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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于事故链理论的电网结构脆弱性评估与监控 姓名：孙小梅 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：罗毅 20070603 I 摘 要 随着电网大互联格局的逐步形成，电网规模变的愈发庞大，电网互联加紧了各互 联系统之间的联系， 充分利用了资源， 但同时也为大型的安全事故制造了隐患。 自 2003 美加大停电以来，国内外又发生了多次大面积的停电事故，大停电的频繁发生为大 电网的安全问题敲响了警钟。在此背景下，本文通过总结大停电的研究现状，以预防 大停电为最终目的，利用事故链理论对大停电连锁故障现象进行了研究，同时对事故 链理论应用于分析连锁故障的可行性及一
2、些关键技术进行了探讨。 本文研究了事故链理论描述法与连锁故障表现形式之间存在的一致性。 文章通过 实例说明事故链描述法与连锁故障机理的统一， 并结合事故链理论自身的完善性共同 阐述了选择事故链理论研究连锁故障存在的优势。 本文研究了事故链理论应用的关键技术问题：顶事件的选取和事故链的求取。对 于顶事件的选取，本文通过实际例子说明选取重要母线故障（当前大停电研究的一般 选取法）为顶事件存在的不足之处，并结合实际大停电后果，共同说明选择系统失稳 作为顶事件更加具备合理性。其次，对于事故链的求取，本文引入了故障预测法，并 对预测法作了实用化处理：主要是针对后续故障数 K 值（下一级故障元件数）的选择
3、 问题作了探讨，并对选取 K1 的合理性作了论证。由于中间环节采取故障预测法， 使得枚举法的工作量转移到了初始故障选择部分， 本文以负荷转移在大停电连锁过程 中的关键作用为依据对初始故障作了合理选择。 本文最后以 IEEE39 节点系统为例进行了分析，并提出了事故链监控原理。 关键字：关键字：连锁故障 故障预测 事故链 脆弱性 II Abstract With gradual expansion of the power network scale and bulk nationwide interconnection, power network strengthens the contac
4、t among areas, makes full use of the resource but also brings hidden troubles to power network security. Following the blackout on August 14, 2003 in the United States and Canada, more blackouts happened then which shows that the safe operation of the power system has already become a topic of world
5、wide concern. It is against such a background that a preliminary study is made on the cascading blackouts with fault-chain, and the key problems are discussed in fault-chain use in analyzing cascading failures. It studies the consistency between fault-chain and cascading failure. And the maturity of
6、 fault-chain makes it more suit to study blackouts. How to select peak failure and how to obtain one fault-chain are problems when using Fault-chain theory. First, for the former ,according to the practical blackouts, the paper considers that power systems out of stability is more close to the black
7、outs than busbar failure that usually selected in recent blackout study. Also the paper explains deficiency of selecting busbar and proves rationality of selecting systems out of stability as the peak failure. Secondly, It explains the meaning of structure characteristic, through which the paper dis
8、tilling the process that shows structure characteristic. As to how to obtain one fault-chain, the paper cites forecasting formula. It makes the formula more practical mainly in the number of broken-down components appearing in aftertime. In original principle for forecasting, the number is four whil
9、e it is one in this paper, and the reason is given on the choice. Thirdly, the paper actualizes the initialized failures enumeration according to the influence on the other lines of power system brought by loads transferring. Finally, taking IEEE-39 for example，the paper actualizes the upward theory
10、 and brings control methods forward to avoid blackouts. Key words：cascading-failure failure-forecasting fault-chain vulnerability 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
11、 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪 论 1.1 引言 自 2003 美加大停电1以来，国内外又发生了多次大面积的停电事故2：意大利 大停电、瑞典
12、丹麦大停电、伦敦大停电，2005 年爱尔兰大停电3,4、美国南部大停 电、德国的西北部及相邻的荷兰和比利时大停电、日本东北和关西大面积停电，2006 年南非大停电、新西兰大停电、波兰大停电、西欧“11.4”大停电5,6、莫斯科大停电 7。在国内，2005 年 9 月 25 日的海南大停电8，也给我们敲响了警钟：大电网的大 停电事故离我们并不遥远。 大停电是若干事故前后相继连锁而成， 其概率等于所有事故发生的条件概率的乘 积，由于各个事故发生的概率都是小于 1 的，因此，相对于单个的故障，大停电的发 生是一个小几率事件。但是由于大停电往往引发严重后果，而且近年来大停电频繁发 生，迫切需要对大停电
13、现象做更加深入细致的研究，以找出应对之策。 当前电网大互联也为这种大面积的停电事故制造了隐患。自华中、东北、华北、 华东 4 个跨省 500kV 电网和西北 330kV 跨省电网逐步行成，1989 年 500kV 葛洲坝 上海直流输电工程的建成，首次实现两大区的联网，标志着我国电网从省际间联网 向跨大区联网迈进了一步。2005 年 7 月，随着西北华中背靠背直流工程的投运，我 国大区电网间实现了互联，东北华北和华北华中同步大电网；华东与华中电网通 过葛洲坝南桥和龙泉政平直流工程实现异步联网； 华中电网和南方电网通过三峡 广东直流异步联网；西北与华中电网通过灵宝直流背靠背工程实现异步联网。全国
14、形成东北华北华中、华东、西北、南方 4 个主要同步电网。今后 1020 年我国 大区电网间互联将进一步加强，并逐步形成以特高压交流（1000kV）和特高压直流 （ 800kV）为骨干网架的国家电网。 与此同时，国外电网也在如火如荼之势中进行大区以至跨国互联。 电网互联加紧了各互联系统之间的联系， 充分利用了资源。 以 2006 年 14 月份， 西电东送等跨区跨省电力电量交换为例进行说明：为缓解广东电力紧张，按照国家统 一部署，组织部分电力支援广东，华中送南方 58.27 亿千瓦时，同比增长 148.42%； 华中主网支援川渝 28.03 亿千瓦时，同比增长 81.41%，有效地缓解了川渝枯水
15、期电力 2 供需矛盾；西北通过灵宝变电站送华中 8.88 亿千瓦时；贵州送湖南 2.19 亿千瓦时， 同比增长 27.13%。各地电力电量交换活跃，区域优化配置资源成效显著。目前全国 六大电网已实现互联。2005 年累计交换电量 2500 亿千瓦时，同比增长 20.9%。 大电网互联对于全网经济调度和事故备用都十分有利， 但同时也带来一系列影响 电力系统运行稳定性的新因素。例如，东北华北华中同步电网，通过 500kV 弱联 系，形成典型的长链式电网结构，系统的动态稳定性差，区域间功率交换低，严重限 制了华北华中电网水火互济效益的发挥。 而且互联以后各子系统的安全性极限要依 赖于外部邻居的条件，
16、这就使其安全性常有一定的脆弱性。 远距离输电和电网互联的目的是为了进行正常运行时的功率授受和紧急状态时 的相互支援，但两者都要受送电极限的限制。这种情况为稳定性问题的触发埋下了隐 患。在这种现状下，一旦系统稳定性破坏，使得各个子系统间相互影响，将造成巨大 的经济损失。因此对大电网的潜在大停电隐患进行分析迫在眉睫。 本文提出的电网结构脆弱性分析正是针对电网大停电提出的，目的是要找出触发 互联大电网潜在大停电隐患的一些内在因素，并提出有效控制措施，使互联电网在给 我们带来巨大经济效益的同时，更加安全稳定的运行。 1.2 大停电研究现状 国内外有关学者在对大停电过程详细分析的基础上， 抽象出了各种大停电发生模 型，验证了大停电的连锁故障机理（这里的连锁故障是指由一系列互为因果、在时间 尺度上可区分的序列停运引
