复杂电网连锁故障大停电分析与预防研究.pdf

浙江大学电气工程学院博士学位论文复杂电网连锁故障大停电分析与预防研究姓名：丁理杰申请学位级别：博士专业：电力系统及其自动化指导教师：曹一家;郭创新20081205摘随着全球经济的不断发展电网大规模互联成为电力系统发展的必然趋势电力网络已成为世界上最复杂的网络之一。该复杂网络的形成一方面提高了系统的运行效率另一方面也增加了系统运行的不确定性同时系统扰动波及范围更广事故的后果更加严重。近年来国内外发生了多起由连锁故障引起的重大停电事故造成了巨大损失。连锁故障的分析和预防在各国已作为一个重大的战略问题来研究。传统的安全分析方法过分注重各原件的个体动态特性在深入分析电力系统连锁反应事故和大停电机理等系统动态行为方面很难揭示系统整体的动态行为特征。复杂性理论作为系统整体论分析方法可以自顶向下全面研究停电事故分析电力连锁故障和大停电的全局性质。本论文结合复杂性理论及连锁故障模型对和电力系统连锁故障大停电密切相关的网络拓扑、保护故障以及大停电的预测和控制进行了研究并提出预防连锁故障大停电的整体和局部措施。本文的具体工作如下：第一章介绍了电力系统连锁故障大停电的研究背景和意义；介绍了连锁故障分析和预防的研究现状和发展前景特别强调了采用复杂性理论分析和预防电网连锁故障大停电的方法；最后介绍了本文的主要工作以及章节安排。第二章考虑了线路相继开断的动作特性首先提出了一个模拟线路连锁跳闸过程的连锁故障动态模型。为比较不同电网拓扑对连锁故障大停电的影响分别建立了具有小世界、无标度特性的人工电网模型并基于提出的连锁故障动态模型进行仿真验证了模型关于连锁故障动态演化过程的合理性。进一步对两种网络拓扑进行比较发现连锁故障在小世界电网中造成的负荷损失比无标度电网大得多并且连锁故障传播的速度远比无标度电网迅速结论从电网结构角度为预防和减小大停电事故提供了指导。第三章结合电力系统本身的快速增长特性提出了一种考虑电网演化的改进Ｐ屠茨Ｄ獾缤诓煌奔涑叨壬系牧收瞎獭ＤＰ驮诘缤障慢动态过程中考虑了电网结构的演化揭示了在不同电网演化模式下人们摘要‘国家重点基础研究发展计划钅浙江大学博士学位论文追求经济利益最大化的目的总会驱使系统自组织到临界状态。模型比较了小世界电网和无标度电网演化方式的连锁故障特性进一步验证了小世界电网的平均损失负荷大于无标度电网而无标度电网能通过小规模停电释放系统压力减少发生大停电的概率和规模。最后结合进化后网络负载率的不均衡性提出了潮流熵的概念揭示了潮流熵的大小是决定电网是否处于临界态的关键因第四章基于风险理论和隐性故障模型提出了一种复杂电力系统的风险评估方法用于辨识对系统停电影响最大的一系列关键线路。模型考虑了线路过负荷保护、保护隐性故障、控制策略及系统运行等参数并且考虑了线路连锁跳闸的级联特性对连锁故障过程中先后开断的线路赋予不同权重。在重负荷运行状态和临界运行状态对系统关键线路的辨识结果验证了模型的有效性。本章从电网局部角度提出了预防和减小连锁故障大停电事故的措施。第五章基于自组织理论中的协同学原理提出了一种反映电力系统大停电的普适性模型一协同学模型。指出大停电过程中总是伴随着电网各子系统的竞争和合作具有自组织临界特性。进而根据伺服原理、序参量原理建立了大停电演化的序参量方程。计算实例结果表明了大停电过程存在着自组织特性提出的模型在美加大停电中得到了很好验证该模型可望为进一步深入分析电力系统连锁反应事故和大停电机理开拓新的研究方向。第六章为弥补复杂性理论对大电网连锁故障实时安全控制的不足从预防线路连锁跳闸角度提出了一种大规模电网在线分布式计算的控制方法提出了最佳切机切负荷控制策略来预防连锁故障。本方法不再把分布式计算局限于分层分区控制而是把每个电网节点定义为一个智能体。模型中每个智能体在各自邻域内采用预测控制算法经智能体间的协作求解最优控制措施。利用预测控制的滚动优化在每个控制步内对系统控制变量和约束集进行筛选以线性规划求解。每步优化控制算法中各智能体数据由实际电网状态测量值得到。仿真结果表明了本方法的快速有效性。关键词：连锁故障；大停电；自组织临界性；复杂网络；连锁故障模型；协同素。学；多智能体浙江大学博士学位论文摘要晰觗甌錮甌甌琧猻甌．浙江大学博士学位论文甊甌．鎑．錮錮籺甌甌甅