楊太華，汪 洋，王素芳

(上海電力學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200090)

近年來(lái)，由于多種原因，國(guó)內(nèi)外區(qū)域電網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生，特別是此次日本大地震及引發(fā)的海嘯和核電事故，造成了災(zāi)難性的后果［1-7］.

這些事故引起的原因是多方面的，如何借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，識(shí)別各種安全風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)的對(duì)策措施，是目前電網(wǎng)建設(shè)迫切需要解決的問(wèn)題.

1 復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)的形成與近年來(lái)的重大停電事故

1.1 復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)的形成

為了使資源得到合理利用，保證經(jīng)濟(jì)和社會(huì)安全，區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)正逐漸從電能的自我平衡向國(guó)家互聯(lián)和跨國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展.1951年，西歐國(guó)家成立了歐洲發(fā)輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟(Union for the Coordination ofProduction and Transmission of Electricity，UCPTE)電網(wǎng)系統(tǒng);1992年，東歐的波蘭、捷克、斯洛伐克和匈牙利4國(guó)成立CENTREL聯(lián)合電網(wǎng)系統(tǒng).1995年10月，CENTREL電網(wǎng)與西歐電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并迅速擴(kuò)展到東歐的其他國(guó)家，以輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟(Union for the Coordination of Transmission of Electricity，UCTE)電網(wǎng)取代了UCPTE電網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了跨歐洲同步互聯(lián)系統(tǒng)(Trans European Synchronously International System)，與包括俄羅斯、烏克蘭、白俄羅斯等國(guó)實(shí)施統(tǒng)一電網(wǎng)系統(tǒng)(Unified Power System，UPS)的設(shè)想.1993年中東及沿地中海各國(guó)開始實(shí)施互聯(lián)電網(wǎng)，1994年非洲各國(guó)開始實(shí)施互聯(lián)電網(wǎng)，1999年?yáng)|南亞各國(guó)提出了互聯(lián)電網(wǎng)的設(shè)想，世界其他地區(qū)先后實(shí)施了跨地區(qū)和跨國(guó)家的互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng).由此可見，這種跨區(qū)域大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的形成和發(fā)展是現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì).

在我國(guó)，由于地區(qū)能源分布、電源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異，可開發(fā)和建設(shè)的電源呈北煤西水分布，用電負(fù)荷中心主要集中在東部和南部.為了充分利用分布極不平衡的動(dòng)力資源，我國(guó)加快了區(qū)域電網(wǎng)間、區(qū)域電網(wǎng)與省電網(wǎng)間聯(lián)網(wǎng)工程的建設(shè)，形成了“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電網(wǎng)格局.電力網(wǎng)絡(luò)的形成，一方面提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一方面也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，任何局部安全事故都可能使系統(tǒng)受到擾動(dòng)而波及范圍更廣的相鄰電網(wǎng)，造成的后果更加嚴(yán)重.

1.2 近年來(lái)重大停電事故

近年來(lái)，世界各地發(fā)生的重大停電事故如表1所示.

表1 近年來(lái)世界各地發(fā)生的重大停電事故

2 電網(wǎng)系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性

2.1 復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性

復(fù)雜系統(tǒng)研究始于20世紀(jì)80年代，1998年兩位年輕的物理學(xué)家(WATTSD J和STRONGATZ S H)在Nature上發(fā)表了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的一篇論文［6］，1999年 BARABASI A L 和 ALBERT R在Science上也發(fā)表了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的論文［7］，這兩篇論文引發(fā)了關(guān)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮［8］.近年來(lái)，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的研究正處于蓬勃發(fā)展的階段［6-18］，其中，“小世界”(Small-world)網(wǎng)絡(luò)模型是一個(gè)新興的熱點(diǎn).在對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的過(guò)程中，WATTS和STROGATZ提出了小世界網(wǎng)絡(luò)模型［4］.與隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，小世界網(wǎng)絡(luò)具有相似的特征路徑長(zhǎng)度、很大的聚類系數(shù).它廣泛存在于生物學(xué)領(lǐng)域中的神經(jīng)系統(tǒng)、基因網(wǎng)絡(luò)，以及社會(huì)領(lǐng)域中的科學(xué)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)、人際關(guān)系網(wǎng)中.在一些人工建造的物理系統(tǒng)中，例如世界航空網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等也呈現(xiàn)出小世界特性［8］.另外，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究中，很多大型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)都呈現(xiàn)出無(wú)標(biāo)度(Scalefree)特性.這種無(wú)標(biāo)度特性使得節(jié)點(diǎn)度數(shù)的概率分布表現(xiàn)出冪律形式，即P(k)～k 為了解釋這種冪分布規(guī)律，BARABASI和ALBERT構(gòu)建了一種無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型［8，9］，用無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)自組織的兩個(gè)重要因素——增長(zhǎng)和擇優(yōu)連接——解釋這種無(wú)標(biāo)度特征.

實(shí)際上，從1882年法國(guó)人德波列茨M建成世界上第一個(gè)電力系統(tǒng)雛形到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的形成，電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成為世界上規(guī)模最為龐大、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之一.以北美電網(wǎng)2003年數(shù)據(jù)為例［8］，115～765 kV電網(wǎng)中就擁有多達(dá)14 099個(gè)變電站和19 657條支路.研究表明，美國(guó)西部電網(wǎng)就是一個(gè)小世界網(wǎng)絡(luò)，其高壓電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布服從冪律形式［7］，其冪指數(shù) γ=4.0.從1995和2002年全國(guó)電力網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)度分布統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，處在“尾部”的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)剛好落在雙對(duì)數(shù)平面的一條直線上，γ分別等于4.9和5.2.

網(wǎng)絡(luò)的小世界特性和無(wú)標(biāo)度特性并不完全沖突，小世界特性主要反映節(jié)點(diǎn)間聯(lián)系的緊密程度;而無(wú)標(biāo)度特性反映的是節(jié)點(diǎn)邊的分布特性，兩者的側(cè)重點(diǎn)不同.復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)傳播的是電能，如果從網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)角度看，各種網(wǎng)絡(luò)故障在具有小世界特性的電力網(wǎng)絡(luò)上的傳播將會(huì)是十分迅速的.這是因?yàn)樾∈澜珉娏W(wǎng)所特有的較短特征路徑長(zhǎng)度和較高聚類系數(shù)，對(duì)故障的傳播起推波助瀾的作用［8］.由于聚類系數(shù)對(duì)應(yīng)著故障傳播的廣度，特征路徑長(zhǎng)度代表著故障傳播的深度，而特征路徑越短，故障在網(wǎng)絡(luò)中傳播的深度就越深.小世界網(wǎng)絡(luò)兼具大的深度和寬的廣度，所以傳播的速度和影響范圍要大大高于相應(yīng)的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò).這就意味著一旦電力系統(tǒng)中某一元件發(fā)生故障，就很有可能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)快速蔓延，如果沒有及時(shí)有效的預(yù)防和控制手段，即使是微小的局部故障都有可能演化為惡性的重大故障，從而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的崩潰.電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面:

(1)系統(tǒng)龐大 電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模大，規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)大，主要表現(xiàn)為投資規(guī)模大，分布范圍廣;

(2)組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜 主要是發(fā)電系統(tǒng)、輸電網(wǎng)系統(tǒng)和變電系統(tǒng)的組成較為復(fù)雜;

(3)節(jié)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)行為復(fù)雜 節(jié)點(diǎn)的度數(shù)、介數(shù)與電壓等級(jí)之間存在非線性關(guān)系;

(4)電力故障具有不確定性 主要表現(xiàn)為影響因素復(fù)雜，故障類型多樣;

(5)結(jié)構(gòu)時(shí)空演化復(fù)雜 電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)在時(shí)空規(guī)劃發(fā)展上具有不確定性;

(6)事故時(shí)空分布不確定 電網(wǎng)系統(tǒng)存在一定的脆弱性及在時(shí)空連鎖變化上的復(fù)雜多變性.

2.2 復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)安全事故的自組織臨界性

近年來(lái)，復(fù)雜系統(tǒng)理論中自組織理論成為研究的熱點(diǎn)［6］.自組織理論認(rèn)為，客觀存在的系統(tǒng)是開放系統(tǒng).對(duì)于開放系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于與外界環(huán)境存在著物質(zhì)、能量和信息的交換，受外界環(huán)境的影響，系統(tǒng)有可能從無(wú)序態(tài)向著有序態(tài)方向發(fā)展，也可能從某一個(gè)有序態(tài)向另一種新的有序態(tài)方向發(fā)展，從而自發(fā)地形成宏觀的有序現(xiàn)象.自組織臨界性(Self-Organized Criticality，SOC)是丹麥科學(xué)家PER Bak等人在1987年提出的［15］，主要用以解釋廣義耗散動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的行為特征.按照自組織理論，在臨界狀態(tài)下，小事件會(huì)引起連鎖反應(yīng)，甚至能對(duì)系統(tǒng)中任何數(shù)目的組元產(chǎn)生影響，最終形成宏觀規(guī)模的連鎖反應(yīng)，這是自組織臨界系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的本質(zhì).能說(shuō)明這一現(xiàn)象的最簡(jiǎn)單例子可能是沙堆模型(Sandpile)［8-16］.沙子的沉積最終使系統(tǒng)演化到一個(gè)臨界狀態(tài)，系統(tǒng)恰好處于穩(wěn)定性的邊緣上，此時(shí)每增加一粒沙子就有可能產(chǎn)生具有各種時(shí)間和空間尺度的沙堆坍塌，它滿足冪定律分布:

式中:s——一次雪崩涉及的空間尺寸;

D(s )——這種空間尺寸雪崩出現(xiàn)的概率;

γ——冪指數(shù)，γ =1.1.

當(dāng)沙堆的斜率小于閾值時(shí)，只可能有比較小的雪崩，大的雪崩很少，而從頂部一直滑落到底部的雪崩可能根本不會(huì)有;反之，當(dāng)沙堆的斜率大于閾值時(shí)，大的雪崩很多，而小的雪崩很少;只有當(dāng)沙堆的斜率等于閾值時(shí)，各種大小的雪崩才會(huì)出現(xiàn)，而且不同的雪崩尺寸出現(xiàn)的概率服從上面所示的規(guī)律.達(dá)到這樣的狀態(tài)以后，系統(tǒng)的時(shí)空動(dòng)力學(xué)行為不再具有特征時(shí)間和特征空間尺度，而表現(xiàn)出覆蓋整個(gè)系統(tǒng)的滿足冪定律分布的時(shí)空關(guān)聯(lián)，它包括4種現(xiàn)象，即:突變事件的規(guī)則性，分形，1/f噪音，標(biāo)度律［8］.在宏觀表現(xiàn)上，小事件的發(fā)生概率比大事件大，但大小事件都起源于同一機(jī)理，也就是說(shuō)外界一系列的微小擾動(dòng)都有可能使系統(tǒng)發(fā)生大大小小的“雪崩”事件.如果這些雪崩事件在空間上表現(xiàn)出分形結(jié)構(gòu)，在時(shí)間上出現(xiàn)1/f噪音，即出現(xiàn)時(shí)空冪律(Power-law)分布，則表明系統(tǒng)呈現(xiàn)自組織臨界性.

CARRERAS B，NEWMAN D，DOBSON I等人最先將自組織臨界理論引入電網(wǎng)大停電機(jī)理研究［17］.在分析了北美地區(qū)停電事故數(shù)據(jù)后認(rèn)為，停電規(guī)模的概率分布服從冪指數(shù)律，并初步證明了北美電網(wǎng)具有自組織臨界特性.然后對(duì)比了電網(wǎng)和沙堆模型的行為特征，發(fā)現(xiàn)二者具有高度一致性，并從物理學(xué)角度解釋了這種相似性，如表2所示.

表2 電網(wǎng)系統(tǒng)與沙堆模型的相似性

我國(guó)學(xué)者也相繼開展了電網(wǎng)系統(tǒng)的自組織臨界特性研究［12-18］.研究表明:停電事故的自組織臨界特性客觀存在.通過(guò)同一“標(biāo)度-頻度”的比較，發(fā)現(xiàn)東北與西北電網(wǎng)的冪律值相近，華中與南方電網(wǎng)的冪律值相近.運(yùn)用自組織臨界性理論，可以得出電網(wǎng)大停電的兩個(gè)基本特征:時(shí)間尺度上的l/f噪音效應(yīng)和大停電規(guī)模分布演化的自相似性(分形).

3 復(fù)雜電網(wǎng)連鎖故障安全風(fēng)險(xiǎn)模型

電力系統(tǒng)連鎖故障是造成電網(wǎng)停電事故的重要原因之一，也是研究電網(wǎng)故障機(jī)理和安全風(fēng)險(xiǎn)的熱點(diǎn).連鎖故障(cascading failure)又稱連鎖停運(yùn)(cascading outage)，根據(jù)北美電力系統(tǒng)可靠性委員會(huì)(NERC)的定義，連鎖故障是指系統(tǒng)中兩個(gè)或多個(gè)元件相繼停運(yùn)的故障情況.換句話說(shuō)，電力系統(tǒng)中第1個(gè)元件的失效引起第2個(gè)元件失效，而第2個(gè)元件的失效又引起第3個(gè)元件失效，以此類推.事實(shí)上，電網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)及演化規(guī)律具有內(nèi)在的本質(zhì)特性，一旦確定下來(lái)，必然對(duì)電網(wǎng)的性能及安全性產(chǎn)生深刻的影響.隨著區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一些偶然性因素的相互疊加總是超出了人們的預(yù)測(cè)和實(shí)際的可控范圍，常規(guī)的N-1或N-k規(guī)則校驗(yàn)及安全分析很難適應(yīng)這種要求.因此，迫切需要研究新的系統(tǒng)分析方法，從安全風(fēng)險(xiǎn)理論的角度來(lái)探討復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為.

目前，電力系統(tǒng)的連鎖故障分析方法除了經(jīng)典的模式搜索法外，還有基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的系統(tǒng)建模法［14-19］一一OPA模型，隱性故障模型，CASCADE模型，分支過(guò)程模型.

(1)OPA模型 由美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、威斯康星大學(xué)電力系統(tǒng)工程研究中心和Alaska大學(xué)的多位研究人員共同提出［20］.其核心是以研究負(fù)荷、發(fā)電機(jī)、傳輸能力變化為基礎(chǔ)，探討輸電系統(tǒng)系列大停電的全局動(dòng)力學(xué)行為特征.其主要思路是，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)發(fā)電能力和負(fù)荷水平不斷上升，線路潮流相應(yīng)增加，當(dāng)線路潮流接近線路傳輸極限時(shí)會(huì)以一定概率開斷，而一條線路的開斷又會(huì)導(dǎo)致其他線路潮流增加，繼而導(dǎo)致其他線路相繼開斷，最終形成連鎖故障;此外，由于過(guò)載而開斷的線路會(huì)被認(rèn)為需要進(jìn)行建設(shè)改造，以增加線路的安全性.OPA模型涵蓋了慢速和快速兩個(gè)時(shí)間量程.慢過(guò)程描述的是幾天到幾年時(shí)段內(nèi)負(fù)荷增長(zhǎng)和針對(duì)故障的電網(wǎng)性能的改善，這兩種作用力都可能將電力系統(tǒng)的自組織推向動(dòng)態(tài)平衡;快過(guò)程描述的是幾分鐘到幾小時(shí)的時(shí)段內(nèi)線路連鎖故障的大停電過(guò)程.連鎖故障研究和電力系統(tǒng)復(fù)雜性研究的時(shí)間尺度差別很大，OPA模型很好地兼顧了這兩個(gè)時(shí)間尺度.

(2)隱性故障模型 由THORP J S等人首先提出，用于研究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響.隱性故障模型［21，22］應(yīng)屬于模式搜索法的范疇.為了更好地模擬保護(hù)特性對(duì)大停電自組織臨界性的影響，CHEN Jie等人簡(jiǎn)化了隱性故障模型，采用直流潮流仿真連鎖故障過(guò)程，進(jìn)一步解釋了電力系統(tǒng)的自組織特性.電力系統(tǒng)中線路有功潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移和保護(hù)的不恰當(dāng)動(dòng)作是連鎖故障發(fā)生的主要原因，而保護(hù)系統(tǒng)中存在的隱性故障則直接推動(dòng)了連鎖故障的發(fā)生.隱性故障是指保護(hù)裝置中存在的一種永久缺陷，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(huì)表現(xiàn)出來(lái)，其直接后果是被保護(hù)元件錯(cuò)誤斷開.電力系統(tǒng)的隱性故障通常由其他事件觸發(fā)，發(fā)生頻率不高，但其后果可能很嚴(yán)重.

(3)CASCADE模型 用以模擬連鎖故障下系統(tǒng)可靠性不斷被削弱的過(guò)程.CASCADE模型［23］是抽象概率模型，所模擬的系統(tǒng)最初具有n個(gè)相同的元件，各元件具有隨機(jī)初始負(fù)荷L，所有初始負(fù)荷均勻分布于區(qū)間［Lmin，Lmax］內(nèi).當(dāng)元件的負(fù)荷大于閾值Lfail時(shí)元件發(fā)生故障，該元件所承載的一部分負(fù)荷P轉(zhuǎn)移至其他未發(fā)生故障的元件，導(dǎo)致其他元件由于過(guò)負(fù)荷而發(fā)生故障，由此引發(fā)連鎖故障過(guò)程.研究表明，只要選擇恰當(dāng)?shù)呢?fù)荷水平，該模型所產(chǎn)生的故障元件數(shù)的概率分布會(huì)呈現(xiàn)出與NERC歷史故障數(shù)據(jù)概率分布相似的冪律分布特征.

(4)分支過(guò)程模型 與CASCADE模型相似，分支過(guò)程模型［24］的分支過(guò)程引入?yún)?shù)λ，給出了連鎖故障傳播定量分析方法，簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)模型.Galton-Watson分支過(guò)程認(rèn)為，故障由進(jìn)程產(chǎn)生，每個(gè)進(jìn)程的故障按照概率分布進(jìn)一步獨(dú)立地產(chǎn)生故障.分支過(guò)程是短暫的離散時(shí)間馬爾科夫過(guò)程，其行為由參數(shù)λ控制.第k階段的平均故障數(shù)目是 θλk－1.次臨界狀態(tài) λ ＜1，故障消失階段的平均故障數(shù)目呈幾何數(shù)下降.超臨界狀態(tài)λ＞1，盡管這個(gè)過(guò)程有可能會(huì)被停止，但故障通常是無(wú)止境增長(zhǎng)的.對(duì)于普通的分支過(guò)程(假定不是每個(gè)故障引發(fā)的后繼故障都符合泊松分布)，在臨界點(diǎn)上，故障數(shù)的概率分布呈現(xiàn)指數(shù)為－1.5的冪律，分支過(guò)程中這一冪律普遍性是連鎖故障的直接表現(xiàn).

此外，在傳統(tǒng)OPA模型的基礎(chǔ)上，還衍生出了多種連鎖故障模型［25］，如:基于交流潮流的Manchester模型;基于最優(yōu)交流潮流(OPF)的OPA模型;以網(wǎng)絡(luò)平均連通度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的連鎖故障模型等.

4 復(fù)雜電網(wǎng)大停電事故風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防

現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)系統(tǒng)與外在環(huán)境具有密切的聯(lián)系，它隨時(shí)可能遭受來(lái)自自然災(zāi)害或人為因素的干擾和破壞，要完全防止事故的發(fā)生是不可能的.事實(shí)上，每次大停電事故都存在一定的內(nèi)在演化規(guī)律，可以劃分成若干階段，每個(gè)階段又都存在著終止多米諾骨牌效應(yīng)的幾率，只是未能及時(shí)把握住而已.若能有效地掌握導(dǎo)致災(zāi)變的全局特性的規(guī)律和機(jī)理，就能針對(duì)各個(gè)演化階段的特點(diǎn)，優(yōu)化和統(tǒng)籌各階段的對(duì)策.

目前，國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)多采用確定性的安全校驗(yàn)方法來(lái)預(yù)防電力系統(tǒng)發(fā)生連鎖反應(yīng)事故，即利用潮流、穩(wěn)定計(jì)算檢驗(yàn)是否會(huì)發(fā)生連鎖性大面積停電事故，從而提出預(yù)防措施.國(guó)外不少電網(wǎng)(如美國(guó)的BPA)及我國(guó)現(xiàn)行的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》都是這種模式［26，27］.《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》定義了經(jīng)典的“三道防線”概念，旨在不同的時(shí)刻通過(guò)不同的手段預(yù)防連鎖故障的發(fā)生，降低故障損失.在一般故障發(fā)生時(shí)，由第1道防線保證不中斷供電;在嚴(yán)重故障發(fā)生時(shí)，由第2道防線保證系統(tǒng)完整性;在發(fā)生特別嚴(yán)重的故障時(shí)，由第3道防線確保系統(tǒng)解列后盡量減少大停電的規(guī)模和時(shí)間.第1道防線中，除了系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行優(yōu)化外，還需要考慮繼電保護(hù)特性;第2道防線由區(qū)域型緊急控制裝置組成;第3道防線包含振蕩解列和低頻/低壓切負(fù)荷等分散控制(第3道防線的目標(biāo)是針對(duì)那些難以預(yù)計(jì)的復(fù)雜故障).

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)(Ethemet)正逐步取代工業(yè)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線，特別是智能電網(wǎng)的發(fā)展，將引起電網(wǎng)系統(tǒng)新的革命.許多地區(qū)在高壓變電站間鋪設(shè)了SDH(Synchronous Digital Hierarchy)光纖環(huán)網(wǎng)，可將信號(hào)傳輸延時(shí)控制在4 ms以內(nèi).目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了由快速保護(hù)、安全自動(dòng)控制和緊急控制，以及系統(tǒng)振蕩檢測(cè)構(gòu)成的廣域保護(hù)系統(tǒng)［26，27］，以滿足“三道防線”的要求.該系統(tǒng)基于以太網(wǎng)和SDH光纖環(huán)網(wǎng)的廣域保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)，采用分布式控制模式.也有學(xué)者提出自愈(Self-healing)電網(wǎng)控制的概念，認(rèn)為電力系統(tǒng)的自愈控制可以滿足兩個(gè)條件:一是及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷和消除故障隱患;二是具有在故障情況下維持系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的能力，不造成系統(tǒng)的運(yùn)行損失.

依托先進(jìn)的信息技術(shù)和SCADA/EMS技術(shù)，可以采用快速分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和慢速全局控制相結(jié)合的策略，建立智能電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)“2-3-6”控制框架，以防范停電事故的發(fā)生是未來(lái)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展的趨勢(shì).最新研究成果表明，發(fā)生故障時(shí)，快速準(zhǔn)確的保護(hù)動(dòng)作可以防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大;建立一個(gè)基于廣域網(wǎng)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控測(cè)量、保護(hù)和安全控制系統(tǒng)，可以從根本上預(yù)防由電網(wǎng)連鎖故障引起的停電事故［28］.

5 結(jié)語(yǔ)

電力網(wǎng)絡(luò)的形成，一方面提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一方面也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性.任何局部安全故障都可能使系統(tǒng)受到擾動(dòng)而波及范圍更廣的相鄰電網(wǎng)，且造成的電網(wǎng)事故后果更加嚴(yán)重.在復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空演化中，包括安全事故引起的大停電機(jī)理及其演化特征在內(nèi)的復(fù)雜性，是迄今尚未解決的一大難題.因此，電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性給復(fù)雜性科學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)等交叉科學(xué)提出了一系列極富挑戰(zhàn)性的新課題.

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