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