崔沙沙（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司澤州縣供電公司，山西 晉城 048000）

對(duì)電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估方法的探討

崔沙沙
（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司澤州縣供電公司，山西 晉城 048000）

目前世界上許多國(guó)家的研究者們還在一直研究著對(duì)電力系統(tǒng)脆弱性的評(píng)估方法，現(xiàn)有的評(píng)估方法多是從某個(gè)角度評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)的安全狀態(tài)，尚未從整體反應(yīng)出電力系統(tǒng)的安全狀態(tài)。因此，能夠用于指導(dǎo)并控制實(shí)時(shí)的電力系統(tǒng)評(píng)估方法有待于進(jìn)一步的研究。

電力系統(tǒng)；脆弱性；評(píng)估方法

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生了數(shù)次大停電事故多數(shù)是由于系統(tǒng)發(fā)生連鎖故障而引起的，這些事故不但帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，更影響了人們正常的生活。因此，對(duì)電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估方法的研究具有不可計(jì)量的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)踐運(yùn)用價(jià)值。

一、電力系統(tǒng)脆弱性的定義

近些年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，其復(fù)雜性和隨機(jī)性隨之加大。傳統(tǒng)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法難以直接迅速地得到關(guān)于故障的準(zhǔn)確判斷，從而造成難以及時(shí)有效地解決電力故障的問(wèn)題，最終導(dǎo)致大量電力資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。一位著名的外國(guó)學(xué)者曾把電力系統(tǒng)的脆弱性定義為：人為的不合理、不恰當(dāng)操作影響了電力系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)組成部分以及整個(gè)工作網(wǎng)絡(luò)正常能力的發(fā)揮，這種現(xiàn)象很可能會(huì)引發(fā)大面積的停電危險(xiǎn)，這種危險(xiǎn)一旦暴露出來(lái)，正常的供電能力就得不到保障，主要內(nèi)容分為以下四個(gè)部分：計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)、識(shí)別事件、分析網(wǎng)絡(luò)、決策網(wǎng)絡(luò)。在學(xué)術(shù)方面，電力系統(tǒng)的脆弱性也可以理解為電力系統(tǒng)安全性的拓展內(nèi)容，從系統(tǒng)整體脆弱性角度出發(fā)來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的安全性，有巨大的理論研究前景。還有學(xué)者基于電力系統(tǒng)脆弱性提出了電力系統(tǒng)防御體系，研發(fā)了分多層次控制整體的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這一現(xiàn)象不難看出，對(duì)電力系統(tǒng)脆弱性的評(píng)估還是任重而道遠(yuǎn)的。

二、電力系統(tǒng)脆弱性的原因分析

最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)脆弱的原因是多方面的。例如，不可避免的自然災(zāi)害，電力系統(tǒng)內(nèi)部的組成單位，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通訊系統(tǒng)的故障，操作人員的失誤，不準(zhǔn)確的安全評(píng)估，電力市場(chǎng)的惡性競(jìng)爭(zhēng)，違法分子的刻意搗亂。國(guó)外學(xué)者根據(jù)來(lái)源，將脆弱性原因劃分為外部原因和內(nèi)部原因。

1 外部原因

（1）自然災(zāi)害和天氣狀況：地震、海嘯、火災(zāi)、風(fēng)暴、洪水、沙塵暴等自然因素；（2）人為因素：人為對(duì)系統(tǒng)設(shè)置的錯(cuò)誤，操作員系統(tǒng)操作的失誤，不法人員蓄意破環(huán)。

2 內(nèi)部原因

（1）系統(tǒng)內(nèi)部組成單位的問(wèn)題：現(xiàn)實(shí)工程中的經(jīng)驗(yàn)顯示有三個(gè)元件經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線；（2）相應(yīng)的控制保護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有正常發(fā)揮作用，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各個(gè)安全保護(hù)系統(tǒng)相互影響，導(dǎo)致最后沒(méi)有及時(shí)發(fā)揮功效，導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因是保護(hù)系統(tǒng)的內(nèi)部隱性故障；（3）通信系統(tǒng)的故障，現(xiàn)實(shí)工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：整個(gè)系統(tǒng)和能量系統(tǒng)之間的聯(lián)系中斷了，導(dǎo)致自我控制的操作無(wú)法正常進(jìn)行，信息系統(tǒng)堵塞，外部信息入侵造成通信系統(tǒng)混亂無(wú)法正確識(shí)別等；（4）電力系統(tǒng)自身不穩(wěn)定：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的振蕩、電壓的不穩(wěn)、長(zhǎng)短頻率變換等；（5）電力系統(tǒng)本身對(duì)建立模型、系統(tǒng)評(píng)估、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的不充分或不準(zhǔn)確；（6）電力行業(yè)的本身弱電：不能主動(dòng)加強(qiáng)技術(shù)投資建設(shè)，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)閉門造車、設(shè)備更新?lián)Q代速度慢等；（7）不能有效地收集利用信息：由于系統(tǒng)中的測(cè)量類型的元件都為舊式元件，故他們無(wú)法獲得精確度高的可信信息，而只能獲得一些精確度不高的信息，甚至是錯(cuò)誤信息。此外，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，利用高新技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)破壞引起了很大的關(guān)注，例如，黑客入侵、篡改系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息和利用裝置中固有的脆弱性等，這些因素的存在都會(huì)加劇電力系統(tǒng)的脆弱性。

三、電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估方法的研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)在的學(xué)術(shù)界，許多知名專家都在研究怎樣更加準(zhǔn)確地評(píng)估電力系統(tǒng)的脆弱性，但尚未得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)脆弱性的評(píng)估方法大致可以分為如下兩大類：

1 基于概率論的評(píng)估

這類方法主要是根據(jù)電力系統(tǒng)的隨機(jī)性，而采用隨機(jī)事件發(fā)生的不確定性來(lái)進(jìn)行分析，它還可以分為基于風(fēng)險(xiǎn)理論評(píng)估和基于蒙特卡羅模擬評(píng)估。

（1）基于風(fēng)險(xiǎn)理論的評(píng)估。一般情況下，風(fēng)險(xiǎn)理論適用在災(zāi)害評(píng)估上，評(píng)估災(zāi)害發(fā)生的概率以及可能造成的嚴(yán)重后果。風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算公式為：

R（Xm，a）=∑P（Ek）﹛∑﹝P （Xk，p︱Xm，a）?S（Ek，Xm，p）﹞﹜

其中，Xm，a是m時(shí)刻系數(shù)的預(yù)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，R（Xm，a）為在預(yù)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，Xk，p是第p個(gè)可能的負(fù)荷，P（Xk，p︱Xm，a）是系統(tǒng)處于負(fù)荷的頻率，Ek是第k種故障，P（Ek）為其發(fā)生的頻率，S（Ek，Xm，p）是在第m個(gè)可能的負(fù)荷下發(fā)生第k種故障的后果。這種評(píng)估方法是針對(duì)電力系統(tǒng)某個(gè)局部的安全問(wèn)題，并不能從整體充分地反應(yīng)系統(tǒng)的安全。

（2）基于蒙特卡羅模擬評(píng)估。這種方法先把不確定性指標(biāo)確定化，接著再進(jìn)行評(píng)估狀態(tài)的工作，最后進(jìn)行結(jié)果的計(jì)算分析，從而得到最重要的結(jié)果。然后這種方法的計(jì)算公式為：W=∑[F（m）/P]，其中，W代表系統(tǒng)的脆弱性指數(shù)，m表示出現(xiàn)損失負(fù)荷大于門檻值后仍然失穩(wěn)的某次模擬，P為進(jìn)行試驗(yàn)的總次數(shù)。

2 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析的評(píng)估

一位著名的美國(guó)學(xué)者曾經(jīng)作過(guò)一個(gè)叫做小網(wǎng)絡(luò)世界的理論，這種理論認(rèn)為美國(guó)西部電網(wǎng)就是一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)，特德規(guī)模結(jié)語(yǔ)網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間。“小世界網(wǎng)絡(luò)”模型傳播路徑短、聚類系數(shù)值大，因此這種網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)故障的傳播速度會(huì)遠(yuǎn)高于正常的網(wǎng)絡(luò)，這種模式下更易發(fā)生系統(tǒng)連鎖故障?；凇靶∈澜缇W(wǎng)絡(luò)”理論的評(píng)估方法，能夠最大限度地尋找電網(wǎng)本身的脆弱性，但是它沒(méi)有充分考慮系統(tǒng)的暫態(tài)特性。

3 大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法

這種方法目前被各個(gè)行業(yè)采用，通過(guò)大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出電力系統(tǒng)出現(xiàn)脆弱性的次數(shù)以及穩(wěn)定運(yùn)行的次數(shù)，進(jìn)而對(duì)該電力系統(tǒng)的脆弱性作出一個(gè)合理的評(píng)估。

四、電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估方法的展望

對(duì)電力系統(tǒng)脆弱性的評(píng)估應(yīng)該結(jié)合傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法，再結(jié)合最新的大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，把兩者融合到一起，這樣一來(lái)，電力系統(tǒng)脆弱性的評(píng)估工作一定會(huì)再上一個(gè)新臺(tái)階。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估方法并不能滿足日益增加的需要，對(duì)其評(píng)估方法還要進(jìn)行大量的研究，最終形成能夠及時(shí)有效地體現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全指標(biāo)，而且能夠及時(shí)控制電力系統(tǒng)故障的方法，形成電力系統(tǒng)脆弱性災(zāi)變?cè)u(píng)估的完整體系。

[1]丁明，韓平平.基于小世界拓?fù)淠Ｐ偷拇笮碗娋W(wǎng)脆弱性評(píng)估[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（08）：7-10.

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