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電網(wǎng)連鎖故障中的受擾支路及其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)分析

2015-03-01 06:45鄧慧瓊李培強(qiáng)鄭榮進(jìn)
關(guān)鍵詞:支路連鎖潮流

鄧慧瓊,李培強(qiáng),鄭榮進(jìn)

(福建工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院,福建福州350118)

電網(wǎng)連鎖故障中的受擾支路及其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)分析

鄧慧瓊,李培強(qiáng),鄭榮進(jìn)

(福建工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院,福建福州350118)

針對(duì)電網(wǎng)的連鎖跳閘現(xiàn)象,對(duì)受初始故障波及的連鎖受擾支路及其與電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析,并提出一種篩選初始故障、連鎖受擾支路以及對(duì)連鎖受擾支路的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分的算法。首先根據(jù)連鎖跳閘現(xiàn)象中連鎖受擾支路的連鎖跳閘表現(xiàn),以及繼電保護(hù)的動(dòng)作行為,給出一種評(píng)價(jià)連鎖受擾支路受擾嚴(yán)重性的表達(dá)形式,在此基礎(chǔ)上給出根據(jù)嚴(yán)重性對(duì)連鎖受擾進(jìn)行篩選的原則,然后分析初始故障切除后剩余系統(tǒng)支路的電流和節(jié)點(diǎn)注入功率之間關(guān)系,進(jìn)而在綜合連鎖受擾支路的嚴(yán)重性及其與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)作用的基礎(chǔ)上,形成篩選初始故障支路及其相應(yīng)的嚴(yán)重連鎖受擾支路以及對(duì)嚴(yán)重連鎖受擾支路的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分的算法,可為電網(wǎng)分析連鎖跳閘現(xiàn)象以及阻斷連鎖跳閘提供思路和借鑒,算例分析表明該算法的合理性。

電力系統(tǒng);大停電;連鎖故障;連鎖跳閘;潮流轉(zhuǎn)移;關(guān)聯(lián)作用

電網(wǎng)的連鎖故障問題一直是近些年來(lái)比較受到關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。廣大研究工作者從大規(guī)模連鎖故障發(fā)生的自組織臨界性[1],電網(wǎng)拓?fù)涞男∈澜缇W(wǎng)絡(luò)特性[2],電網(wǎng)連鎖故障產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)[3],電網(wǎng)連鎖故障引起的脆弱性[4],連鎖故障發(fā)展的事故鏈[5]等多種角度對(duì)電網(wǎng)連鎖故障現(xiàn)象及相關(guān)問題進(jìn)行了研究,取得了眾多的研究成果。

電網(wǎng)連鎖故障通常從一個(gè)簡(jiǎn)單的故障開始,其通常的表現(xiàn)是:一條線路故障且被切除后(這是第一級(jí)故障),然后因連鎖受擾作用使得電網(wǎng)剩余的支路中有部分支路被繼電保護(hù)或自動(dòng)裝置切除(這是第二級(jí)故障),然后進(jìn)一步引起新的線路或元件跳閘(第三級(jí)),依次類推,期間,可能伴隨著復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程。一般而言,隨著連鎖故障的發(fā)展,動(dòng)態(tài)過程會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。

從防御連鎖故障的角度來(lái)看,顯然越早阻斷連鎖故障的發(fā)展越是有利的,從緊急控制的角度來(lái)看,顯然在第一級(jí)故障發(fā)生后,就應(yīng)該采取措施。實(shí)際上,在很多的電網(wǎng)連鎖故障中,第一級(jí)故障發(fā)生后往往并沒有復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程,而只是潮流發(fā)生了重新分配,使得電網(wǎng)中其余的支路發(fā)生過載進(jìn)而被繼電保護(hù)切除。雖然在這一階段實(shí)際的電網(wǎng)中一般有靜態(tài)安全分析和控制的措施,但實(shí)際電網(wǎng)復(fù)雜多變,靜態(tài)安全分析并不一定能夠捕捉所有可能引發(fā)連鎖故障的初始故障,歷史上發(fā)生的不少大停電事故往往就是因?yàn)檫@種情況的出現(xiàn)而導(dǎo)致的。所以將這一階段的連鎖跳閘現(xiàn)象作為一種特殊的問題加以研究還是很有必要的,對(duì)此近年來(lái)出現(xiàn)的輸電斷面保護(hù)[6]提供了很好的思路和借鑒,考慮到初始故障切除后電網(wǎng)潮流一般轉(zhuǎn)向與初始故障線路處于相同輸電斷面的線路上,所以其思路是通過適當(dāng)?shù)乃惴焖僮R(shí)別與初始故障線路位于相同輸電斷面的線路,進(jìn)而采取措施以避免連鎖跳閘事故的發(fā)生。

由于連鎖跳閘現(xiàn)象與連鎖受擾支路在潮流重新分配后的電氣量及其所配置的后備保護(hù)的動(dòng)作行為密切相關(guān),因此本文結(jié)合這些因素給出了一種評(píng)價(jià)連鎖受擾支路的表達(dá)形式,并根據(jù)其連鎖受擾的嚴(yán)重性給出了篩選連鎖受擾支路的原則。同時(shí),考慮電網(wǎng)潮流的重新分配主要決定于節(jié)點(diǎn)的注入功率,而且阻斷連鎖跳閘的主要手段是削減節(jié)點(diǎn)的注入功率,本文分析了初始故障支路切除后電網(wǎng)其余支路的電流和節(jié)點(diǎn)注入功率之間的關(guān)系,然后在綜合前面分析的基礎(chǔ)上提出了一種篩選初始故障支路、連鎖受擾支路并對(duì)其關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分的算法,最后在IEEE39系統(tǒng)上通過算例給出進(jìn)一步的分析和驗(yàn)證。

1 連鎖受擾支路的嚴(yán)重性評(píng)價(jià)

設(shè)電網(wǎng)某時(shí)刻支路Lk發(fā)生初始故障,當(dāng)支路Lk切除且電網(wǎng)的潮流重新分布后,對(duì)于剩余系統(tǒng)中的任一支路Li,根據(jù)其后備保護(hù)的配置情況,可定義如下的變量來(lái)衡量該支路是否發(fā)生連鎖跳閘:

其中,ωi·dist是衡量ωi·lim和ωi之間電氣距離的量,其所表示的含義是:當(dāng)ωi·dist≤0時(shí),支路Li由后備保護(hù)予以切除,而當(dāng)ωi·dist>0時(shí),支路Li不會(huì)被后備保護(hù)切除;而ωi·lim和ωi則是由具體的后備保護(hù)配置及其動(dòng)作方程決定的量,可根據(jù)具體情況來(lái)確定。例如,若保護(hù)為電流保護(hù),則ωi·lim為保護(hù)的電流定值,而為ωi支路Li的電流;若保護(hù)為方向圓特性的距離保護(hù),則ωi·lim可取為Zset/2,而ωi可取為Zm-Zset/2,其中,Zset為距離保護(hù)定值,而Zm為測(cè)量阻抗。由式(1)可見,在不考慮保護(hù)動(dòng)作的不確定性以及其他閉鎖條件的情況下,從連鎖跳閘的角度來(lái)看,ωi·dist的取值實(shí)質(zhì)上也反映了支路Li在初始故障切除后因連鎖作用而受到擾動(dòng)的嚴(yán)重程度。可利用式(2)來(lái)進(jìn)一步給出連鎖受擾支路的嚴(yán)重性。

其中的ε為用于判斷的門檻值,可以為很小的正數(shù)或負(fù)數(shù),可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H的需求給出,一旦給定ε,則式(2)實(shí)際上也就給出了篩選嚴(yán)重連鎖受擾支路的原則,即對(duì)任一支路只要滿足式(2)即可視為嚴(yán)重連鎖受擾支路。下面主要針對(duì)電流保護(hù)的形式展開進(jìn)一步的討論。

2 初始故障切除后節(jié)點(diǎn)-支路間關(guān)聯(lián)關(guān)系

當(dāng)電網(wǎng)中的支路Lk因發(fā)生初始故障斷開后,在近似地只考慮有功功率的情況下,電網(wǎng)剩余系統(tǒng)中的某一支路Li的傳輸功率將由Pi(0)變?yōu)镻i,即:

其中,Pk(0)為支路Lk故障前所傳輸?shù)墓β?,λk(i)是一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和支路電抗參數(shù)共同決定的量,反映的是Lk斷開后,其原來(lái)所傳輸?shù)墓β史峙湓谥稬i中的份額。設(shè)電網(wǎng)共有l(wèi)條支路,n個(gè)節(jié)點(diǎn),如果連同支路Lk一并考慮在內(nèi),將電網(wǎng)的每一條支路的傳輸功率按式(3)組合起來(lái),可形成如式(4)所示縮寫的矩陣形式:

PL=PL(0)+Pk(0)λ(4)

式(4)中PL為支路Lk開斷后的支路功率向量,共包含l個(gè)元素;PL(0)為支路Lk開斷前的支路功率向量;λ是各支路的λk(i)組成的向量。

根據(jù)直流潮流法可知,式(4)中的PL(0)與支路Lk開斷前電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓相角向量θ0具有式(5)所示的關(guān)系[9]:

PL(0)=Sθ0(5)

其中,θ0中的參考節(jié)點(diǎn)的電壓相角取為0;S為支路-節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣,其中的每個(gè)元素記為sij(i=1,2,…,l;j=1,2,…,n),如果支路Li和節(jié)點(diǎn)j不相連,則sij=0;如果支路Li的功率從節(jié)點(diǎn)j流出,則sij=1/x;如果支路Li的功率注入節(jié)點(diǎn)j,則sij=-1/x。這里,x為支路Li的電抗。

設(shè)θ0中除去參考節(jié)點(diǎn)以外的其余節(jié)點(diǎn)組成的向量為θ0′,由直流潮流法可知,θ0′和節(jié)點(diǎn)注入功率向量之間的關(guān)系為[7]:

式(6)中B0′為支路開斷前對(duì)應(yīng)于不包含參考節(jié)點(diǎn)的n-1階節(jié)點(diǎn)電納矩陣;Pn′為不包含參考節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)功率注入向量。對(duì)矩陣(B0′)-1進(jìn)行擴(kuò)展[8],也即給(B0′)-1增加一行一列,該行和列的各元素的值都取為“0”,其行號(hào)和列號(hào)都對(duì)應(yīng)于參考節(jié)點(diǎn)的編號(hào),其余各行各列的編號(hào)分別和其余各節(jié)點(diǎn)的編號(hào)對(duì)應(yīng),并將擴(kuò)展后的矩陣記為B0。進(jìn)一步取Ik表示l×l階單位陣的第k行,則可進(jìn)一步推得[8]:

PL=[SB0+λIkSB0]Pn=RpPn(7)

其中,Pn為電網(wǎng)中包括參考節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的節(jié)點(diǎn)注入功率向量。Rp為由SB0+λIkSB0構(gòu)成的系數(shù)矩陣,其中的每個(gè)元素記為rij(i=1,2,…,l;j=1,2,…,n),其中的λ的計(jì)算可參見文獻(xiàn)[9]。

根據(jù)直流潮流法的假設(shè)條件及支路電流和傳輸有功之間的關(guān)系[8],可知支路Lk開斷后,其余各支路的電流為:

I=RpPn(8)

這樣,式(8)就給出了支路Lk開斷后,電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入功率和各支路電流之間的關(guān)系。

由式(8)可見,支路Lk開斷后,任一支路Li的電流可表示為:

式(9)右側(cè)的任一元素rijPj(j=1,2,…,n)代表了節(jié)點(diǎn)j對(duì)支路Li的實(shí)際貢獻(xiàn),而rij則代表了節(jié)點(diǎn)j對(duì)支路Li的靈敏作用。

3 支路的篩選及關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的劃分算法

由前面的分析可見,對(duì)于連鎖跳閘事件,在進(jìn)行預(yù)想事故分析時(shí)首先應(yīng)該按照連鎖跳閘的實(shí)際情形分析連鎖受擾支路。其次,初始故障支路斷開后,由于受擾支路的電流主要決定于節(jié)點(diǎn)的注入功率,而且往往與部分節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系比較大,找出對(duì)連鎖受擾支路起關(guān)鍵作用的節(jié)點(diǎn),可為分析連鎖跳閘以及制定消除連鎖跳閘的預(yù)案提供依據(jù)。為此,本文主要提出以下的算法對(duì)初始故障支路和連鎖受擾支路進(jìn)行篩選,并對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分,在算法中,由于考慮到連鎖受擾支路首先要涉及到初始故障支路,所以為了給出完整的算法,在重點(diǎn)分析連鎖受擾支路的同時(shí),也將初始故障支路的選擇一并考慮進(jìn)來(lái),算法的主要思路如下。

1)對(duì)選定的預(yù)想初始故障,利用式(8)進(jìn)行計(jì)算,并根據(jù)計(jì)算的結(jié)果依據(jù)式(2)判斷所分析的預(yù)想初始故障是否存在滿足式(2)的情況,如果存在,則將所分析的預(yù)想初始故障選入初始故障集Sfailure(1)中,從而初步篩選出比較嚴(yán)重的初始故障。由于式(8)是采用直流法進(jìn)行分析,其誤差一般能達(dá)到10%[10],所以在計(jì)算式(2)中的ωi·dist時(shí),按式(10)進(jìn)行計(jì)算:

其中的ω均按電流來(lái)考慮。

2)根據(jù)第一步選到的初始故障集Sfailure(1),利用精細(xì)潮流計(jì)算進(jìn)行進(jìn)一步的分析,并依據(jù)式(2)判斷所分析的預(yù)想初始故障是否存在滿足式(2)的情況,如果存在,則將所分析的預(yù)想初始故障選入初始故障集Sfailure(2)中,同時(shí),對(duì)選入Sfailure(2)中的任一初始故障支路,確定包含嚴(yán)重連鎖受擾支路的集合Ssub。Ssub可表示為:

其中的ωi·dist也同樣按電流來(lái)考慮。

3)針對(duì)Sfailure(2)中任一初始故障支路所對(duì)應(yīng)的Ssub中的每一條支路Li根據(jù)式(8),提取Rp矩陣中的相應(yīng)元素rij(j=1,2,…,n),以及rijPj(j=1,2,…,n),然后采用聚類分析方法進(jìn)行劃分。分析時(shí)以rij和rijPj作為特征輸入量,這樣做既可以考慮到節(jié)點(diǎn)對(duì)支路Li的靈敏作用,同時(shí)也可以考慮到各節(jié)點(diǎn)對(duì)支路Li的實(shí)際貢獻(xiàn)作用。

整個(gè)算法的流程如圖1所示。算法中第二步主要通過精細(xì)潮流計(jì)算進(jìn)行分析,之所以采用這樣的方式,主要是考慮到采用精細(xì)計(jì)算更適合對(duì)后備保護(hù)的動(dòng)作進(jìn)行分析。

圖1 算法流程圖Fig.1 Flow chart of the algorithm for selecting disturbed branches and classifying correlational nodes

對(duì)于算法中所采用的聚類分析方法,本文將采用FCM算法。在分析中,令輸入的第k個(gè)樣本yk=(rik,rijPj)(k=1,2,…,n)。設(shè)C為樣本的分類數(shù)目,而m1,m2,…,mC為每個(gè)聚類的中心,μh(yk)為第k個(gè)樣本對(duì)于第h類的隸屬度函數(shù)。用隸屬度函數(shù)定義的N個(gè)樣本的聚類損失函數(shù)可寫成[11]:

其中,b>1是一個(gè)可以控制聚類結(jié)果的模糊程度的常數(shù),其取值通常在2左右[12]。式(12)中各個(gè)聚類的隸屬度應(yīng)滿足其和為1的條件,即:

在滿足式(13)的條件下,式(12)所示的目標(biāo)函數(shù)為最小的必要條件是:

得到了上述的基本條件之后,在對(duì)嚴(yán)重連鎖受擾支路的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分時(shí)可以采用迭代的方法進(jìn)一步去確定各個(gè)聚類中心m和隸屬矩陣U[11]:

為了確定最佳分類數(shù),本文采用劃分系數(shù)來(lái)確定。其中劃分系數(shù)的定義為[13]:

采用劃分系數(shù)對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行有效性判決的標(biāo)準(zhǔn)是:劃分系數(shù)最小的分類數(shù)即為最佳分類數(shù)[13]。同時(shí),由于樣本數(shù)據(jù)的數(shù)目一般是有限的,分類數(shù)按照從2逐步增加的方式,最終再根據(jù)劃分系數(shù)確定最佳分類數(shù)。

4 算例分析

以IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例對(duì)所提算法給出進(jìn)一步的說(shuō)明。算例系統(tǒng)的接線圖如圖2所示。

圖2 算例系統(tǒng)接線圖Fig.2 Connection diagram of calculation exam p le system

按照前面給出的算法步驟和給定的算例系統(tǒng),編制了MATLAB計(jì)算程序,按照前述算法進(jìn)行分析,下面給出詳細(xì)的算例說(shuō)明,在分析中系統(tǒng)中各元件的參數(shù)以標(biāo)幺值表示,其中基準(zhǔn)容量取為100MVA。

1)設(shè)定預(yù)想初始故障為算例系統(tǒng)中的所有線路,然后針對(duì)每一初始故障,首先按式(8)計(jì)算剩余系統(tǒng)中的各支路的電流,然后按式(10)計(jì)算各支路的ωi·dist值,再按式(2)判斷每一支路是否滿足式(2)的條件,其中,ε取為0.01,對(duì)于后備保護(hù)的電流定值,假定其為基態(tài)潮流狀態(tài)下的電流的2.6倍,這個(gè)值主要是為了算例演示,是一個(gè)假定的數(shù)據(jù)。在隨后的分析中,針對(duì)每一初始故障,只要剩余系統(tǒng)中的任一支路滿足式(2)的條件,就將該初始故障線路送入Sfailure(1)集合中。經(jīng)過分析,共有4條線路進(jìn)入了Sfailure(1)集,分別為L(zhǎng)1-2,L2-3,L21-22,L26-27,其中L1-2表示節(jié)點(diǎn)1、2之間的線路,其余類推。

2)針對(duì)Sfailure(1)集,利用精細(xì)潮流法進(jìn)行計(jì)算,采用基于牛頓法的潮流計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)分析,結(jié)果表明上述的4條線路的每一條作為初始故障支路時(shí)也滿足(2)的條件,所以這4條線路都被選入集合Sfailure(2)當(dāng)中。在這一步的分析中,對(duì)于每一條初始故障線路,一旦判定其連鎖受擾支路滿足式(2),即對(duì)其余剩下的連鎖受擾支路進(jìn)行詳細(xì)分析,并分析其是否滿足式(2)的條件,進(jìn)而記錄詳細(xì)的結(jié)果,給出Ssub集合。

作為例子,這里給出線路L21-22發(fā)生初始故障后的連鎖受擾支路,分別為:L16-24,L17-27,L22-23,L23-24,一共有4條支路。

3)針對(duì)每一個(gè)Ssub集合的連鎖受擾支路,根據(jù)式(8)提取Rp矩陣中相應(yīng)的對(duì)應(yīng)的rij和rijPj(j=1,2,…,n)數(shù)據(jù),圖3給出了連鎖受擾支路L16-24,L17-27對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),圖4給出了連鎖受擾支路L22-23,L23-24對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。其中的橫軸代表節(jié)點(diǎn)的序號(hào)。

按照前述算法,接下來(lái)針對(duì)每一條連鎖受擾支路,根據(jù)提取出來(lái)的rij和rijPj數(shù)據(jù)并以其為特征量進(jìn)行聚類分析,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分,以評(píng)估不同的節(jié)點(diǎn)對(duì)支路L16-24的作用。

圖3 支路L16-24,L17-27的rij和rijPj數(shù)據(jù)Fig.3 The data of variable rijand rijPjcorresponding to branch L16-24and L17-27

圖4 支路L22-23,L23-24的rij和rijPj數(shù)據(jù)Fig.4 The data of variable rijand rijPjcorresponding to branch L22-23and L23-24

以連鎖受擾支路L16-24為例,經(jīng)過聚類分析后,一共分為6類,第一類相關(guān)的節(jié)點(diǎn)共有33個(gè),其聚類中心為[0,0],其中左邊的“0”代表的是rij數(shù)據(jù),右邊的“0”代表的是rijPj數(shù)據(jù),后面其余幾類的數(shù)據(jù)也按這種順序列出,第一類的數(shù)據(jù)表明其對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)對(duì)支路L16-24的靈敏作用和實(shí)際貢獻(xiàn)都不大。第二類相關(guān)的節(jié)點(diǎn)只有一個(gè),其聚類中心為[-0.468 8,0],這個(gè)節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)22,其結(jié)果表明,雖然節(jié)點(diǎn)22對(duì)支路L16-24有一定的靈敏作用,但是實(shí)際貢獻(xiàn)為零,從網(wǎng)絡(luò)的接線圖來(lái)看,由于節(jié)點(diǎn)22既非發(fā)電節(jié)點(diǎn)亦非負(fù)荷節(jié)點(diǎn),因而對(duì)支路L16-24的實(shí)際貢獻(xiàn)為零是符合實(shí)際的。第三類的聚類中心為[-0.519 3,-3.118 8],相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)共有兩個(gè),分別是節(jié)點(diǎn)35和節(jié)點(diǎn)36,這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都是發(fā)電節(jié)點(diǎn),無(wú)論是靈敏作用還是實(shí)際貢獻(xiàn)對(duì)支路L16-24的影響都比較大,從網(wǎng)絡(luò)的接線圖來(lái)看,支路L21-22也是節(jié)點(diǎn)35、36上的發(fā)電功率的外送通道,當(dāng)支路L21-22斷開后,節(jié)點(diǎn)35、36上發(fā)電功率只能通過支路L16-24外送,對(duì)支路L16-24的影響自然比較大。第四類的聚類中心為[-0.937 9,2.894 5],對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)24,其對(duì)支路L16-24的靈敏作用和實(shí)際貢獻(xiàn)也都比較大。第五類的聚類中心為[-0.569 8,1.410 1],對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為23,其對(duì)支路L16-24的靈敏作用和實(shí)際貢獻(xiàn)也都比較大,但要次于節(jié)點(diǎn)24。第六類聚類中心[-0.142 0,0.389 1],對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)21,其對(duì)支路L16-24也有一定的影響,但要比節(jié)點(diǎn)23和節(jié)點(diǎn)24的要小很多。結(jié)合圖2和圖3可見,對(duì)支路L16-24作用比較大的節(jié)點(diǎn)主要是節(jié)點(diǎn)23、24以及節(jié)點(diǎn)35、36,節(jié)點(diǎn)21也有一定的影響,實(shí)際上這些節(jié)點(diǎn)主要是分布在支路L16-24右側(cè)的一些發(fā)電節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn),在支路L21-22斷開后,由于功率平衡的需要,這些節(jié)點(diǎn)對(duì)支路L16-24產(chǎn)生了較大的作用。如果支路L16-24發(fā)生了連鎖跳閘,則系統(tǒng)解列為兩部分,所以支路L21-22的運(yùn)行情況要受到關(guān)注,而受到其連鎖擾動(dòng)的支路L16-24則更應(yīng)受到關(guān)注,相應(yīng)地,與其關(guān)聯(lián)比較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)23、24、35、36的注入功率及功率的變化也應(yīng)適時(shí)掌握,當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí),在允許的條件下,若對(duì)上述幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上的注入功率采取限制措施,由式(8)可見可取得比較快捷有效的結(jié)果。

通過上述算例可見,利用本文的算法可根據(jù)后備保護(hù)的實(shí)際動(dòng)作情況,篩選出初始故障支路,并對(duì)受初始故障波及的嚴(yán)重連鎖受擾支路進(jìn)行篩選,同時(shí),通過對(duì)嚴(yán)重連鎖受擾支路所關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分,可對(duì)進(jìn)一步采取措施或預(yù)防連鎖跳閘提供幫助。

5 結(jié)論

電網(wǎng)的連鎖跳閘現(xiàn)象與連鎖受擾支路的繼電保護(hù)的動(dòng)作密切相關(guān),本文結(jié)合繼電保護(hù)的動(dòng)作行為,根據(jù)連鎖受擾支路的后備保護(hù)的動(dòng)作方程給出了連鎖受擾支路的評(píng)價(jià),可較為真實(shí)地反映連鎖跳閘行為,所給出的篩選初始故障及連鎖受擾支路的算法較為接近連鎖跳閘的實(shí)際情況。同時(shí)在初始故障切除后的初級(jí)階段,連鎖跳閘往往是因?yàn)殡娋W(wǎng)潮流的重新分配引起的,而潮流的重新分配主要決定于節(jié)點(diǎn)的注入功率。研究連鎖受擾支路的電氣量與節(jié)點(diǎn)注入功率之間的關(guān)系,并對(duì)不同的節(jié)點(diǎn)按照其對(duì)連鎖受擾支路的靈敏關(guān)系和實(shí)際作用進(jìn)行分組劃分,對(duì)于掌握在連鎖跳閘中起關(guān)鍵作用的節(jié)點(diǎn),以及在緊急情況下采取防御措施都是有利的。本文所提出的算法,通過算例演示表明是簡(jiǎn)潔有效的,可為進(jìn)一步的研究提供借鑒。

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(責(zé)任編輯:肖錫湘)

Analysis of disturbed branches and their related nodes in the cascading failures scenario in power network

Deng Huiqiong,Li Peiqiang,Zheng Rongjin
(College of Information Science and Engineering,F(xiàn)ujian University of Technology,F(xiàn)uzhou 350118,China)

To dealwith cascade tripping in power network,the disturbed branches affected by the initial power cascading failure and the correlation between the disturbed branches and the nodes of power network were analysed.An algorithm for selecting the initial failures and the seriously disturbed branches and classifying the related nodeswas proposed.Firstly,an evaluation expression for evaluating the severity of the disturbed brancheswas presented,which was based on the performance of the cascade tripping of the disturbed branches and the operating action of the relay of disturbed branches.A principle of selecting the disturbed branches in relation to the severity of the disturbance was proposed.The correlation between the currentof the branches in the remaining system after removing the disturbed branches and the injection power of the nodes was analysed.The algorithm was proposed by combining the severity of the cascading disturbed branches and the correlational nodes.A computation example in IEEE39 system proves the rationality of the proposed algorithm.

power system;blackout;cascading failure;cascade tripping;power flow transfer;correlation

TM7

A

1672-4348(2015)03-0223-06

10.3969/j.issn.1672-4348.2015.03.004

2015-04-20

福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015J01630);福建省教育廳項(xiàng)目(JB13143);福建工程學(xué)院科研項(xiàng)目(GYZ13104)

鄧慧瓊(1972-),男,山西大同人,副教授,博士,研究方向:電網(wǎng)連鎖故障。

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