周艷峰

【摘要】 在應對大面積停電方面連鎖故障研究具有很重要的意義，而信息網(wǎng)通信光纜對電力網(wǎng)連鎖故障的影響在傳統(tǒng)連鎖故障研究中很少被考慮到。首先從信息網(wǎng)的方面出發(fā)，在直流潮流模型下，建立起信息網(wǎng)對電力網(wǎng)連鎖故障影響模型，同時以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)為例，不同信息網(wǎng)拓撲結構與通信光纜遭受隨機故障對電力網(wǎng)連鎖故障的影響。仿真結果顯示，因為信息網(wǎng)的引入，電力系統(tǒng)薄弱點變多，導致了大停電的風險上升，在信息網(wǎng)中隨著通信光纜故障規(guī)模的增大，電力網(wǎng)連鎖故障被信息網(wǎng)影響的效果從強變弱，直至穩(wěn)定。

【關鍵詞】 電力網(wǎng) 信息網(wǎng) 拓撲結構 連鎖故障 邊故障

一、信息網(wǎng)對電力網(wǎng)故障的影響分析

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大量發(fā)電機、架空輸電線路、斷路器、變壓器和負荷等組成了電力網(wǎng)；電力調度自動化網(wǎng)絡及其構成的能量管理系統(tǒng)（EMS）、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)（DMS）和廣域測量系統(tǒng)（WAMS）組成了信息網(wǎng)，其中EMS和DMS依靠由遠程終端單元（RTU）構成的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，WAMS依靠相量測量單元（PMU）?，F(xiàn)如今電力系統(tǒng)相關研究中廣泛的應用復雜網(wǎng)絡理論，電力網(wǎng)和信息網(wǎng)將在本文中被抽象成一個復雜網(wǎng)絡，電力網(wǎng)的發(fā)電站、變電站或者負荷將被看成節(jié)點，電力線被看成是邊；信息網(wǎng)中的SCADA系統(tǒng)、PMU和調度中心將被抽象為節(jié)點，通信光纜被看成是邊。

二、考慮通信光纜故障的電力網(wǎng)連鎖故障建模

發(fā)生連鎖故障的主要原因有潮流的大規(guī)模轉移和保護裝置的不正確動作，同時計算速度快和沒有收斂性問題等優(yōu)點是直流潮流算法所特有的，因此本文采用直流潮流模型對電力網(wǎng)連鎖故障建模。

當在電力系統(tǒng)里出現(xiàn)線路、變壓器過載或者發(fā)電機出力超過容量極限的情況時，系統(tǒng)需要依據(jù)網(wǎng)絡結構和參數(shù)調整發(fā)電機輸出，甚至斷掉部分負荷，用最經(jīng)濟的方式來確保電力系統(tǒng)的安全運轉。

三、通信光纜隨機故障對連鎖故障的影響

在做故障分析時，在無標度網(wǎng)絡中，調度中心設置在度數(shù)較低的信息節(jié)點上比設置在度數(shù)較高的信息節(jié)點上會使平均負荷的損失變小。這種情況的發(fā)生，是由于無標度網(wǎng)絡中節(jié)點的度分布極其不均勻，度數(shù)較低的信息節(jié)點太多，當調度中心所在的信息節(jié)點度數(shù)比較高時，信息網(wǎng)發(fā)生故障后，調度中心變?yōu)樾畔⒐聧u的機率更低，表明調度中心的調度作用更加顯著，度數(shù)較低的信息節(jié)點更可能成為信息孤島，發(fā)生錯誤調度的機率更高，因此更易發(fā)生大規(guī)模的連鎖故障。

信息網(wǎng)的平均負荷損失在其正常工作和完全崩潰時幾乎相等，但從信息網(wǎng)平均的損失負荷與其累積的概率曲線可以發(fā)現(xiàn)，兩者的特性不同。對比了信息網(wǎng)正常工作、信息網(wǎng)完全崩潰和邊故障規(guī)模ω=0.25三種情況下，損失負荷和累積概率的關系。信息網(wǎng)正常工作與其完全崩潰相比較，小規(guī)模停電事故發(fā)生的概率降低，但大規(guī)模停電事故的發(fā)生概率增加，而當信息網(wǎng)邊遭受意外故障后，停電的規(guī)模和頻率都有增加。

3.1 信息網(wǎng)拓撲結構對連鎖故障的影響

除了全局耦合網(wǎng)絡之外，在不同的信息網(wǎng)拓撲結構下，平均損失負荷故障規(guī)模的變化幅度基本相同，但是當信息網(wǎng)拓撲結構顯示為無標度網(wǎng)絡時，電力網(wǎng)的負荷損失與小世界網(wǎng)絡和規(guī)則網(wǎng)絡的相比更為嚴重。從度分布的方面來講，無標度網(wǎng)絡度分布符合冪分布，就是絕大多數(shù)節(jié)點的度相對更低，少數(shù)節(jié)點的度比較大，度分布缺少明顯的特征長度，但是小世界網(wǎng)絡和規(guī)則網(wǎng)絡的度分布都集中在平均度的周圍，規(guī)則網(wǎng)絡的節(jié)點度相同。

因為無標度網(wǎng)絡中度相對低的節(jié)點數(shù)量很多，在遭遇邊故障時，更容易出現(xiàn)孤立的節(jié)點，即出現(xiàn)信息孤島，電力網(wǎng)中的孤島也會更多。所以，在其遭遇邊故障時平均損失負荷更大。

與此同時，隨著節(jié)點度數(shù)的增加，規(guī)則網(wǎng)絡中的邊故障規(guī)模對電力網(wǎng)平均損失負荷影響逐漸減小，當為全局耦合網(wǎng)絡時，平均損失負荷影響最小。這是由于規(guī)則網(wǎng)絡中有節(jié)點的度增加，使得因信息網(wǎng)邊故障導致的信息孤島的機率減小。與無標度網(wǎng)絡的度分布對電力網(wǎng)連鎖故障的影響不同，因為規(guī)則網(wǎng)絡的度分布更狹窄，調度中心設置在讀書較高的信息節(jié)點上可以減少更多的平均負荷損失。因此，在規(guī)則網(wǎng)絡中，增加信息節(jié)點的度，能更加有效地降低由信息網(wǎng)線路故障引發(fā)的電力網(wǎng)連鎖故障。

參 考 文 獻

[1]梅生偉，薛安成，翁曉峰，等。復雜互聯(lián)電網(wǎng)大停電風險研究綜述及預防控制展望[C]//第二十四屆中國控制會議論文集：上冊，2005年5月15日—18日，廣州，中國：180—183。

[2]甘德強，胡江溢韓禎祥。2003年國際若干停電事故思考[J]。電力系統(tǒng)自動化，2004，28（3）：1-4