(yùn),從而改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式。本來正常運(yùn)行方式不會產(chǎn)生很大影響的故障,可能會在特殊運(yùn)行方式下誘發(fā)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致大停電發(fā)生。另外在設(shè)備元件固有可靠性不變的情況,變電站運(yùn)行方式的變化也可影響線路運(yùn)行的可靠性。負(fù)荷水平影響故障發(fā)生概率及系統(tǒng)安全是公認(rèn)的事實(shí),隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而不斷增長的電力負(fù)荷以及電力市場的逐步建立,造成我國電力系統(tǒng)經(jīng)常處于上限運(yùn)行狀態(tài)。因此負(fù)荷水平的影響就愈顯重要,不僅要考慮當(dāng)前負(fù)荷水平,還要考慮未來負(fù)荷的變化情況。

4.人為因素。人為因素主要是指調(diào)度人員調(diào)度管理不當(dāng)或操作人員誤操作以及人為的非法破壞行為,這與工作人員的素質(zhì)高低及所處環(huán)境的治安狀況有關(guān)。

二、開斷概率分析模型

首先說明一點(diǎn),這里討論的概率模型暫不考慮上節(jié)提到的難以預(yù)測的不可抗力因素及人為因素。電力系統(tǒng)設(shè)備可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備有其固有的設(shè)備故障率,二次設(shè)備的故障將影響到一次設(shè)備的正常運(yùn)行,電力系統(tǒng)連鎖故障最終體現(xiàn)是一次設(shè)備的相繼停運(yùn),從而造成重大損失。因此我們首先確定一次設(shè)備的故障概率,再用二次設(shè)備的故障概率對其進(jìn)行修正,最終得出一次設(shè)備的非正常停運(yùn)概率即開斷概率。

(一)功能組。電力系統(tǒng)中的一次設(shè)備元件以斷路器或打開的隔離開關(guān)為分界可劃分成功能組。這里所說的功能組可定義為根據(jù)其聯(lián)接結(jié)構(gòu)及保護(hù)策略,一起參與運(yùn)行、出現(xiàn)故障時(shí)一起退出的一組元件。每個(gè)功能組的故障概率約等于所包括元件的故障率之和,即:(1)

在分析開斷概率時(shí)作為一個(gè)整體來分析,從而減少數(shù)據(jù)量。由于運(yùn)行方式的變化,其組合也會發(fā)生相應(yīng)的變化。元件的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),可根據(jù)更新數(shù)據(jù)快速調(diào)整功能組的劃分,而不必完全重新搜索,則可進(jìn)一步節(jié)省掃描時(shí)間。

(二)一次設(shè)備故障率。先根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到一次設(shè)備元件的故障率P0。該值是各種因素共同作用的結(jié)果,首先考慮運(yùn)行方式對它的影響。通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?把當(dāng)前運(yùn)行方式下的系統(tǒng)劃分成功能組,根據(jù)式(1)得到功能組的故障率P1。就自然環(huán)境因素而言,P1應(yīng)與各影響因素的均值相對應(yīng),也就是說各種因素應(yīng)該以其均值為基點(diǎn)修正故障率得到P2。P2可看成以環(huán)境惡劣程度z為自變量的一個(gè)正的非減函數(shù)F(z),環(huán)境惡劣程度是包含各種自然因素的綜合指標(biāo),需要指出的是該指標(biāo)并不完全隨自然條件測量值大小而增減,而是從其影響程度來考慮。比如,在下毛毛雨時(shí)容易引起絕緣子串閃絡(luò),并不是雨下得越大就表示惡劣程度越高。

最后考慮負(fù)荷因素的影響得到故障率P3,P3可看成以負(fù)荷f為自變量的一個(gè)正的非減函數(shù)F(f)。設(shè)備的絕緣性能及過負(fù)荷能力隨使用時(shí)間增加而降低,因此設(shè)備的使用時(shí)間是影響曲線斜率的因素之一。P2對應(yīng)于歷史平均負(fù)荷,Frated表示額定容量。高于額定容量時(shí)故障率隨負(fù)荷迅速上升,達(dá)到一定限額時(shí)故障率可視為1。

(三)二次設(shè)備故障率。二次設(shè)備對一次設(shè)備造成停運(yùn)影響的故障主要是隱性故障。所謂隱性故障是指系統(tǒng)內(nèi)某事件發(fā)生后,由于配置不當(dāng)、硬件損壞等原因造成的保護(hù)裝置缺陷導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動。它是保護(hù)裝置中存在的一種永久性缺陷,這種缺陷只有在系統(tǒng)發(fā)生故障等不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)才會表現(xiàn)出來,其直接后果是導(dǎo)致被保護(hù)元件的錯(cuò)誤斷開。

對于一個(gè)交直流系統(tǒng),由于交流系統(tǒng)的故障可能引發(fā)直流系統(tǒng)的換相失敗故障,直流系統(tǒng)發(fā)生故障以及系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行期間,其暫態(tài)過程非常復(fù)雜,并且會對交流側(cè)系統(tǒng)的保護(hù)造成影響。自2003年5月至今中國南方電網(wǎng)至少發(fā)生該類故障16次。

(四)一次設(shè)備的非正常停運(yùn)概率。綜合以上分析,一次設(shè)備的非正常停運(yùn)概率即為:

P=P3+PS (2)

總的概率分析流程如圖1所示。在連鎖故障模擬中即可按此概率確定開斷順序,搜索連鎖故障路徑。

圖1概率分析流程圖

由于連鎖故障的影響因素很多,對于一個(gè)復(fù)雜電網(wǎng),需要考慮的開斷元件也很多,即使按功能組考慮,用常規(guī)的概率分析方法計(jì)算量仍然很大,因此必須采用更有效的分析工具。證據(jù)理論、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)都是處理不確定性問題的有效方法。可以在綜合多個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)與知識后給出決策。

三、結(jié)論

電本文從定性角度給出了一個(gè)模型框架,基本考慮了各種不確定因素,提出了將開斷概率分為一次設(shè)備故障率和二次設(shè)備故障率,并將一次設(shè)備劃分成功能組,減少數(shù)據(jù)處理的工作量。如何利用目前的分析方法加深對連鎖故障的認(rèn)識,進(jìn)一步探索規(guī)律,充分利用已經(jīng)取得的結(jié)論構(gòu)建具有突破性意義的量化分析模型才是問題的關(guān)鍵所在,這些將有待于電力研究工作者的共同努力。