Failure analysis on China power grid based on power law

This paper is concerned with the mechanism of blackouts in China power system from the viewpoint of self-organized criticality. By using two estimation algorithms of scaled window variance （SWV） and rescaled rangestatistics （R/S）, this paper studies the blackout data in China power system during 1988-1997. The result of analysis shows that the blackout data of 1994-1997 coincides well with the autocorrelation. Furthermore, it is found that the function of blackout probability vs. blackout size exhibits power law distribution.

考虑次生故障差异化影响下韧性主动提升的输电系统网架重构策略

近年来,我国能源电力加速转型,极端自然灾害频发,国际形势不稳定,使得常规安全风险与非常规安全风险交织,大停电风险有增加的趋势。稳健可靠的网架重构方案对防止恢复中再次发生系统崩溃具有重要意义,针对当前研究中未有效计及恢复中次生故障的不足,该文提出一种考虑次生故障差异化影响下系统韧性主动提升的网架重构策略。首先,讨论在网架重构恢复方案中考虑次生故障影响的必要性;然后,基于分割多目标风险分析方法提出一种系统韧性指标,旨在差异化处理次生故障并突出高风险故障对恢复过程的影响;进一步建立考虑韧性主动提升的网架重构全局优化模型,以增强系统对高风险故障的抵御能力。为提高模型的求解效率,提出一种基于窗口滚动机制的求解策略,可给出兼顾快速性与稳健性的网架重构方案。最后,采用新英格兰10机39节点系统和IEEE 118节点系统验证所提出方法的有效性。

双极型LCC-HVDC直流系统作为黑启动电源的启动方法及策略

科学合理的黑启动电源及方案是应对电网灾变停电的最有效策略,可加快其系统恢复进程,大幅减少停电损失。双极型换相换流器型高压直流系统(LCC-HVDC)具有调节灵活输电容量大的优势,但其作为黑启动电源存在一定的困难。提出了以双极型LCC-HVDC为黑启动电源的黑启动方法及完整过程,实现向受端无源网络恢复供电,以加速其恢复进程。首先给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源时所面临的问题及相应的解决策略;进而给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源恢复向受端无源网络恢复供电的实现过程。该过程包括2个阶段,第1阶段实现双极型LCC-HVDC的仿融冰模式启动;第2阶段为从仿融冰模式过渡到向受端无源网络恢复供电过程。算例证实了该启动方法的有效性和正确性。该方法使双极型LCC-HVDC具备了黑启动能力,并利用直流系统为受端电网的系统恢复过程提供了电压和频率支撑。

基于巴西“8·15”大停电事故的仿真分析与思考

2023年8月15日,巴西发生大面积停电事故,对经济社会正常运转造成严重影响。事故暴露出巴西电网结构薄弱、电源支撑不足、技术防线不完善、安全管控有短板等问题,为我国电力安全和新型电力系统建设工作带来诸多启示。为模拟巴西大停电发展全过程,文章基于大电网在线安全分析应用平台,调整某地区电网运行方式,削弱网架结构,并使北部新能源大发,设置包含直流闭锁在内的复杂连锁故障,使电网解列为南北两片区,并采取低频减载、失步解列、高频切机等安控措施,使电网恢复安全稳定运行,对日常调控运行工作具有一定指导意义。

极寒灾害下电力-天然气耦合系统故障连锁传播过程推演方法

随着电力系统和天然气系统的耦合日益紧密,极端灾害发生时跨能源系统的故障传播风险加剧,可能进一步扩大停电范围。电力和天然气耦合系统的故障推演分析可为剖析演化机理和制定相应的阻断措施奠定基础。首先,以得州停电事件为背景,分析了极端灾害下故障如何跨能源系统传播,并指出分析时须重点考虑的关键问题。其次,为分析故障推演过程,分别从耦合建模、联合仿真以及实现方式3方面展开。重点关注时间尺度和建模需求,考虑了适用于灾害连锁传播分析的电力系统、天然气系统以及耦合元件的模型;设计了时间驱动和事件驱动相结合的联合仿真方法,并通过设计仿真软件之间信息交互的定制化接口方式实现。该方法实现了电力系统和天然气系统在各自平台上仿真信息的时空交互,可直观刻画故障在耦合系统中的推演过程。最后,通过电力-天然气耦合系统测试,分析了极寒灾害下电力-天然气耦合系统的故障传播过程和故障防御措施,验证了所提方法的有效性。

大停电后电力系统黑启动分区的两步策略

电力系统发生大停电事故后,采用分区并行恢复策略可以有效加快系统恢复速度。针对分区并行恢复问题,提出了电力系统黑启动分区的两步策略。其中,第一步建立待恢复机组的分组模型,其以待恢复机组获得恢复功率所需时间最小为目标,从而保证机组的快速启动;第二步建立电力系统图分区模型,目标是使得各黑启动分区在满足一定的约束条件下分区间的联络线数最少以及联络线的有功功率绝对值之和最小。然后,利用商用线性规划求解器ILOG CPLEX求解所提出的两步策略数学模型。同时,为了减少求解工作量,提出了可以尽可能减少线路信息丢失的拓扑图简化原则。最后,以新英格兰10机39节点系统为例说明了所发展的模型和方法的基本特征。

巴西“11·10”大停电事故分析及启示

2009年11月10日,巴西发生了大规模停电事故。结合巴西国家电力系统运行局的官方调查报告,详细介绍事故前巴西电网的运行情况、事故的起因、发展和恢复过程,分析总结事故的教训和经验,并结合中国电网实际,提出保障中国电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的建议。

电力系统大停电的自组织临界现象

应用复杂系统理论,通过分析美国电网大停电事故的部分数据,深入探讨了电力系统大停电规模与频率之间的幂律关系以及大停电规模分布的分形分维特征,提出了大停电现象可以用自组织临界性的概念来加以解释的观点。结合Hurst指数,进一步说明了存在着对电力系统大停电进行预测的可能。

西欧电网“11．4”大停电事故的启示

介绍了西欧电网“11．4”大停电的发生和发展过程,从电网调度运行角度分析了此次大停电事故中反映的问题,从电网调度、网架结构、安全分析、运行备用、事故预案、第三道防线、后备保护应用、支持系统等方面总结了此次事故的经验和教训。在此基础上结合华东电网的实际情况,对加强电网安全生产、电网薄弱环节分析、反事故演习、紧急事故预案编制、并网电厂的协调管理、保护运行管理等提出了多项建议,以供电力系统相关部门及工作人员参考。

基于直流潮流的电力系统停电分布及自组织临界性分析

基于利用直流潮流模拟电力系统连锁故障的OPA模型,研究了电力系统线路可靠性、线路容量增加方式以及负荷波动对复杂电力系统停电分布的影响和电力系统的自组织临界性。结果表明:输电线路可靠性和小的负荷波动对停电分布影响不大,而大的负荷波动对停电分布影响很大,可能导致连锁故障的发生;加强传输线路的建设可以有效减少停电频率,进而降低系统的运行风险;此外,可从系统总负荷需求和网络总传输容量比值的角度初步揭示电力系统的自组织临界性。

基于模糊元胞自动机的电网故障演化模型

为了构建与实际电网更加接近的电网故障模型,将模糊理论及元胞自动机(CA)理论相结合,提出并建立了用于模拟电网故障演化的模糊元胞自动机模型,并定义了模型中元胞状态、电网状态及故障传递程度的模糊规则库,同时进行了基于IEEE39节点系统的电网故障传播演化过程仿真。仿真结果进一步验证了电网的自组织临界性(SOC),同时结果表明,该模型较不采用模糊规则的电网故障模型其损失负荷幂律特性曲线斜率绝对值增大了17%,电网更加稳定,该模型与电网实际运行情况更加接近。

基于元胞自动机的电力系统自组织临界特性仿真模型

将元胞自动机理论应用到电力系统大停电机理研究中,提出并建立了用元胞自动机来模拟电网故障演化的电网故障元胞自动机模型,定义了电网故障元胞自动机模型中元胞、元胞空间、规则和邻居等的构成方法。利用电网故障元胞自动机模型,仿真研究了电网故障的传播演化过程,并对电网故障的自组织临界性(SOC)进行了验证。

电力系统广域保护与控制综述

分析了目前电力系统面临的挑战和机遇,介绍了广域保护的功能、控制策略及其相关技术在国内外的发展情况, 阐述了当前广域保护系统研究所面临的困难,并指出未来广域保护系统的发展方向是:与传统保护和SCADA/EMS系统整合,采用多Agent体系结构,建立新的信息交换及预警机制。

基于相对值法的区域电网停电事故自组织特性分析

考虑到电网的规模处于不断增长的过程中,给出了用电网总装机容量对损失负荷取相对值,来分析电网停电事故自组织临界特性的方法。通过对东北、西北电网1981—2002年和1981—2010年2个时间段内停电事故数据相对值的分析,不同历史时段的大规模停电事故服从幂律分布,进一步证明了中国区域电网具有自组织临界性的典型特征。该方法用于事故损失数据处理后,排除了电网随时间生长对自组织临界特性的影响因素,便于以事故损失数据对电网危险程度进行分级,同时还可以对不同规模的电网事故数据进行横向比较,得出的宏观结果可以供电网的调度运行及规划部门参考。

我国电力系统停电事故自组织临界性的研究

基于自组织临界性及分形的思想,通过分析1981—2002年我国电网重大停电事故,揭示了我国电网停电事故的自组织临界性特征,并构建了全国电网及东北、华中和西北区域电网停电事故的标度-频度模型。通过研究如何用沙堆模型来描述电力系统的自组织临界性,提出了先建立各网省局等规模稍小电网的实时动态沙堆模型从而形成一个沙堆群的模型来模拟整个全国电网的设想。

电力系统黑启动恢复问题的研究评述

大停电后的恢复控制是电力系统安全防御体系的重要组成部分。在能源低碳转型背景下,我国电力系统逐渐进入新能源高占比、交直流混联和高度电力电子化的新型态,其运行控制的复杂性显著提高,因内外部因素导致系统大停电的风险依然存在,因此对黑启动恢复技术的研究仍然需要给予足够的重视。该文对黑启动恢复问题的研究工作进行综述,首先对黑启动恢复的基本概念和过程进行介绍;然后对系统恢复策略和建模思路从时间和空间角度进行分析,在此基础上,对电力系统恢复方案制定的研究工作进行回顾并对新型态电力系统恢复决策的新特征进行讨论,之后对电力系统恢复过程中保护与控制技术的研究进行分析总结;最后对新型态电力系统恢复问题的进一步研究工作提出建议。

电力系统连锁反应事故机理的初步研究

近年来,全世界范围内发生了多次电力系统大停电事故,给社会经济带来了巨大损失。研究表明,大停电事故多是由连锁故障引起,且连锁故障的发展有一定的共性。本文基于对以往发生的各种事故的分析和总结,从寻找系统中重要断面及关键线路的角度出发,研究了导致发生电网连锁故障灾变的机理和对系统连锁故障的预防措施,为提高系统运行可靠性提供了参考。运用EUROSTAG软件在IEEE39节点系统中进行的仿真计算验证了本文的研究结论。

美国纽约7·17停电事故调查与分析

2006年7月17日晚美国纽约市发生严重停电事故,纽约市4个地区的广大范围受到影响,2.5万用户(约10万人)断电,至7月25日供电才全部恢复。纽约7·17停电的持续时间超过了2003年美加大停电,也发生于夏季高温酷热期,影响恶劣。事故发生后,联合爱迪生电力公司做了积极的抢修工作,通过各种手段将停电时间减为最短,并对事故作了多方面的研究和分析。根据该事故报告,对该次停电事故进行综述,重点介绍事故概况、原因分析和应对措施等,以供参考。

辽宁电网“3.4”事故处理过程及分析

介绍了辽宁电网“3.4”事故的发生、发展及处理恢复过程。首先介绍了辽宁电网及事故重灾区大连电网的概况,然后按时间顺序分4个阶段详细叙述了事故处理过程,最后从预警机制、各专业配合、厂网协调、网间支援等方面系统地总结了本次事故的经验,对电网建设和运行管理上存在的问题提出了建议。

中国区域电网应急管理机制建设的建议

在对中国区域电网应急管理机制系统评价的基础上,从组织体系、应急技术、管理制度和应急保障4个角度阐述了当前区域电网应急管理机制的薄弱环节,涵盖了应急管理各阶段的关键性和普遍性问题,并对其提出了具体的建议,用于推动中国区域电网应急管理工作。