（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)論文）電力系統(tǒng)nk故障機(jī)理及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究.pdf

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 本文通過(guò)分析近年來(lái)國(guó)際上幾次典型的大停電事故 并對(duì)大停電事故的原因以 及發(fā)展機(jī)理做了深入的研究 研究表明 在幾次大停電事故中 電網(wǎng)連鎖故障的發(fā) 生是推動(dòng)電網(wǎng)故障傳播進(jìn)而導(dǎo)致大停電發(fā)生的主要因素 因此 對(duì)電力系統(tǒng)連鎖故 障的研究與分析非常必要 文中首先結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電力系統(tǒng)連鎖故障的研究現(xiàn)狀 闡述了電力系統(tǒng)連 鎖故障的發(fā)生機(jī)理和行為特點(diǎn) 評(píng)述了已有電網(wǎng)連鎖故障模型 其次在基于最優(yōu)潮 流的電力系統(tǒng)連鎖故障模型的基礎(chǔ)上 綜合考慮機(jī)組頻率保護(hù) 保護(hù)的隱藏故障 低電壓保護(hù)以及線路故障概率隨潮流變化等因素 通過(guò)i e e e 3 0 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的仿真來(lái) 驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性 最后 基于傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的理論 本文提出了 針對(duì)某種 故障模式的指標(biāo) 和 針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo) 兩種連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo) 并在此基礎(chǔ) 上計(jì)算了電網(wǎng)在不同負(fù)載率下的風(fēng)險(xiǎn)值 并對(duì)電網(wǎng)關(guān)鍵線路和隱藏故障的風(fēng)險(xiǎn)值也 進(jìn)行了分析 關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 大停電 連鎖故障 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo) a b s t r a c t b yr e v i e w i n gs e v e r a lt y p i c a lb l a c k o u t si nt h ew o r l d w i d er e c e n t l y t h er e s e a r c ho n t h er e a s o n e v o l v e m e n ta n dc h a r a c t e r i s t i c so fb l a c k o u t ss h o w st h a tc a s c a d i n gf a i l u r eo f p o w e rs y s t e mi st h ek e ye l e m e n tl e a d i n gt of a u l tp r o p a g a t i o n e v e nl a r g e s c a l eb l a c k o u t t h e r e f o r e t h es t u d i e so ne a s d a d i n gf a i l u r eh a sb e e nr e c e i v e dm u c ha t t e n t i o nf o ral o n g t i m e i nt h i sp a p e r g e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dm o d e l so fc a s c a d i n gf a i l u r e sa r ep r e s e n t e d a n de v a l u a t e d b a s e do nt h ef o r m u l a t i o no fo p t i m a lp o w e rf l o w o p f w i t hr e s p e c tt o f r e q u e n c yp r i m a r yr e g u l a t i o n h i d d e nf a i l u r e so fp r o t e c t i v er e l a y i n g u n d e r v o l t a g e p r o t e c t i o na n dl i n ef a u l tp r o b a b i l i t yc h a n g i n gf r o mp o w e rf l o w i e e e3 0 b u ss y s t e mi s t a k e nf o re x a m p l et oi n d e n t i f yt h es e v e r en kc o n t i n g e n c ya n dv a l i d a t et h ec o r r e c t n e s s o ft h em e t h o d c o n s i d e r i n gt r a d i t i o n a lr i s ka s s e s s m e n t t w or i s ki n d i c e so fc a s c a d i n g f a i l u r e i nt e r mo ff a u l tm o d ei n d e x a n d i nt e r mo fw h o l es y s t e mi n d e x a r ep r o p o s e d a c c o r d i n gt od i f f e r e n tl o a dr a t e t h er i s ki sc a l c u l a t e da n dt h ea n a l y s i sf o rv a l u e a t r i s k a b o u tk e yl i n e so f p o w e rs y s t e ma n d h i d d e nf a i l u r e so f p r o t e c t i v er e l a y i n gi sp r e s e n t e d l i ul i h u a e l e c t r i cp o w e re n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i a n h u a k e yw o r d s p o w e rs y s t e m b l a c k o u t c a s e a d i n gf a i l u r e r i s ki n d e x i 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 錄 中文摘要 英文摘要 第一章緒論 1 1 1 課題背景和意義 1 1 2 電網(wǎng)連鎖故障的研究現(xiàn)狀 2 1 3 本文的主要工作 3 第二章電力系統(tǒng)復(fù)雜性及連鎖故障 4 2 1 引言 4 2 1 1 美加大停電 6 2 1 2 西歐大停電 6 2 1 3 華中 河南 電網(wǎng)事故 7 2 2 電網(wǎng)n k 連鎖故障過(guò)程分析 8 2 3 連鎖故障發(fā)展階段中推動(dòng)故障傳播的主要因素 1 0 2 4 本章小結(jié) 1 2 第三章電網(wǎng)連鎖故障模型分析 1 3 3 1 引言 1 3 3 2 連鎖故障模型 13 3 2 1 基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連鎖故障模型 1 3 3 2 2 基于元件級(jí)聯(lián)失效的連鎖故障模型 1 5 3 2 3 基于電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的連鎖故障及大停電事故模型 1 6 3 3 電力系統(tǒng)n k 連鎖故障故障模型 1 9 3 3 1 最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型 1 9 3 3 2 考慮保護(hù)的隱藏故障 2 0 3 3 3 考慮線路的故障率隨流過(guò)它的電流變化而變化 2 2 3 3 4 考慮系統(tǒng)的頻率特性 2 4 3 3 5 低電壓保護(hù)動(dòng)作模擬 2 4 3 3 6 流程圖 2 5 3 4 仿真算例及結(jié)果分析 2 5 3 5 本章小結(jié) 3 1 第四章連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本原理 3 2 4 1 電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本概念 3 2 4 1 1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論 3 2 4 1 2 電力系統(tǒng)評(píng)估方法現(xiàn)狀 3 2 4 2 電力系統(tǒng)連鎖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 3 3 l 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 2 1 針對(duì)某種故障模式的指標(biāo) 3 4 4 2 2 針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo) 3 5 4 3 降低電網(wǎng)發(fā)生連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的方法 3 6 4 3 1 電網(wǎng)在不同系統(tǒng)負(fù)載率下發(fā)生連鎖故障的風(fēng)險(xiǎn)大小 3 6 4 3 2 關(guān)鍵線路的故障率對(duì)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的影響 3 8 4 3 3 保護(hù)隱藏故障的發(fā)生概率對(duì)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的影響 3 9 4 4 本章小結(jié) 4 0 第五章電力系統(tǒng)復(fù)雜性與自組臨界性 4 1 5 1 自組織臨界理論 4 1 5 2 仿真結(jié)果分析 4 3 5 3 本章小結(jié) 4 3 第六章結(jié)論 4 4 參考文獻(xiàn) 4 5 致謝 4 9 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加的科研工作 5 0 l l 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 課題背景和意義 第一章緒論 電力能源逐漸成為全球最重要的能源 工商業(yè)的生產(chǎn) 社會(huì)的正常運(yùn)行和人民 的日常生活都離不開電力的支持 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的不斷 提高 為了滿足其對(duì)電力能源需求的提高 這促使我國(guó)電力工業(yè)迅猛發(fā)展 電力能 源已成為國(guó)家的支柱能源和經(jīng)濟(jì)命脈 為滿足日益增長(zhǎng)的電能需求 電力科技得以不斷的發(fā)展 在電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的 進(jìn)程中 電力系統(tǒng)發(fā)生了很多新的變化 電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大 輸電距離也越 來(lái)越遠(yuǎn) 大區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián) 供電范圍也越來(lái)越廣 電壓等級(jí)不斷提高 大 容量發(fā)電機(jī)組的不斷增加 傳輸功率越來(lái)越大 發(fā)電廠逐漸遠(yuǎn)離負(fù)荷中心 負(fù)荷越 來(lái)越密集 這些新的發(fā)展和變化對(duì)于促進(jìn)能源資源的合理利用 實(shí)現(xiàn)輸電的規(guī)模經(jīng) 濟(jì)發(fā)展 提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平 增強(qiáng)環(huán)保具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社 會(huì)效益 我國(guó)電力系統(tǒng)已逐漸發(fā)展成為超大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng) 步入了大電網(wǎng) 大機(jī) 組和高電壓時(shí)代 電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大 全國(guó)聯(lián)網(wǎng)格局基本形成 東北與華北 華北 與華中 華中與華東 華中與西北 華中與南方電網(wǎng)都已互聯(lián) 見圖1 1 圖卜1全國(guó)聯(lián)網(wǎng)格局 然而 隨著互聯(lián)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)容量的增大和電壓等級(jí)的提高 由于發(fā)電設(shè)備儲(chǔ)備量 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 不足 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱 二次保護(hù)設(shè)備隱性故障等原因 給重負(fù)荷條件下的電網(wǎng)安全 運(yùn)行埋下了隱患 發(fā)生大面積停電的可能性已愈見突出 若大電網(wǎng)一旦發(fā)生事故而 且不能迅速消除時(shí) 很可能導(dǎo)致穩(wěn)定破壞和不可控的連鎖反應(yīng) 造成大范圍 長(zhǎng)時(shí) 間的停電 對(duì)社會(huì)的政治穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)安全造成嚴(yán)重影響 這是其他行業(yè)的事故無(wú)法 比擬的 近年來(lái) 世界范圍內(nèi)的大停電事故時(shí)有發(fā)生 比較典型的有 1 9 8 9 年3 月1 3 日加拿大魁北克電網(wǎng)大停電 l j 1 9 9 4 年1 2 月 1 9 9 6 年7 月和8 月美國(guó)西部w s c c 電網(wǎng)連續(xù)發(fā)生三次大面積停電事故 2 0 2 0 0 3 年8 月 美加電網(wǎng)的大面積停電事故 波及5 0 0 0 多萬(wàn)人口的供電范圍 引發(fā)了美國(guó)歷史上規(guī)模最大的停電事故 2 0 0 3 年 還相繼發(fā)生了英國(guó)倫敦大停電 丹麥大停電 意大利全國(guó)大停電等多起重大事故 4 j 2 0 0 5 年5 月莫斯科的大停電事故涉及2 5 個(gè)城市 停電時(shí)間持續(xù)2 9 個(gè)小時(shí) 影響嚴(yán) 重 2 0 0 5 年9 月我國(guó)海南發(fā)生了電網(wǎng)崩潰事故 2 0 0 6 年7 月 我國(guó)華中電網(wǎng)發(fā)生 一起罕見的電力故障 五百千伏嵩鄭兩回線路先后跳閘 造成豫西 豫中部分2 2 0 千伏線路過(guò)載跳閘 電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)波動(dòng) 影響了正常供叫5 這些大停電造成的巨 大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響 引起全世界各國(guó)的普遍關(guān)注 同時(shí)引起了我們對(duì)電網(wǎng)安全 問(wèn)題的深入思考 為了有效的避免電網(wǎng)大面積停電的發(fā)生以及大停電發(fā)生之后將各方面損失降 低到最低限度 有必要對(duì)電網(wǎng)大停電進(jìn)行全面的研究 以便弄清楚大停電 連鎖故障 發(fā)生的機(jī)理 找到影響其發(fā)生概率和規(guī)模的因素 建立電網(wǎng)連鎖故障的模型及風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)估體系 1 2 電網(wǎng)連鎖故障的研究現(xiàn)狀 連鎖故障一般都有一個(gè)比較明確的起點(diǎn)事件 其發(fā)展過(guò)程中存在著導(dǎo)致事件進(jìn) 一步擴(kuò)大的事件 其表現(xiàn)是多種多樣的 主要是由于電網(wǎng)電氣量的變化引起的保護(hù) 裝置或安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作 其動(dòng)作既包括正確動(dòng)作也包括不正確動(dòng)作 無(wú)論是正 確動(dòng)作還是不正確動(dòng)作 如果其動(dòng)作導(dǎo)致了連鎖故障的進(jìn)一步發(fā)展 說(shuō)明其動(dòng)作是 不合適的 電網(wǎng)連鎖故障的成因比較復(fù)雜 簡(jiǎn)單地說(shuō)其發(fā)生機(jī)理是 當(dāng)電網(wǎng)中某一個(gè)或幾 個(gè)元件因故過(guò)負(fù)荷而導(dǎo)致故障發(fā)生 從而改變潮流的平衡并引起負(fù)荷在其它節(jié)點(diǎn)上 的重新分配 將多余的負(fù)荷轉(zhuǎn)移加載到其它元件上 如果這些原來(lái)正常工作的元件 不能處理多余的負(fù)荷就會(huì)引起新一次的負(fù)荷重新分配 進(jìn)而引發(fā)連鎖的過(guò)負(fù)荷故 障 并最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的大面積癱瘓和大規(guī)模停電事故的發(fā)生i 引 電網(wǎng)連鎖故障是一個(gè)連續(xù)的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程 它涉及到的元件不僅包括發(fā)電 機(jī) 輸電線路 變壓器 還包括母線 斷路器 隔離開關(guān)等 其中母線故障 線路 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 故障 斷路器故障 繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)以及沖擊性的大負(fù)荷轉(zhuǎn)移是引起系統(tǒng)發(fā)生 連鎖反應(yīng)事故的主要原因 9 1 一旦電力系統(tǒng)中出現(xiàn)這些觸發(fā)性事故 繼電保護(hù)裝置 將迅速動(dòng)作切除相應(yīng)故障線路或元件 但是很可能由于這些動(dòng)作造成系統(tǒng)中其他線 路過(guò)負(fù)荷或母線電壓偏離額定值過(guò)大 進(jìn)而觸發(fā)更多的繼電保護(hù)動(dòng)作 連鎖故障就 是這樣一級(jí)故障觸發(fā)下一級(jí)故障 最終導(dǎo)致了電網(wǎng)解列 系統(tǒng)崩潰的連鎖反應(yīng) 分 析模擬連鎖故障的難點(diǎn)就在于觸發(fā)事故多樣性和連鎖過(guò)程的復(fù)雜性 電網(wǎng)的n k 連鎖故障問(wèn)題與電力系統(tǒng)安全性密切相關(guān) 已開始得到各國(guó)學(xué)者和 政府的普遍重視 目前 國(guó)內(nèi)外關(guān)于電網(wǎng)n k 連鎖故障的研究 絕大多數(shù)所考慮的 電網(wǎng)連鎖故障的發(fā)展模式為 初始故障切除后 電網(wǎng)因大負(fù)荷轉(zhuǎn)移而造成了繼電 保護(hù)相繼動(dòng)作而切除故障線路或元件 這種模式 具體的研究涉及到物理過(guò)程的模 擬 抽象的宏觀動(dòng)態(tài)模擬等等諸多層面 1 3 本文的主要工作 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)頻繁發(fā)生n k 連鎖故障 造成嚴(yán)重的后果 警示我們加強(qiáng)電 網(wǎng)安全 防止系統(tǒng)連鎖故障導(dǎo)致的大面積停電 本文主要工作如下 本文的研究性 內(nèi)容主要為以下四點(diǎn) 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)頻繁發(fā)生n k 連鎖故障 造成嚴(yán)重的后果 警示我們加強(qiáng)電 網(wǎng)安全 防止系統(tǒng)連鎖故障導(dǎo)致的大面積停電 本文主要工作如下 1 對(duì)于近年來(lái)國(guó)際上幾次大停電事故 闡述電力系統(tǒng)連鎖故障的發(fā)生機(jī)理和 行為特點(diǎn) 分析了連鎖故障發(fā)生發(fā)展過(guò)程以及發(fā)展階段中推動(dòng)故障傳播的主要因 素 并對(duì)其停電過(guò)程和事故原因做了詳細(xì)的分析 2 1 本文歸納總結(jié)電力系統(tǒng)連鎖故障模型 在電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)連鎖故障模型的 基礎(chǔ)上 建立起以最優(yōu)潮流模型為基礎(chǔ) 同時(shí)考慮機(jī)組頻率保護(hù) 保護(hù)的隱藏故障 低電壓保護(hù)等因素 更具實(shí)際意義的電力系統(tǒng)連鎖故障模型 并以i e e e 3 0 節(jié)點(diǎn)測(cè) 試系統(tǒng)為例 進(jìn)行連鎖故障的模擬 為下一步風(fēng)險(xiǎn)值的研究提供樣本數(shù)據(jù) 3 本文從風(fēng)險(xiǎn)理論的角度出發(fā) 將連鎖故障與風(fēng)險(xiǎn)理論結(jié)合 提出了 針對(duì) 某種故障模式的指標(biāo) 和 針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo) 兩種連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo) 并在提 出的連鎖故障模型基礎(chǔ)上計(jì)算了電網(wǎng)在不同負(fù)載率下的風(fēng)險(xiǎn)值 從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面給 電網(wǎng)降低連鎖故障提出了一些建議 具有實(shí)際意義 4 運(yùn)用電力系統(tǒng)自組臨界理論 對(duì)其仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 分析電力系統(tǒng)連鎖 故障和自組臨界性 對(duì)自組臨界理論在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用進(jìn)行了初步探索 3 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 引言 第二章電力系統(tǒng)復(fù)雜性及連鎖故障 電力系統(tǒng)是一個(gè)分布地域廣 元件眾多 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的大系統(tǒng) 某一元件發(fā)生擾動(dòng)可能會(huì)迅速波及全系統(tǒng) 近年來(lái) 世界各國(guó)發(fā)生了多起大停電事 故 對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活造成極大的影響 我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)正處于快速發(fā)展的階段 預(yù)計(jì)在 十一五 期間 我國(guó)將建成一 個(gè)遠(yuǎn)距離 大容量 西電東送 南北互供 全國(guó)聯(lián)網(wǎng) 的巨型電力系統(tǒng) 當(dāng)前 我國(guó)電網(wǎng)仍然存在一些問(wèn)題 1 3 j 4 1 例如 我國(guó)處于全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的初期 交 流弱聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題突出 在某些運(yùn)行方式下可能誘發(fā)低頻振蕩 電網(wǎng)無(wú)功 補(bǔ)償容量不足 沒有實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)平衡 從而影響了電壓質(zhì)量 造成部分電網(wǎng)電壓 波動(dòng)幅度較大 負(fù)荷中心的電源支撐不足 影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行 部分裝備質(zhì)量 不高 一定程度上影響了電網(wǎng)的安全 可靠 高效與靈活運(yùn)行 在新的形勢(shì)下 當(dāng)某一區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生重大擾動(dòng)事故 必將通過(guò)相關(guān)斷面的聯(lián)絡(luò) 線影響相鄰的區(qū)域電網(wǎng) 致使全網(wǎng)功率失衡 為了更好的研究可能引發(fā)的問(wèn)題 我 們首先分析了國(guó)內(nèi)外眾多大停電 然后對(duì)最近三次比較典型的大停電事故進(jìn)行了詳 細(xì)研究 表2 1 國(guó)內(nèi)外一些典型大停電事故的事件序列發(fā)展過(guò)程總結(jié) 時(shí)間事故名稱事故發(fā)展過(guò)程的關(guān)鍵事件序列停電損失 線路過(guò)負(fù)荷一后備保護(hù)誤動(dòng)一其他4 條線路 最長(zhǎng)停電時(shí) 美國(guó)東北部大 也因過(guò)負(fù)荷相繼跳閘一潮流轉(zhuǎn)向一過(guò)負(fù)荷造 間1 3 h 影響 1 9 6 5 1 1 9 成暫態(tài)穩(wěn)定破壞一聯(lián)絡(luò)線先后紛紛跳閘一美 停電事故居民3 0 0 0 萬(wàn) 加聯(lián)合電網(wǎng)解列成4 個(gè)部分一解列后各子系 統(tǒng)內(nèi)部功率不平衡一大面積停電 人 雷擊線路跳閘一聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷一人為降低系 統(tǒng)電壓一饋線9 2 故障一北部與系統(tǒng)解列一變停電時(shí)間達(dá) 美國(guó)紐約停電 壓器s 1 自動(dòng)跳閘一聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷一移相器故 2 5 小時(shí) 引起 1 9 7 7 7 1 3 事故 障一系統(tǒng)頻率下降一自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器降低勵(lì) 貧民縱火與 磁電流一失磁繼電器跳閘一系統(tǒng)失穩(wěn)一系統(tǒng) 搶劫 全停 線路故障一另一平行線路保護(hù)誤動(dòng)一切除該 美國(guó)西部電網(wǎng) 線路一負(fù)荷重新分配一系統(tǒng)頻率降低 電壓下 19 9 6 7 2 降一2 s 后又一條輸電線距離繼電器誤動(dòng)導(dǎo)致 損失負(fù)荷 大停電事故1 1 8 5 0 m w 被切除一電壓持續(xù)下降一線路的不斷切除一 系統(tǒng)失穩(wěn) 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 電網(wǎng)運(yùn)行在不安全正常狀態(tài)一線路觸樹短路 一警報(bào)系統(tǒng)失靈一保護(hù)動(dòng)作跳閘一多回輸電損失負(fù)荷 北美大停電事 線路跳閘一潮流大范圍轉(zhuǎn)移一系統(tǒng)發(fā)生搖擺6 1 8 g w 停 2 0 0 3 8 1 4 和振蕩一局部系統(tǒng)電壓進(jìn)一步降低一發(fā)電機(jī)電8 州1 省 故 組跳閘一系統(tǒng)功率缺額增大一進(jìn)一步發(fā)生電影響5 0 0 0 萬(wàn) 壓崩潰一更多的發(fā)電機(jī)和輸電線路跳開一大人 面積停電 電力控制中心收到變壓器危險(xiǎn)警報(bào)一切除該 英國(guó)倫敦停電變壓器一進(jìn)行倒閘操作 重新安排運(yùn)行方式一損失負(fù)荷 2 0 0 3 8 2 8 事故線路自動(dòng)保護(hù)繼電器誤動(dòng)一斷開了輸電與供7 2 4 m w 電的連接一停電 火災(zāi)停運(yùn)一臺(tái)變壓器一過(guò)熱發(fā)生爆炸造成另 俄羅斯莫斯科外4 臺(tái)變壓器停運(yùn)一過(guò)負(fù)荷導(dǎo)致最后一臺(tái)變損失負(fù)荷 2 0 0 5 5 2 5 大停電事故壓器爆炸一負(fù)荷重新分配后導(dǎo)致其他變電站8 0 0 m w 自動(dòng)跳閘一大面積停電 浙江電網(wǎng)停電 線路故障一保護(hù)動(dòng)作跳閘一潮流轉(zhuǎn)移一輸送 甩 負(fù)荷 19 7 2 7 2 0 功率超過(guò)靜穩(wěn)定極限一電網(wǎng)頻率急劇下降一 2 5 0 m w 損失 事故 杭郊線相繼跳閘一浙江電網(wǎng)全面瓦解2 0 0 萬(wàn)元 湖北電網(wǎng)停電繼電保護(hù)誤動(dòng)一調(diào)度人員沒有按要求處理一少發(fā)電量 19 7 2 7 2 7 事故系統(tǒng)頻率下降 電壓崩潰一大面積停電 4 0 7 k w h 安徽電網(wǎng)停電 電壓互感器爆炸起火一保護(hù)拒動(dòng)一送電線路 19 8 0 7 2 7 先后跳閘一潮流轉(zhuǎn)移一過(guò)負(fù)荷造成穩(wěn)定破壞 損失負(fù)荷 事故3 2 0 m w 一系統(tǒng)劇烈振蕩一系統(tǒng)瓦解一大面積停電 線路故障一保護(hù)動(dòng)作跳閘一系統(tǒng)穩(wěn)定破壞發(fā) 華中電網(wǎng)停電 生振蕩一青山1 1 號(hào)機(jī)因失磁停機(jī)一通信不暢 19 8 2 8 7 丹江自行減出力 切機(jī)一系統(tǒng)頻率振蕩一一些 損失負(fù)荷 事故 5 8 4 5 m w 調(diào)相機(jī) 主變壓器紛紛跳閘一電網(wǎng)失去大量無(wú) 功電源一系統(tǒng)電壓急劇下降一大面積停電 線路故障一一系列保護(hù)拒動(dòng) 誤動(dòng)一三個(gè) 廣東電網(wǎng)停電 2 2 0 k v 變電所全停 1 3 條2 2 0 k v 線路跳閘和 少供負(fù)荷 19 9 0 9 2 0 黃埔電廠4 臺(tái)機(jī)與系統(tǒng)解列一進(jìn)一步造成線 8 0 0 m w 少送 事故 電量1 1 7 1 萬(wàn) 路過(guò)負(fù)荷一線路故障跳閘一調(diào)度誤令一北網(wǎng) k w h 頻率崩潰而全停 臺(tái)風(fēng)引起大量線路故障跳閘一2 2 0 k v 玉官線 海南電網(wǎng)停電短路故障一2 2 0 k v 玉洲變電站玉官線線路保 總計(jì)損失負(fù) 2 0 0 5 9 2 6 事故 護(hù)的直流電源異常一玉洲側(cè)線路保護(hù)節(jié)點(diǎn)一 荷6 2 5 其他主要線路保護(hù) 機(jī)組先后跳閘一主網(wǎng)崩潰 某5 0 0 k v 線路跳閘一斷面潮流轉(zhuǎn)移一其他線 路嚴(yán)重過(guò)載一然后保護(hù)動(dòng)作跳閘一切機(jī)切負(fù) 河南減供負(fù) 華中 河南 電荷 電網(wǎng)趨于平穩(wěn)一電網(wǎng)電壓水平急劇下降 荷2 7 6 5 m w 2 0 0 6 7 1 華中電網(wǎng)共 網(wǎng)停電事故系統(tǒng)處理振蕩現(xiàn)象一一些機(jī)組相繼保護(hù)動(dòng)作 跳閘一調(diào)度員采取切負(fù)荷及低頻減載動(dòng)作等 損失負(fù)荷 3 7 9 4 m w 措施一振蕩平息 5 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 1 美加大停電 2 0 0 3 年8 月1 4 日美國(guó)東北部電網(wǎng)和加拿大聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了有史以來(lái)影響最大 的電網(wǎng)停電事故 事故波及9 3 0 0 平方公里的地區(qū) 美國(guó)的6 個(gè)州和加拿大的兩個(gè) 省都受到了嚴(yán)重的影響 涉及5 0 0 0 萬(wàn)人 損失負(fù)荷6 1 8 0 0 m w 共有2 6 3 個(gè)電廠5 3 1 臺(tái)機(jī)組跳閘 1 停電過(guò)程 1 3 3 1 3 4 俄亥俄北部e a s t l a k e 電廠某機(jī)組跳閘 使周圍地區(qū)失去重要的無(wú)功電 源 從1 5 0 5 到1 5 4 1 c h a m b e r l a i n h a r d i n g h a n n a j u n i p e r 和s t a r s o u t hc a n t o n 三 條3 4 5 k v 線路 先后因?qū)Φ胤烹娭睾鲜嚅_ 1 6 0 5 5 7 s a m m i s s t a r3 4 5 k v 線路因嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷跳閘斷開 該線路斷開后 北 o h i o 的負(fù)荷甩向南部及東部 由此在東北部發(fā)生不停止的連鎖反應(yīng) 大量線路因過(guò) 負(fù)荷而跳閘 此后 東部電網(wǎng)繼續(xù)解列 1 6 1 0 4 6 1 6 1 0 5 4 紐約一新英格蘭輸電線路斷開 1 6 1 0 4 9 紐約輸電網(wǎng)分解為東部和西部 1 6 1 0 5 0 安大略系統(tǒng)的尼亞加拉瀑布西 部和圣勞倫斯西部與紐約西部孤島解列 1 6 1 1 2 2 康涅狄克西南部與紐約城解列 1 6 1 1 5 7 安大略與密歇根東部的其他輸電線斷開 1 6 1 3 連鎖跳閘結(jié)束 2 事故原因 在線靜態(tài)安全分析和狀態(tài)估計(jì)工具不力 調(diào)度員無(wú)法應(yīng)對(duì)線路過(guò)載和接地故障 的連鎖跳閘 故障伊始 多條線路對(duì)樹放電跳閘 輸電走廊維護(hù)不夠 保護(hù)設(shè)計(jì)不完善 許多線路因重負(fù)荷和低電壓 由距離3 段跳閘 長(zhǎng)線甚至出 現(xiàn)距離1 段跳閘 加劇了事故后果 這一事故再次暴露了多邊協(xié)議調(diào)度在事故處理下的問(wèn)題 而n e r c 在東北電力 系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)一東北區(qū)電力協(xié)調(diào)委員會(huì) n p c c 和大西洋中區(qū)委員會(huì) m a a c 只負(fù)責(zé)協(xié) 調(diào)跨區(qū)供電范圍內(nèi)的問(wèn)題 當(dāng)問(wèn)題由局部問(wèn)題變?yōu)閰^(qū)域問(wèn)題的時(shí)候 n e r c 的干預(yù) 可能己經(jīng)為時(shí)已晚 2 1 2 西歐大停電 歐洲當(dāng)?shù)貢r(shí)間2 0 0 6 年1 1 月4 日 歐洲電網(wǎng)發(fā)生一起大面積停電事故 4 6 2 1 事 故中歐洲u c t e 電網(wǎng)解列為3 個(gè)區(qū)域 各個(gè)區(qū)域發(fā)供電嚴(yán)重不平衡 相繼出現(xiàn)頻率 低周或高周情況 事故影響范圍廣泛 波及法國(guó)和德國(guó)人口最密集的地區(qū)以及比利 時(shí) 意大利 西班牙 奧地利的多個(gè)重要城市 大多數(shù)地區(qū)在半小時(shí)內(nèi)恢復(fù)供電 最嚴(yán)重的地區(qū)停電達(dá)1 5 h 整個(gè)事故損失負(fù)荷高達(dá)1 6 7 2 g w 約1 5 0 0 萬(wàn)用戶受到 6 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 影響 一 1 停電過(guò)程 2 1 2 9 e o n 公司將雙回線路d i e l e c o n n e f o r d e 停運(yùn) 隨后 e o n 電網(wǎng)和r w e 電網(wǎng)之間3 8 0k v 聯(lián)絡(luò)線l a n d e s b e r g e n w e h r e n d o r f 的潮流由6 0 0m w 升至1 2 0 0m w 2 1 4 1 e o n 公司在和r w e 公司的聯(lián)系中得知 線路l a n d e s b e r g e n w e h r e n d o r f 在r w e 側(cè)的保護(hù)定值與e o n 側(cè)不同 r w e 側(cè)的保護(hù)定值為1 9 9 5 a e o n 側(cè)為 2 5 5 0 a 當(dāng)時(shí)的線路電流接近1 7 8 0 a 2 2 0 5 2 2 0 7 l a n d e s b e r g e n w e h r e n d o r f 潮流增加1 0 0m w 超過(guò)r w e 側(cè)1 7 9 5 a 的保護(hù)報(bào)警值 2 2 1 0 e o n 公司將l a n d e s b e r g e n 變電站2 條母線合母運(yùn)行 線路 l a n d e s b e r g e n w e h r e n d o r f 立即跳閘 2 s 后 2 2 0 k v 線路b i e l e f e l d o s t g u t e r s l o h 跳閘 2 2 1 0 1 9 3 8 0 k v 線路b e c h t e r d i s s e n e l s e n 跳閘 此后 連鎖反應(yīng)向南部蔓延 u c t e 電網(wǎng)最終解列為3 個(gè)子網(wǎng) 2 事故原因 本次事故是一次典型的跨區(qū)域連鎖故障 起因是超過(guò)預(yù)測(cè)的潮流以及網(wǎng)絡(luò)的多 重開斷共同引起的過(guò)負(fù)荷 在故障發(fā)展過(guò)程中起重要影響的因素有以下五點(diǎn) 第一 電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的負(fù)荷預(yù)測(cè)值不一致 第二 電網(wǎng)間繼電保護(hù)整定值不一致 第三 各電網(wǎng)的備用發(fā)電容量不足 尤其是惡劣氣候等緊急情況下熱備用容量不足 第四 緊急狀態(tài)下削減負(fù)荷的措施不一致 第五 調(diào)度員對(duì)預(yù)警信息不夠重視 2 1 3 華中 河南 電網(wǎng)事故 2 0 0 6 年7 月1 日晚 華中電網(wǎng)發(fā)生事故 事故前華中電網(wǎng)為夏季大負(fù)荷方式 華中電網(wǎng)負(fù)荷6 0 1 4 0 m w 其中河南1 7 0 4 0 m w 湖北1 2 3 4 0 m w 四川1 0 8 4 0 m w 湖南9 2 1 0 m w 江西5 4 1 0 m w 重慶5 3 0 0 m w 三峽左岸電站1 4 臺(tái)機(jī)運(yùn)行 出力 7 6 8 0 m w 事故使2 6 臺(tái)機(jī)組推出運(yùn)行 總裝機(jī)容量6 3 4 0 m w 電網(wǎng)損失負(fù)荷共計(jì) 2 5 8 0 m w 1 停電過(guò)程 2 0 4 8 0 0 河南電網(wǎng)一5 0 0 千伏變電站 因與其相連的某雙回線之第二回線路運(yùn) 行中發(fā)生差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)作 而導(dǎo)致2 臺(tái)開關(guān)跳閘 2 0 4 8 1 0 此雙回線之第一回線路差動(dòng)保護(hù)裝置 過(guò)負(fù)荷保護(hù) 動(dòng)作 又導(dǎo)致該 變電站另外2 臺(tái)開關(guān)跳閘 而對(duì)側(cè)變電站安全穩(wěn)定裝置拒動(dòng) 事故發(fā)生后 河南省電力調(diào)度中心緊急停運(yùn)部分機(jī)組 迅速拉限部分地區(qū)負(fù)荷 穩(wěn)定系統(tǒng)電壓 此后不久 河南電網(wǎng)多條2 2 0 千伏線路故障跳閘 l 座5 0 0 千伏變 電站及部分2 2 0 千伏變電站出現(xiàn)滿載或過(guò)負(fù)荷 一些發(fā)電廠電壓迅速下降 河南電 7 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 網(wǎng)有2 個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的潮流和電壓出現(xiàn)周期性波動(dòng) 電壓急劇下降 系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩 由于受振蕩影響 部分發(fā)電機(jī)組相繼跳閘停運(yùn) 河南省電力調(diào)度中心緊急切除 某地區(qū)部分負(fù)荷 拉停部分2 2 0 千伏變電站主變壓器 國(guó)家電力調(diào)度中心下令華中電網(wǎng)與華北電網(wǎng)解列 調(diào)度下令 華中電網(wǎng)送南方 電網(wǎng)的江城直流功率功率由3 0 0 0 m w 降為1 5 0 0 m w 送華東電網(wǎng)的龍政直流功率由 3 0 0 0 m w 降為2 2 4 8 m w 2 1 0 5 在調(diào)度員采取了一系列切機(jī)切負(fù)荷及低頻減載動(dòng)作后 系統(tǒng)振蕩逐漸平 息 2 事故原因 這次事故的原因主要有以下四點(diǎn) 第一 運(yùn)行方式安排欠妥 檢修方式安排 5 0 0 k v 鄭州變1 號(hào)母線長(zhǎng)時(shí)間停電 電網(wǎng)長(zhǎng)期處于異常運(yùn)行狀態(tài) 而且 針對(duì)5 0 0 k v 鄭州變l 號(hào)母線停電重大檢修方式下對(duì)篙鄭i n 線重要斷面的重視不夠 安全與效益 的關(guān)系處理不當(dāng) 導(dǎo)致篙鄭i n 線長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行 事故前達(dá)到2 1 0 萬(wàn)k w 第二 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置等二次設(shè)備管理不到位 篙鄭i 1 1 線進(jìn)日保護(hù)r e l 一5 6 1 保護(hù)裝置的過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)該設(shè)置為 報(bào)警 而現(xiàn)場(chǎng)誤設(shè)置為跳閘 長(zhǎng)時(shí)間沒有發(fā) 現(xiàn) 電流互感器斷線閉鎖信號(hào)應(yīng)接入報(bào)警回路 也沒有接入 第三 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不強(qiáng) 過(guò)于依賴遠(yuǎn)切 聯(lián)切等安全穩(wěn)定控制裝置 此次事故 篙山變電站安全穩(wěn)定裝置動(dòng) 作判據(jù)存在原理缺陷 在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)拒動(dòng) 使事故進(jìn)一步擴(kuò)大 第四 高低壓電 磁環(huán)網(wǎng)未能打開 導(dǎo)致5 0 0 k v 篙鄭i h 線相繼跳閘后 潮流迅速轉(zhuǎn)移到2 2 0 k v 線路通道上 造成豫中與豫北 豫西多條2 2 0 k v 聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷 引起故障跳閘 2 2 電網(wǎng)n k 連鎖故障過(guò)程分析 通過(guò)對(duì)以上大停電事故和最近三起典型大停電事件的簡(jiǎn)要分析 可以看出電網(wǎng) 大停電事故是由一系列具有因果關(guān)系的擾動(dòng)故障逐級(jí)演變而成 事故發(fā)展過(guò)程具有 階段性 偶然性和隱蔽性 1 階段性 一般而言 大停電都可以分為起始 擴(kuò)大和崩潰三個(gè)階段如圖2 1 起始階段 由于不同的原因 設(shè)備故障 保護(hù)誤動(dòng) 系統(tǒng)運(yùn)行狀況異常 個(gè)別 元件發(fā)生故障 該階段擾動(dòng)的出現(xiàn)有不可控性且具有一定的隨機(jī)性 擾動(dòng)程度和影 響范圍有限 擾動(dòng)的后果是可控的 擴(kuò)大階段 初始擾動(dòng)發(fā)生后 未能引起相當(dāng)?shù)闹匾?調(diào)度處置不當(dāng)或者由于初 始擾動(dòng)引發(fā)其他的設(shè)備 一次設(shè)備和保護(hù)裝置 的運(yùn)行狀況異常并跳閘 這些因素?cái)U(kuò) 大了事故的影響范圍并使系統(tǒng)運(yùn)行狀況惡化 導(dǎo)致部分元件 線路 機(jī)組 過(guò)載 而 且部分過(guò)載元件的保護(hù)設(shè)置不當(dāng)并切除元件 進(jìn)一步惡化系統(tǒng)運(yùn)行狀況 系統(tǒng)處于 穩(wěn)定邊界 這個(gè)階段的擾動(dòng)屬于部分可控 如果能執(zhí)行正確的處置方案以及合理的 8 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 保護(hù)定值 則可以將事故控制在有限的范圍內(nèi) 崩潰階段 由于之前的一系列故障導(dǎo)致局部甚至全網(wǎng)功率不平衡 潮流大范圍 轉(zhuǎn)移 引發(fā)大量線路跳閘 系統(tǒng)發(fā)生振蕩甚至解列 機(jī)組因功角 頻率或電壓等保 護(hù)動(dòng)作而跳閘 系統(tǒng)電壓 頻率崩潰 全網(wǎng)大面積停電 這個(gè)階段的擾動(dòng)屬于不可 控 影響范圍波及全網(wǎng) 系統(tǒng)最終失穩(wěn) 圖2 1 連鎖故障發(fā)展流程簡(jiǎn)圖 階段1 階段2 階段3 可見 事故的擴(kuò)大階段最為關(guān)鍵 如果措施得當(dāng) 保護(hù)配置無(wú)誤 一定程度上 大停電是可以避免 但遺憾的是 歷次停電事故中尤其是事故發(fā)展階段都存在著一 些人為因素和失誤 對(duì)事故的擴(kuò)大起了推波助瀾的作用 值得指出的是 在絕大多 數(shù)停電事故中 都存在著潮流大范圍轉(zhuǎn)移引起的線路過(guò)載跳閘 直接導(dǎo)致了最終的 大面積停電 但這不是原因而是功率不平衡造成的后果 如果能合理安排運(yùn)行方式 優(yōu)化電源配置并且配置合理的應(yīng)急措施f 如通過(guò)穩(wěn)定控制來(lái)切機(jī) 切載限制輸電斷面 潮流 那么可以將事故影響范圍限制在有限的區(qū)域內(nèi) 即可以最大程度的避免全網(wǎng) 崩潰 將事故的損失降至最低 我國(guó)當(dāng)前由于廠網(wǎng)分家 電網(wǎng)規(guī)劃與電源規(guī)劃存在脫節(jié)現(xiàn)象 電源過(guò)于集中 電網(wǎng)存在輸電瓶頸 一旦輸電通道受阻 勢(shì)必造成全網(wǎng)各區(qū)域功率不平衡 即便穩(wěn) 控裝置可以通過(guò)切機(jī) 切負(fù)荷用以平衡區(qū)域功率 但這個(gè)代價(jià)卻是巨大的 2 偶然性 分析中發(fā)現(xiàn) 在事故發(fā)展過(guò)程中存在眾多的不確定性因素f 如保護(hù)拒動(dòng) 線路過(guò) 載下垂對(duì)地短路 如美加停電中多處線路發(fā)生的對(duì)地短路事故源于線路走廊疏于管 理 這些事故在一定程度上是可以避免的 3 隱蔽性 繼電保護(hù)本應(yīng)是阻止故障擴(kuò)大的 防火墻 但在歷次大停電事故過(guò)程中卻成 9 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 了擴(kuò)大事故的一個(gè)主要因素 部分保護(hù)整定不合理 5 一l 雖然按整定值正確動(dòng)作但從 系統(tǒng)整體而言卻是錯(cuò)誤的 在系統(tǒng)正常狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題 但在系統(tǒng)異常狀 態(tài)時(shí) 其動(dòng)作行為卻與預(yù)想相反 這就給事故擴(kuò)大埋下了隱患 存在著相當(dāng)?shù)碾[蔽 性 此類故障需要通過(guò)在不同運(yùn)行方式下的事故預(yù)想以及時(shí)域仿真來(lái)驗(yàn)證 合理考 慮元件的實(shí)際過(guò)載能力以優(yōu)化保護(hù)配置 所以在一定程度上是可以避免連鎖故障因 事故起因迥異 進(jìn)程長(zhǎng)短不一 但發(fā)展過(guò)程都表現(xiàn)為一系列元件的相繼斷開事件的 發(fā)生 2 3 連鎖故障發(fā)展階段中推動(dòng)故障傳播的主要因素 通過(guò)分析我們知道大電網(wǎng)中的故障連鎖反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的 持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò) 程 整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)本身以及系統(tǒng)中各個(gè)元件的運(yùn)行狀態(tài)都在階段性地發(fā)生著變 化 對(duì)連鎖故障的研究 首先要明確促使故障傳播的主要因素 因?yàn)橹挥羞@樣才能 了解將來(lái)的研究中需要著重注意哪些方面 明確研究的重點(diǎn) 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)次大規(guī)模電網(wǎng)連鎖故障的分析可知 在連鎖故障的發(fā)展過(guò)程中 推動(dòng)故障傳播的主要因素包括三個(gè)方面 潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移 繼電保護(hù)的不恰當(dāng)動(dòng) 作以及受端電網(wǎng)的無(wú)功支撐不足 下面將分別討論如下 一 潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移 當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí) 每條線路都帶有一定的初始負(fù)荷 在某條線路斷開后 系 統(tǒng)原來(lái)的潮流將發(fā)生變化 原本流過(guò)這條線路的潮流會(huì)轉(zhuǎn)移到其它線路上去 從而 引起其它線路的潮流增加 一旦其它線路無(wú)法承擔(dān)新增加的負(fù)荷而退出運(yùn)行時(shí) 就 會(huì)引起新一輪的負(fù)荷分配 這將引發(fā)連鎖性的過(guò)負(fù)荷 并最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的大面積癱 瘓和大規(guī)模停電事故的發(fā)生嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致線路斷開 而由潮流轉(zhuǎn)移引起的線路開斷又 可以分為下面兩種情況 1 線路下垂觸物體跳開 隨著潮流的增加 線路發(fā)熱量也隨之增大 由于熱脹冷縮效應(yīng)從而導(dǎo)致線路的 垂度增加 如果線路潮流變得非常重 線路就有可能下垂到與它下方的某個(gè)物體 常 常是樹木 接觸而發(fā)生接地故障跳開 在美加電網(wǎng)8 1 4 大停電事故中 由于這個(gè)原 因造成的線路跳閘事件非常多 線路發(fā)生這種因下垂觸物的接地故障的概率與很多因素有關(guān) 但當(dāng)桿塔的高 度 導(dǎo)線的材質(zhì)以及架空線路下樹木的最高限定高度確定后 我們可以認(rèn)為它與流 過(guò)導(dǎo)線的電流 風(fēng)速 環(huán)境溫度和時(shí)間有關(guān) p f 1 w t f 上式中 p 為發(fā)生線路觸樹 或其它物體 的概率 l 為流過(guò)線路的電流的有效值 w 為故障發(fā)生時(shí)的風(fēng)速 t 為當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度 t 為線路與物體接觸的時(shí)間 因?yàn)閜 1 0 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 與環(huán)境溫度有關(guān) 所以這類事故通常在夏天發(fā)生 夏季時(shí)環(huán)境溫度高 當(dāng)線路由于 潮流嚴(yán)重而發(fā)熱時(shí) 過(guò)高的環(huán)境溫度會(huì)加劇線路的過(guò)度發(fā)熱 而冬天發(fā)生的概率會(huì) 低很多 此外 由于導(dǎo)線溫度增加需要一定的時(shí)間 所以這類事故一般僅在連鎖故 障的發(fā)展階段出現(xiàn) 連鎖故障的高潮和崩潰階段由于持續(xù)時(shí)間非常短 通常不需要 考慮這類事故 2 距離i i i 段保護(hù)或過(guò)流保護(hù)i i i 段的動(dòng)作 距離i l i 段保護(hù)和過(guò)流保護(hù)i l i 段保護(hù)的整定原則分別是 起動(dòng)值躲開正常運(yùn)行 時(shí)最大負(fù)荷情況下的負(fù)荷阻抗和負(fù)荷電流的 當(dāng)潮流的增加使得某條線路過(guò)負(fù)荷特 別嚴(yán)重時(shí) 距離i i i 段保護(hù)由于無(wú)法區(qū)分潮流轉(zhuǎn)移引起的過(guò)載和遠(yuǎn)方短路故障引起 的過(guò)載 從而可能引起線路的距離i i i 段保護(hù)跳閘 當(dāng)某條線路切除后 電網(wǎng)拓?fù)?結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導(dǎo)致的線路過(guò)載同樣易造成線路過(guò)流保護(hù)i i i 段誤動(dòng) 總而言之 潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移是連鎖故障發(fā)展階段中推動(dòng)故障傳播的主要因素 之一 具體的潮流轉(zhuǎn)移情況與初始故障情況 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)等 有關(guān) 好的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有可能會(huì)減少連鎖故障的威脅 這也是目前研究連鎖故障的 熱點(diǎn)之一 二 保護(hù)的不恰當(dāng)動(dòng)作 保護(hù)動(dòng)作也是推動(dòng)連鎖故障發(fā)生的重要原因 在一次大規(guī)模連鎖故障過(guò)程中 保護(hù)動(dòng)作的次數(shù)可能高達(dá)上百次 要想準(zhǔn)確地研究連鎖故障的發(fā)生發(fā)展過(guò)程 必須 既要考慮保護(hù)的正確動(dòng)作 還要考慮保護(hù)的不正確動(dòng)作的情況 1 保護(hù)的正確動(dòng)作 從總體上來(lái)說(shuō) 繼電保護(hù)是一種可靠性非常高的裝置 因此在一次連鎖故障過(guò) 程中 絕大部分保護(hù)動(dòng)作都屬于正確動(dòng)作 如上文中所說(shuō)的線路觸樹跳閘和距離i i i 段保護(hù)跳閘 以及歷次大停電事故中經(jīng)常出現(xiàn)的低壓保護(hù)動(dòng)作切發(fā)電機(jī) 保護(hù)本身 都是根據(jù)其預(yù)先的設(shè)置正確動(dòng)作的 但出現(xiàn)的問(wèn)題是 由于目前電網(wǎng)中的保護(hù)以及 其它安全自動(dòng)裝置都是根據(jù)本地電氣信息動(dòng)作的 相互之間缺乏協(xié)調(diào)配合 這就導(dǎo) 致有的保護(hù)動(dòng)作不僅不能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性 反而還會(huì)推動(dòng)連鎖故障的傳播 美加 8 1 4 大停電最終報(bào)告中就指出 如果某些線路的距離3 段保護(hù)不動(dòng)作 讓線路堅(jiān)持 重載運(yùn)行若一干分鐘 調(diào)度人員就有可能意識(shí)到電網(wǎng)所處的危險(xiǎn)狀態(tài)并采取相應(yīng)的 措施阻止故障的繼續(xù)連鎖 2 保護(hù)的隱性故障 隱性故障是指系統(tǒng)中某個(gè)事件發(fā)生后 由于保護(hù)定值配置不當(dāng)導(dǎo)致保護(hù)裝置誤 動(dòng) 隱性故障在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn) 但一旦有觸發(fā)事件發(fā)生 如線路短路 將可能引起帶有隱性故障的保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作 隱性故障的存在可能導(dǎo)致的直接后果 是 在完成一個(gè)開關(guān)動(dòng)作后 繼電器或繼電器系統(tǒng)可能將電路元件錯(cuò)誤或不適當(dāng)?shù)?從系統(tǒng)中移除 繼電保護(hù)設(shè)備的隱性故障會(huì)引發(fā)電網(wǎng)連鎖故障或加劇電網(wǎng)連鎖故障 1 1 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 的發(fā)展 由隱藏而導(dǎo)致的方停電事故并不少見 如1 9 9 6 年7 月2 日美國(guó)w s c c 電 網(wǎng)的大停電事故和2 0 0 3 年8 月2 8 日發(fā)生在英國(guó)倫敦的停電事故都是典型的由隱藏 故障造成停電的例子 三 受端電網(wǎng)的無(wú)功支撐不足 傳統(tǒng)意義上的電壓崩潰發(fā)生在負(fù)荷非常重的 有故障發(fā)生的或者無(wú)功短缺的電 力系統(tǒng)中 其發(fā)生的機(jī)理是 當(dāng)系統(tǒng)失去了某些發(fā)電 輸電設(shè)備或系統(tǒng)負(fù)荷增加嚴(yán)重 而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓將下降 電壓的降低使得電容器和線路充電電容發(fā)出的無(wú)功減少 系統(tǒng)無(wú)功的不足引發(fā)電壓進(jìn)一步下降 如果這種下降過(guò)程一直持續(xù)下去 將會(huì)引起 其它設(shè)備跳開 又再促使電壓降低并失去部分負(fù)荷 這是一個(gè)漸進(jìn)式的 不可控的 過(guò)程 引發(fā)這一過(guò)程的原因是由于系統(tǒng)不能滿足負(fù)荷的無(wú)功需求 而不是由于設(shè)備 的過(guò)負(fù)荷 事實(shí)上 受端系統(tǒng)無(wú)功電源不足常常是驅(qū)使線路相繼開斷的一個(gè)很重要的原 因 因?yàn)樵谙到y(tǒng)的某個(gè)傳輸功率斷面上 一條線路的開斷導(dǎo)致潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移 從而加重其余線路的有功潮流 同時(shí)加大線路的無(wú)功消耗并降低線路末端的電壓 這時(shí) 如果線路末端無(wú)功電源不足 那么為了維持線路末端電壓不至于太低 線路 就需要傳輸更多的無(wú)功 但是傳輸越多 消耗也就越大 這一過(guò)程將大大增加流過(guò) 線路的電流的無(wú)功分量 使得流過(guò)線路的電流的有效值逐漸接近并超過(guò)允許的極限 值 最終導(dǎo)致線路因接地故障斷開或直接由保護(hù)距離i i i 段動(dòng)作斷開 2 4 本章小結(jié) 對(duì)各主要大停電事故的分析可見 大停電事故是由具有因果關(guān)系的一系列擾動(dòng) 故障逐級(jí)演變而成 事故發(fā)展過(guò)程具有階段性 偶然性和隱蔽性 但此類事故并非 完全不可避免 在研究電力系統(tǒng)連鎖故障特性及其改進(jìn)措施時(shí) 根據(jù)系統(tǒng)的具體運(yùn) 行方式及配套安全措施來(lái)分析電網(wǎng) 并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題予以改進(jìn) 1 規(guī)劃 此時(shí)就可以考慮在較長(zhǎng)的時(shí)間跨度內(nèi)通過(guò)新建線路 新增并優(yōu)化電 網(wǎng)布局 開發(fā)正確和可靠的安全控制措施 加強(qiáng)繼電保護(hù)等管理工作 消除事故隱 患 2 運(yùn)行 這屬于較短的時(shí)間范圍 應(yīng)制定合理的運(yùn)行方式 做好實(shí)時(shí)監(jiān)控 準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)氖鹿侍幚眍A(yù)案 將發(fā)生大停電的概率降至最低 這兩個(gè)方面各有側(cè)重和 不同 從根本上而言 更應(yīng)注重規(guī)劃方面的研究 尤其我國(guó)當(dāng)前的能源布局的限制 更應(yīng)注重和加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)可靠性的研究 1 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 1 引言 第三章電網(wǎng)連鎖故障模型分析 為了探索電力系統(tǒng)連鎖故障的機(jī)理 學(xué)者們?cè)诜治隽穗娏ο到y(tǒng)的宏觀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?結(jié)構(gòu)和微觀物理特性的基礎(chǔ)上 提出了一系列的連鎖故障模型 這些模型基本上可 以分為三類 一是純粹基于網(wǎng)絡(luò)宏觀結(jié)構(gòu)的靜態(tài)模型 此類模型主要立足于復(fù)雜網(wǎng) 絡(luò)基礎(chǔ)理論 從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度研究網(wǎng)絡(luò)對(duì)于各種攻擊或故障的承受能力及發(fā)生連 鎖故障的可能性等問(wèn)題 主要包括隔離中心性模型 m o t t e r l a i 模型和有效性能模 型 二是元件級(jí)聯(lián)失效型模型 該類模型不考慮電網(wǎng)的具體傳輸結(jié)構(gòu) 僅考慮過(guò)負(fù) 荷導(dǎo)致元件失效而形成級(jí)聯(lián)或連鎖故障 主要有基于負(fù)荷轉(zhuǎn)移的c a s c a d e 模型和 分支過(guò)程模型 三是基于電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性描述的模型 如基于直流最優(yōu)潮流的o p a 模 型 基于近似直流潮流和隱故障機(jī)理的隱故障模型 基于交流潮流和負(fù)荷切除的 m a n c h e s t e r 模型等 下面將分別簡(jiǎn)要介紹 3 2 連鎖故障模型 3 2 1 基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連鎖故障模型 井 1 相隔中心模型 相隔中心性模型又稱為h o l m e k i m 模型 該模型主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓鶎?dǎo)致 的過(guò)負(fù)荷 其基本假設(shè)是任意兩節(jié)點(diǎn)之間信息或能量的交換都通過(guò)最短路徑進(jìn)行 該模型選擇相隔中心性 b e t w e e n n e s sc e n t r a l i t y 來(lái)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和邊的負(fù)荷和 容量 即節(jié)點(diǎn)y 的相隔中心性c 8 p 和邊e 的相隔中心性g 0 定義分別為 g 荔警 q 2 善磊 警 2 式中 對(duì)于 且 v 的所有節(jié)點(diǎn)對(duì) 6 為緲與 之間最短路徑數(shù)目 6 o 為 與 之間經(jīng)過(guò)y 的最短路徑數(shù)目 6 為y 與緲之間所有最短路徑數(shù)目 6 e 為節(jié)點(diǎn) 與 之間包含邊e 的最短路徑數(shù)目 當(dāng)c 口 p c 甲為相隔中心性的最大值 時(shí) 則邊e 過(guò)負(fù)荷 則將其從圖 中移除并重新計(jì)算c 日 如此反復(fù)則會(huì)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)形成 故障雪崩 同樣的 如果節(jié)點(diǎn)v 過(guò)負(fù)荷 則僅在圖中刪除連接到該節(jié)點(diǎn)的所有邊 但節(jié)點(diǎn)v 并沒有刪除 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 在后續(xù)過(guò)程中仍可能被重新連接 該模型使用下述三個(gè)特征量來(lái)衡量系統(tǒng)功能 邊 的數(shù)目 最短路徑長(zhǎng)度的倒數(shù)和最大連通子圖s 的規(guī)模 由此可見 為防止過(guò)負(fù)荷 節(jié)點(diǎn)和邊的容量必須隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大而增加 該模型在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用存在局限性在于 該模型以無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型為基 礎(chǔ) 而電力網(wǎng)未必是無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò) 模型的網(wǎng)絡(luò)是任意生長(zhǎng)變化的 這與電網(wǎng)建設(shè)的 有序性不符 模型假設(shè)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)容量的最大均值相同 這亦與實(shí)際電網(wǎng)不符 2 m o t t e r l a i 模型 該模型與相隔中心性模型基本類似 也采用某節(jié)點(diǎn)的最短路徑的總數(shù)來(lái)定義節(jié) 點(diǎn)負(fù)荷 該模型假設(shè)節(jié)點(diǎn)f 的容量c 0 口 厶正比于其初始負(fù)荷 其中 厶表示初 始負(fù)荷 口為網(wǎng)絡(luò)的耐受性參數(shù) 其物理意義是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理負(fù)荷增長(zhǎng)的能力亦即 抵御干擾能力 該模型假設(shè)各節(jié)點(diǎn)容量不同 節(jié)點(diǎn)故障時(shí)也要將該節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中移 除 連鎖故障的發(fā)生時(shí)間遠(yuǎn)小于網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)時(shí)間 因此不考慮網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng) 3 有效性能模型 該模型引入有效性能概念將電網(wǎng)描述為賦權(quán)圖 該圖用n n 矩陣 p 表示 其 中 為節(jié)點(diǎn)i 與j 的之間的有效性能值 1 0 l 若兩點(diǎn)之間沒有邊相連則勺一0 否則e i i 0 由于p 表示連接節(jié)點(diǎn)i 與i 的邊的傳輸負(fù)荷性能水平 故e 越大表示這 條邊傳輸負(fù)荷的能力越強(qiáng) 系統(tǒng)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的任意一條路徑的有效性能等 于它通過(guò)所有邊的有效性能之和 若某條路徑的有效性能值達(dá)到最大 則稱之為最 有效路徑 進(jìn)一步 模型中節(jié)點(diǎn)i 的負(fù)荷厶o 定義為t 時(shí)刻通過(guò)節(jié)點(diǎn)i 的最有效路徑 的總數(shù) 而節(jié)點(diǎn)i 容量滿足c 以 0 即節(jié)點(diǎn)容量正比于其初始負(fù)荷該厶 0 此 外 該模型還假設(shè)兩點(diǎn)之間的負(fù)荷是通過(guò)最有效的路徑傳輸 具體計(jì)算時(shí) 故障導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)移除會(huì)改變節(jié)點(diǎn)之間的最有效路徑 進(jìn)而改變負(fù) 荷分配 并導(dǎo)致若干節(jié)點(diǎn)過(guò)負(fù)荷 使得與這些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)相連的所有邊的有效性能值 下降 最終導(dǎo)致通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)的所有最有效路徑的有效性能值下降 如果這些原來(lái) 的最有效路徑的有效性能值低于其他路徑 則負(fù)荷將選擇有效性能值更高的路徑傳 播 從而引發(fā)負(fù)荷的重新分配 形成連鎖故障 最有效性能模型t 時(shí)刻的迭代規(guī)則 為t f 上盟 l i t c e j t 1 厶o g 一 l 勺o(hù) 厶o s c rq 有效性能模型的特點(diǎn)有三 一是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為非連通網(wǎng)絡(luò)時(shí) 利用有效能的概念同 樣可以評(píng)價(jià)該網(wǎng)絡(luò)的性能 此時(shí)任意兩個(gè)非連通子圖網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點(diǎn)間的有效性能 值為0 二是當(dāng)節(jié)點(diǎn)過(guò)負(fù)荷時(shí) 該節(jié)點(diǎn)不會(huì)從網(wǎng)絡(luò)中刪除 并且當(dāng)過(guò)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù) 荷降到額定值以下時(shí) 這些節(jié)點(diǎn)可能通過(guò)重新接入網(wǎng)絡(luò)而再次正常工作 三是克服 1 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 了以往研究中通過(guò)移除系統(tǒng)中一定比例的元件 進(jìn)而評(píng)估故障能在多大程度上影響 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的方法的局限性 而是采用了動(dòng)態(tài)仿真法 認(rèn)為一個(gè)元件故障不但能對(duì)網(wǎng) 絡(luò)行為產(chǎn)生直接影響 還會(huì)導(dǎo)致其他元