曹亮，靳丹，馬志程，楊鵬

基于連鎖故障停電的甘肅省電網(wǎng)拓撲分析

曹亮，靳丹，馬志程，楊鵬

20世紀90年代以來，各國先后發(fā)生了多次大規(guī)模的停電事故，包括國外美加大停電、國內(nèi)華東電網(wǎng)事故等，都造成了非常嚴重的損失。大規(guī)模連鎖停電事故是復雜電力網(wǎng)絡(luò)的一個重要缺陷，它的預防以及應急處理將減少因為大停電造成的巨量負荷損失以及進一步的經(jīng)濟損失。通過對甘肅電網(wǎng)的拓撲信息的行整理和簡化，其基礎(chǔ)上建立一個針對連鎖停電事故的電力網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，并分析其發(fā)生大規(guī)模連鎖停電事故的可能性。實驗結(jié)果表明，甘肅省電網(wǎng)存在發(fā)生大規(guī)模連鎖停電事故的隱患。

連鎖性故障；甘肅省電網(wǎng)；拓撲分析

0 引言

20世紀90年代以來，各國先后發(fā)生了多次大規(guī)模的停電事故。例如，1996年8月美國WSCC電網(wǎng)大停電，影響750萬客戶斷電，損失負荷3000萬千瓦；2003年8月美國東北部的大停電，影響5000萬人口和6200萬千瓦的負荷損失；2006年7月1日，我國華東電網(wǎng)失穩(wěn)震蕩，負荷損失380萬千瓦。由此可見，大規(guī)模停電事故的發(fā)生是客觀存在的事實[1]。

連鎖性故障（Cascading Failure）通常是造成電力系統(tǒng)大停電故障傳播的主要起因。所謂連鎖性故障，指的是這樣一種情況：在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，某一部分的故障會連續(xù)的觸發(fā)其余部分的故障。連鎖性故障會發(fā)生很多場景中，諸如電力傳輸網(wǎng)絡(luò)、計算機網(wǎng)絡(luò)、金融、人的身體系統(tǒng)等等。在電力網(wǎng)絡(luò)中，連鎖性故障一般的起因是網(wǎng)絡(luò)中某個電力元件發(fā)生了故障，導致這個電力元件完全無法工作或者能夠承擔的電力負荷變小。那么原本流向這個電力元件的負荷就會被轉(zhuǎn)嫁到相鄰的電力元件去，而這些相鄰的電力元件可能就會因此而過載，繼而發(fā)生故障，最終導致故障不斷的連鎖觸發(fā)一片區(qū)域的電力元件全部故障，因而大停電也就發(fā)生了。

雖然大停電是不多見的，但大停電事故的統(tǒng)計數(shù)字表明，停電的風險不可小視。因此，本文針對連鎖性故障發(fā)生的可能性，進而分析甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。本文的目標是通過對甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的建模和分析，了解和熟悉甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，找到影響發(fā)生連鎖性故障的因素，并在后續(xù)工作中達到預防連鎖性故障或者減小連鎖性故障影響的目的。

1 電網(wǎng)拓撲數(shù)據(jù)預處理

甘肅省電力網(wǎng)絡(luò)拓撲信息由甘肅省電力公司信息通信公司提供。原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為點線對形式，在數(shù)據(jù)庫中的表項為[OID，CONNECTIVITYNODEID，CONDUCTING EQUIPMENTID]，CONNECTIVITYNODEID為線節(jié)點，C ONDUCTINGEQUIPMENTID為設(shè)備節(jié)點。原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量極為龐大，總共將近有百萬條點線對記錄。如果對這些所有數(shù)據(jù)構(gòu)成的拓撲結(jié)構(gòu)進行分析的話，顯然計算量極為龐大，而且計算時間不可接受。因此，需要對這些原始數(shù)據(jù)進行一定的處理和簡化。其中，由于數(shù)據(jù)中實際有出現(xiàn)線節(jié)點連接多個設(shè)備節(jié)點的情況，將所有線節(jié)點和設(shè)備節(jié)點在分析時不做區(qū)分。

首先，根據(jù)原始的所有點線對數(shù)據(jù)，我們可以建立一個最初始的電網(wǎng)模型，即一張圖。這個電網(wǎng)模型是最真實的，因為它就是實際電網(wǎng)的拓撲。但是它不適合分析，所以需要對這一初始模型做出一些處理和簡化。

A Cascading Failure-based Topological Analysis of Gansu Province Power Grid

Cao Liang1, Jin Dan2, Ma Zhicheng2, Yang Peng2
(1. School of Software ,Shanghai Jiao Tong University, Shanghai200240,China; 2. Information And Communication Company, State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou730050,China)

Since the 1990s, numerous large-scale blackouts have occurred successively in many countries, including the 8-14 blackout in USA and Canada, east China power grid accidents, which have brought very serious losses. Large-scale blackouts are an important drawback in complex power grid. Its prevention and emergency treatment will reduce the huge amount of load loss and further economic damage caused by the large-scale blackout. Here the paper build a power grid model for cascading failures based on Gansu province’s power grid topological information which will be preprocessed and simplified. This model is used to analysis the probability of large-scale blackout occurred in Gansu province power grid. The experimental results show that Gansu province power grid exist potential risk for large-scale blackout.

Cascading Failures; Gansu Province Power Grid; Topological Analysis

TP311

A

1007-757X(2015)01-0022-03

國家電網(wǎng)甘肅電力合作項目（52272313507D）

曹 亮（1989-），男，江蘇，上海交通大學軟件學院，碩士研究生，研究方向：智能電網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析，上海，200240

靳 丹（1975-），男，甘肅，國網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，教授級高工，總工程師，研究方向：智能電網(wǎng)，信息技術(shù)，蘭州，730050

馬志程（1969-），男，甘肅，國網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，教授級高工，主任，研究方向：智能電網(wǎng)，自動化技術(shù)，蘭州，730050

楊 鵬（1981-），男，甘肅，國網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，高級工程師，研究方向：協(xié)議分析，信息技術(shù)，蘭州，730050