文档介绍：华北电力大学硕士学位论文
第 1 章绪论
选题背景与意义
电力系统由于分布地域广、结构复杂、元件众多、动态响应速度快等特点已
成为现代社会中最庞杂的工程系统之一。它由发电、输电、变电、配电和用电等
环节组成,将自然界的一次能源经过发电装置转化成电能后,再经输电、变电和
配电将电能供应到各用户。受自然条件和社会因素的限制,电力系统负荷中心往
往离发电中心较远,发电厂提供的电能需经过庞大电力网才能送到用户侧。由于
电能不能大量储存,因此全网电能的供应与消费是瞬时完成且时刻保持平衡的。
为了合理整合各种发电资源,降低系统的备用容量并提高系统的可靠性,电
力系统互联运行势在必行。目前,全世界范围内电力系统都在实行互联并网,我
国更是大力发展区域电网互联、西电东送和特高压输电工程建设,以便最大限度
发挥互联经济效益。从国家电网“十二五”发展规划可知,我国发电装机容量已
突破 10 亿千瓦,电网基本实现全国互联。这种情况下,电力系统耦合性进一步加
强,电网的结构及控制方式变得极其复杂,电网任何一处发生扰动都有可能波及
全网;另外,电网规模的不断增大、系统运行方式及负荷水平的不断变化使得由
不确定因素造成的影响变得更加复杂,进而使电力系统的规划运行面临更大的挑
战。近年来,全世界各国多次发生严重的大停电事故,给社会经济造成了难以估
量的损失。表 1-1 列出了最近几年国外影响较大的大停电事故[1-9]。
我国将“安全第一”作为调度的首要任务并采用集中的调度机制,很大程度
上保证了电网安全,曾发生的局部停电事故很快便被控制。尽管并未出现过如美
加“”大面积停电的情况,但是我国电网存在的问题及发展背景使我们认识到
保证大规模互联电力系统的安全、稳定和经济运行已成为一个刻不容缓的问题。
对表 1-1 中大停电事故进行分析[1-9]可知电力系统的大面积停电几乎都是连锁
故障造成的。因此,如何有效防止电力系统连锁故障是避免大停电事故的关键。
为此,国内外学者始终致力于寻找连锁故障的机理,连锁故障风险分析的研究也
一直是电力系统研究的热点,同时由于问题的复杂性,这个问题也是电力系统面
临的一个难点。连锁故障(cascading failure),又称连锁停运(cascading outage),
是指系统中多个元件相继停运的故障情况[10]。即电力系统中的第一个元件的故障
将会造成其他元件处于不正常运行状态,从而引起第二个元件的故障,而第二个
元件的故障又会引起第三个元件的故障,以此类推。国内外学者对连锁故障分析
1
华北电力大学硕士学位论文
的研究已经取得了一些有益的探索和成果,但这些已有研究有的还处于理论探索
阶段,有的虽然已经建立一定的理论体系但尚不能应用到实际电网中,并不能对
实际电网连锁故障进行有效分析,因此十分有必要对该问题进行进一步地研究。
表 1-1 近年来国外电网大停电事故
发生时间事故电网停电持续时间负荷损失及影响
2003-8-14 美国/加拿东北部 29 小时 GW/5000 万人
2003-9-28 意大利 20 小时万人
2005-5-25 莫斯科 140 小时万人
2006-11-4 西欧小时 17GW/5000 万人
2009-11-10 巴西小时万人
2011-2-4 巴西 21 小时 8GW/4000 万人
2011-9-8 美国/墨西哥 12 小时万人
2012-7-30 印度 14 小时 36GW/ 亿人
2012-7-31 印度 20 小时 48GW/ 亿人
国内外研究现状
近年来,国内外学者(涉及电力系统、数学、统计物理、非线性动态等多个
领域)从不同角度开始研究连锁故障的演化及干预,他们所提出的风险分析方法
均呈现出多学科交叉的特点[11]。总的来说,目前对连锁故障的研究主要着眼于:1)
从宏观的角度研究连锁故障的特点及演化;2)研究某一类扰动在连锁故障演化过
程中的作用或识别故障链;3)从复杂网络角度研究连锁故障特性;4)对传统风
险管理方法进行补充,采用概率模型,基于仿真数据和实际故障记录数据,估计
连锁故障停电规模的概率分布。下面将从这四个方面对这些研究方法进行介绍。
1)从宏观角度研究连锁故障的特点及演化。巴克(BaK)等学者于 1987 年提
出复杂系统的自组织临界性概念[12]。通过对一类耗散连续系统的研究,巴克等人
发现在一定的条件下,这类系统会自行地演化到一个临界的稳态。他们将这一性
质称为自组织临界性并提出一种典型的沙堆模型研