CN110070266A - 一种用于识别电网连锁故障大事件的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于识别电网连锁故障大事件的方法及***，属于电力***安全技术领域。本发明方法包括：1.1利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态；1.2根据预设指标筛选预想事件集；1.3选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验；1.4针对全网进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件，将切除风险元件故障列为待评估大事件；1.5当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件，进入1.4；根据大事件评价指标确定大事件。本发明使电网连锁故障的大事件能够被预先识别，针对识别结果并采取相应的防控措施。
Description
技术领域
本发明涉及电力***安全技术领域，并且更具体地，涉及一种用于识别电网连锁故障大事件的方法及***。
背景技术
电力***故障从具体构成及其之间的相关性来分析，可以分为单一故障和多重故障。多重故障又可分为群发故障、相继故障和连锁故障。其中群发故障指的是由于同一地区的气象及地质条件相仿，外部极端条件往往波及众多支路及设备而造成群体性故障及大面积停电，例如自然灾害；相继故障指的是前一故障后，***状态尚未调整至稳定状态的情况下，又遭受新扰动的故障情景；连锁故障可以视为相继故障中的一种，即发生的相继故障之间存在明确的因果关系，前一故障改变了***状态，从而触发了下一个故障的发生，例如：潮流转移引起的热稳定、功角稳定或电压稳定，继电保护或***保护装置的误动和拒动引起的其他设备误动作等。
虽然电网各种监控、保护设备的不断投入，调度管理水平的提高与规范，孤立的故障一般不会直接导致当代电力***的大停电，但往往一个并不严重故障可能通过非线性因素的反复放大而波及大范围电网。有复杂***理论研究表明对***微小扰动的消除反而为未来大崩溃的发展积累了能量，大停电事件理论上讲无法绝对避免。总结历史上的若干次大停电事件，连锁故障表现为如下特点：
发生的概率很低但引起的后果非常严重；
故障原因常与其导致的继发故障混合作用，在不长的时间段内同时引发复杂多样的越限、失稳、低压、保护动作频繁动作、频率波动、解列等状况，之后导致大面积停电；
连锁故障进程由一系列快慢相间的设备相继开断组成，一般来说，在“***运行资源紧张”以及“潮流转移引起低压、过载、频移”等阶段存在可控性；
机组、线路保护和电网自动装置的动作是影响连锁故障发展进程的关键因素；
恶劣的气象因素是导致连锁故障进而发生大停电事件的重要诱因。
目前电网连锁故障分析理论体系从方法上可总结为两种，一是通过以潮流/稳定计算仿真来求解，属还原论范畴，比如OPA、CASCADE等；二是将电力***抽象为复杂***，通过复杂***理论来理解与分析，比如小世界、自组织临界性理论。总体而言，理论工具有助于对电力***连锁故障的本质特征的理解，可用于指导***规划、发展与薄弱环节发现，但对于调度运行，尤其是在线防御策略方面支撑较差。因此在目前阶段，研究针对电力***设备和控制保护***建立适当近似程度的模型，借助飞速发展的计算技术，基于合理精度，开展对电力运行状态的的全过程仿真计算，来实现对连锁故障在线分析，并建立防御策略不失为一种可行思路。目前，在国家电网国、网、省各级调度机构已成熟运行的电网动态在线分析预警与防御***可以实现对5万节点电网的各种单一类型故障的分析计算。这为连锁在线分析和防御***的研究设计提供了可循思路与可借鉴的解决方案。
目前交直流混联形式下的电力***连锁故障的发生风险和发展形式，不仅依赖于局部电网的重要电力***设备元件的可靠性状态，而且也依赖于***运行点所处的空间位置。一次设备元件，尤其是关键设备比如发电机、变压器以及交流线路的可靠性从微观上影响源发故障的范围和形式；而不同负荷、环境以及运行方式下的***状态从整体上影响连锁故障发生的形式和风险值。这两者共同构成了面向不确定因素随机仿真连锁故障在线分析的基础。不同于单一类型故障，连锁故障分析对一、二次设备等自身信息以及天气数据等环境信息的获取提出了综合需求，因此需研究建立在线***与多信息源数据接口模式，以及基于多信息源数据的在线***数据架构。目前电力***在线安全分析***对于一个具有N条支路的电网，通常情况下静态安全稳定需要处理N-1条故障(或针对同塔双回的较少数量的N-2)，N条暂态故障分析，而连锁故障理论上需要全部扫描与处理2N条故障。虽然可以通过不同算法可以实现抽样，但抽样后的计算量对现有的设备依然存在挑战，因此在线连锁故障分析对大规模的并行计算技术提出了研究和应用需求。
连锁故障分析和防御***的开发建设是一项长期复杂的***工程，***本身涉及面广，涵盖了多学科、多专业领域的理论技术，包括电力***连锁故障仿真分析、电网运行控制、广域相量测量以及并行计算等领域的新技术。在***发展建设中还要综合考虑对现有资源的充分利用和有机集成，包括目前已有的EMS、广域相量测量***、继电保护及故障信息管理***、安全自动控制***、离线稳定分析计算软件以及并行计算平台等。
在电力***运行中，引起连锁故障事件的因素可能来源于***设备元件、电网运行方式、负荷水平、气象情况等多个方面。现有的EMS、SCADA、WAMS、OMS、气象信息等多个***为电网提供数量庞大的在线状态跟踪数据。目前研究大电网连锁故障的***缺乏有效的分析手段，不能充分利用以上平台所产生的电网运行、管理等数据，实现对电网状态的在线评估和预测，为连锁故障的事件识别、故障防御提供强有力的计算分析支撑工作。
目前国外已研发出各具特色的面向EMS高层在线应用的连锁故障分析与防御策略工具。主要包括有包括法国输电公司开发、在英法两国应用的ASSESS***，CommonwealthAssociates公司开发、在美国南部电网应用的CAT***，美国电科院开发、在北美若干ISO应用的TRELSS中的连锁故障分析模块，以及V&R能源***研究公司开发的POM-PCM软件。
国外通常基于在线或离线仿真分析来模拟连锁故障的发展路径，通过潮流计算和热稳定校验连锁故障的发展形势，功能较为单一，面向基础性的应用。可自动或手动执行大规模***的故障分析(N-1,N-1-1,N-2,N-3或更多重)，可计算电压稳定极限，可快速鉴别初始事件和自动识别连锁故障链。对于初始事件，有基于“集合”的方法，识别出来N-1或N-2故障，或者基于用户给定的故障列表。
国内南瑞稳定公司在华东分中心曾基于OPEN3000平台开发了N-K预想故障生成与安全稳定扫描预警应用，在江西省调开发了台风灾害影响下的连锁故障在线仿真功能；湖南省调在D5000***Ⅲ区开展了N-2故障扫描预警研究。
目前国内在连锁故障在线或离线分析***的研究与建设还处于起步阶段，虽然存在有部分产品投入生产***，但暂不能满足电网调度实时在线或方式计算的需要。
目前国内在连锁故障在线或离线分析***的研究与建设还处于起步阶段，虽然存在有部分产品投入生产***，但暂不能满足电网调度实时在线或方式计算的需要。
因此总体而言，国内外针对大规模电网连锁故障分析的方法和***，在初始事件识别上，或者基于数学方法，或者基于经验预定故障集，缺乏针对实际物理设备故障状况来识别连锁故障事件；在数据源上，一般只考虑EMS或SCADA实时在线数据以及离线方式计算数据，不太考虑实际导致电网连锁故障发生的一二次设备状态信息、WAMS、天气信息等；功能上，一般基于热稳定校验来仿真***连锁故障发展路径，有一定应用价值，但缺少大规模计算手段和方式开展快速分析。
发明内容
针对上述问题本发明提出了一种用于识别电网连锁故障大事件的方法，包括：
1.1利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态；
1.2根据预设指标筛选预想事件集；
所述的预想事件集，包括：风险元件和过载元件；
1.3选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验；
1.4针对全网进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件，将切除风险元件故障列为待评估大事件；
1.5当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件，进入1.4；
1.6判断风险元件是否检验完毕，当风险元件检验完毕时，根据大事件评价指标确定大事件，当风险元件未检验完毕时，进入1.3。
可选的，电网状态跟踪为无迹卡尔曼滤波的状态跟踪。
可选的，预设指标包括：电网设备运行风险指标、电网结构重要程度指标和电网跟踪潮流转移指标。。
本发明还提供了一种用于识别电网连锁故障大事件的***，包括：
跟踪模块，利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态；
筛选模块，根据预设指标筛选预想事件集；
所述的预想事件集，包括：风险元件和过载元件；
校验模块，选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验；
切除模块，针对电网预想时间集中过载元件及下级事件进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件，将切除风险元件故障列为待评估大事件；
第一判断模块，当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件；
第二判断模块，判断风险元件是否检验完毕，当风险元件检验完毕时，根据大事件评价指标确定大事件。
可选的，电网状态跟踪为无迹卡尔曼滤波的状态跟踪。
可选的，预设指标包括：电网设备运行风险指标、电网结构重要程度指标和电网跟踪潮流转移指标。
本发明在电网连锁故障发生的早期，触发连锁故障的大事件能够被预先识别，针对识别结果并采取相应的防控措施，连锁故障的发展将有可能得到有效阻断，大停电也能够避免发生。
附图说明
图1为本发明一种用于识别电网连锁故障大事件的方法流程图；
图2为本发明一种用于识别电网连锁故障大事件的***结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
驱动连锁故障的大事件是指电力***在某个运行状态下遭受到的大干扰，它引发的潮流转移造成多个设备相继过载停运，使***无法保持正常运行状态，最终导致大停电的发生。为此，根据预想事件的造成的后果，采用以下指标对大事件进行评价，将由于连锁过载失去元件数大于3并且造成负荷损失的事件统计为大事件。
失元件指标：
式中，Nloss表示由触发事件导致最终失去元件的数量，ΔNi表示第i级故障阶段失去的元件数量。
失负荷指标：
式中，Ploss表示由触发事件导致最终失负荷量，ΔPi表示第i级故障阶段失负荷量。
通常，缓慢发展型的电力***连锁故障产生与发展过程包括以下几个状态：
1)初始状态：连锁故障发生前，***通常处于正常运行状态或者存在风险的脆弱状态。此时，***能够满足负荷需求但是可能存在一定运行风险，例如高温、台风或者其他潜在风险等等。
2)发展状态：***由于某个触发事件失去部分电气设备，导致***处于不正常运行状态。期间由于过负荷或者保护动作，并伴随大规模潮流转移，导致更多元件相继停运。
3)崩溃状态：连锁故障末期，大量元件在短时间内退出，***发生解列或者失去稳定，最终发生大停电。
如果在连锁故障发生的早期，触发连锁故障的大事件能够被预先识别出来并采取相应的防控措施，连锁故障的发展将有可能得到有效阻断，大停电也能够避免发生。
驱动连锁故障的大事件是指电力***在某个运行状态下遭受到的大干扰，它引发的潮流转移造成多个设备相继过载停运，使***无法保持正常运行状态，最终导致大停电的发生。为此，根据预想事件的造成的后果，采用以下指标对大事件进行评价，将由于连锁过载失去元件数大于3并且造成负荷损失的事件统计为大事件。
本发明提供了一种用于识别电网连锁故障大事件的方法，如图1所示，包括：
1.1利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态，电网状态跟踪为无迹卡尔曼滤波的状态跟踪；
1.2根据电网设备风险评估指标、电网介数指标和潮流转移指标筛选预想事件集；
所述的预想事件集，包括：风险元件和过载元件；
1.3选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验；
1.4针对全网进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件，将切除风险元件故障列为待评估大事件；
1.5当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件，进入1.4；
1.6判断风险元件是否检验完毕，当风险元件检验完毕时，根据大事件评价指标确定大事件，当风险元件未检验完毕时，进入1.3。
本发明还提供了一种用于识别电网连锁故障大事件的***200，包括：
跟踪模块201，利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态，电网状态跟踪为无迹卡尔曼滤波的状态跟踪；
筛选模块202，根据电网设备风险评估指标、电网介数指标和潮流转移指标筛选预想事件集；
所述的预想事件集，包括：风险元件和过载元件；
校验模块203，选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验；
切除模块204，针对电网预想时间集中过载元件及下级事件进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件，将切除风险元件故障列为待评估大事件；
第一判断模块205，当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件；
第二判断模块206，判断风险元件是否检验完毕，当风险元件检验完毕时，根据大事件评价指标确定大事件。
本发明在电网连锁故障发生的早期，触发连锁故障的大事件能够被预先识别，针对识别结果并采取相应的防控措施，连锁故障的发展将有可能得到有效阻断，大停电也能够避免发生。
Claims (6)
1.一种用于识别电网连锁故障大事件的方法，所述的方法包括：
1.1利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态；
1.2根据预设指标筛选预想事件集；
所述的预想事件集，包括：风险元件和过载元件；
1.3选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验；
1.4针对全网进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件，将切除风险元件故障列为待评估大事件；
1.5当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件，进入1.4；
1.6判断风险元件是否检验完毕，当风险元件检验完毕时，根据大事件评价指标确定大事件，当风险元件未检验完毕时，进入1.3。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的电网状态跟踪为无迹卡尔曼滤波的状态跟踪。
3.根据权利要求1所述的方法，所述的预设指标包括：电网设备运行风险指标、电网结构重要程度指标和电网跟踪潮流转移指标。
4.一种用于识别电网连锁故障大事件的***，所述的***包括：
跟踪模块，利用电网实时状态跟踪技术获得电网运行状态；
筛选模块，根据预设指标筛选预想事件集；
所述的预想事件集，包括：风险元件和过载元件；
校验模块，选择预想故障集中的风险元件，将风险元件退出运行并进行校验，将切除风险元件故障列为待评估大事件；
切除模块，针对电网预想时间集中过载元件及下级事件进行潮流计算，获取计算结果，若计算结果不收敛则切除风险元件；
第一判断模块，当确定电网不存在过载或已经断开3条过载线路，获取预想事件的后果指标，当确定电网存在过载且未断开3条过载线路，将过载元件断开列为下级事件；
第二判断模块，判断风险元件是否检验完毕，当风险元件检验完毕时，根据大事件评价指标确定大事件。
5.根据权利要求4所述的***，所述的电网状态跟踪为无迹卡尔曼滤波的状态跟踪。
6.根据权利要求4所述的***，所述的预设指标包括：电网设备运行风险指标、电网结构重要程度指标和电网跟踪潮流转移指标。
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