大电网安全性评估的系统复杂性理论研究_曹一家
《现代电力》投稿须知
《现代电力》投稿须知《现代电力》杂志创刊于1984年，国际刊号ISSN 1007-2322，国内刊号 CN11-3818/TM，是教育部主管、华北电力大学主办的学术期刊。
2005年改版后由英国皇家工程院院士、浙江大学常务副校长宋永华教授担任主编，聘请多位国内院士及国际知名专家担任本刊编委。
《现代电力》是中文核心期刊、中国科技核心期刊，被多家数据库检索收录，主要刊载电力及其相关领域的科技研究成果，促进学术交流。
经过多年的精心磨练，本刊已经成为电力系统工程技术人员、科研人员、管理干部及其有关高等院校师生的良师益友。
本刊主要栏目：电气工程、发电工程、新能源技术、信息与控制、电力经济、电力市场、技术交流等。
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历史沿革随着电力体制改革的推进，杂志的主管单位历经水电部、能源部、电力部、国家电力公司，国家教育部等部门，曾用刊名为《北京水利电力经济管理学院学报》，《北京动力经济学院学报》， 1996年更名为《现代电力》。
文章编号：1007-2322（2013）00-0000-00 文献标志码：A 中图分类号：XXX中文标题（二号黑体）中文作者（四号仿宋，中间全角逗号隔开，不同单位作者右上角用1，2，3标识）（中文地址）（小五宋，多个单位用分号分隔，标点均为全角）英文标题（4号Times New Roman加粗，实词和4个字母及以上的虚词首字母大写(如With))英文作者（五号Times New Roman，标点半角，姓大写，名首字母大写两字之间连排）英文单位（小五Times New Roman，标点半角, 实词首字母大写，虚词小写）摘要：利用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主用主利用主和9月份台风路径预报中，平均绝对误差分别下降了7.4%、4.8%、12.4%、17.0%。
另外，论文进一步在初选预报因子和样本个例相同的情况下，通过比较新模型与直接采用主成分分析方法选因子并分别运用逐步回归和遗传—神经网络集合预报模型进行计算的预（请将上述内容替换即可）。
《电力系统及其自动化学报》2007年总目次(第19卷第1～6期)
基于参数 识别 的继 电保护原 理初探 …………………………” ………・索南加乐 ， 康小宁 ， 国兵 ，焦在滨 ， 宋 贵保记（１ ４）
输 电网 柔 性 规 划研 究综 述 … … … … … ． … … … … … … … … … … … …… … … …… … … … … 程 浩 忠 ，范 ． ． 日本 特 高 压交 流输 电技 术 的研 究 与 实 践 （ ） 上 —— 参 加 对 日咨 询 的 考 察 见 闻
基 于 噪声 水 平 控 制 的变 窗 长 解 微 分 方 程 算 法 … … … 一” “ ・ … … … … … … … …… … ・张 艳 霞 ， 明嘉 ，张 强 （ ０ ． … … … ． 林 １ ８）
热 工模 型 中纯 迟 延 时 间 的递 归 估 计 算 法 … … … … … … … … ” … … … … … … … … … … … … … … ・王 印松 张 … 彩 （１２） １
维普资讯
第 １ 卷 ９
２ ７拒 ００
电 力 系 统及 其 自动 化 学 报
Ｐ ｏ ｅ ｄ ｎ ｓ ｏ ｈ Ｕ— ＰＳ ｒ ｃ ｅ ｉ ｇ ｆｔ ｅ ＣＳ Ｅ Ａ
Ｖ０ ． ９ １Ｉ
２ ０７ ０
《 电力系统及其 自动化学报 ）０ ７年总 目次 ） ０ ２
电力综合信息管理系统面向对象数据库的建模
… ………… ・ ……………………………・ ・ ………・ ・彭云建 ， 飞其 （４ 邓 ９） 丹 ，程浩忠，奚 王 夏 旬， 夷 ，沈晓岚 （５ ５）
基 于模糊层次分析法的年最大电力负荷预测 …………………………… 吴
地 铁 直流 牵 引 供 电 系 统 中 的 Ｄ Ｌ保 护 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 王 广 峰 ， 玉 坤 ，陈坤 华 （５ ） Ｄ 孙 ９
探讨电力系统复杂性及其相关问题研究
・
５ ８・
科技论 坛
探讨 电力系统 复杂性及其相关 问题 研究蒙古电力（ 集团） 有限责任公 司鄂 尔多斯电业局 ， 内蒙古 鄂 尔多斯 ０ １ ７ ０ ０ ０ ） 摘 要： 电力能源指的是一种 对能源进行加工所产生的非 自然性产物， 是二次能源。随着社会 经济的迅速发展 ， 我国的电网规模不断 增大 ， 停 电事故的数量也是 日益增多。由于电力 系统会影响到整 个国家的经济状况， 电力 系统发 生事故的后果是非常严重的。因此 ， 我们 必须要认识到预 防电力 系统 出现停 电事故的重要性 ， 并按 照电力系统 中存在的复杂性进行科学化的研究 ， 不但要从宏观 方面考虑 电力系
网规模相联系， 开展了多方面的分析。通过对较大区域电网节点的复 当前 ， 随着全球社会经济的快速发展 ， 电力网络 已经 日 益发展为 杂性分析， 可以得出： 电网节点是整个电网的支撑拓扑结构 ， 节点一旦 世界上最具复杂性 的人造网络之一 。规模较大的互联不仅能够把电能 发生改变 ， 路径结合的改变亦成为必然 ， 从而导致连锁故障的发生。通 生 进行分析可 以看出， 虽然大区域规模停电发生 传输到千里之外的地方 ， 也可以增加电力系统运行的不稳定性 。系统 过对我 国电网存在特 ｆ 扰动涉及的范围越广， 事故的后果就会越严重。近年 ， 许多国内外电力 的概率较低 ， 但小规模的停 电概率却相对较高 。 系统都多次出现因连锁性故障而引发 的大规模停 电事故 ， 造成 了具大 ２ 电力 系统 复杂性 相关 问题 的 研究 的经济损失与严重的社会影响 ， 引起 了社会对电力网络安全性 的高度 ２ ． １避免电力 网络发生大规模停电 关注 ， 并促使人们分析与研究这种大规模停电事故与连锁性故障的传 随着系统 的复杂性理论与方法对大型互联 电网的连锁故 障进行 播原理。 深入研究 ， 探讨网络拓扑结构对停电规模及效应 的影响。在进行分析 研究人员对电力系统 的动态行为分析通常都是建立在微分一 代数 时 ， 将初始系统分别按照邻域演变网络 ， 进行无尺度和随机网络扩展 ， 这个方程理论的重要基础之上的， 此种详细地基于元件的数学模型的 对网络在进化过程中的停电规模进行评估 ， 从中我们可以初步得出结 仿真式分析法在本质上可以归于还原理论的范围。在对电力系统的大 论 ， 即在网络动态增长方面 ， 电力系统 网络拓扑结构对大规模停 电具 规模停电原理与连锁 ｌ 生 故障等动态行为方面进行深入分析后 ， 其已显 有一定的影响。在一定程度 的网络扩张的需求和经济条件 的限制下 ， 示 了一 些 局 限性 ， 比如很难 揭 示 电力 系统 总体 的动 态行 为 特点 。复 杂 线路结构要尽量采用对小概率故障影响具有较强的防御特征 的网络 性的科学是一门较为新型的交叉性学科 ， 在地质学、 经济学 、 物理学、 生 结 构 。 物学 以及气象学等许多领域的耗散动力系统进行分析方面获得了十 ２ ． ２对 电压 的运行 进 行可 视化 的监 控 分广泛地应用。为更好掌握 电力网络连锁 ｆ 生 故障的原理 ， 相关研究人 可视化技术是伴随计算机技术发展起来的新兴技术 ， 其在利用计 员正尝试从复杂性系统理论与网络理论的角度分析研究电力系统 ， 运 算机强大的计算和图形能力 ， 快速处理大量数据后 ， 以直观 、 可视 的方 用新型的复杂 系统总体论 的分析方法 ， 结合 风险性分析 、 复杂系统 以 式表现出来 ， 以便更有效地分析与处理科学或工程数据 ， 不断提高科 及统计物理 ， 从上至下对停 电事故进行全面地研究 ， 掌握电力系统大 学研究与工程设计的效率。电压失稳的问题是电力系统监控的重要方 规模停电的本质特征 ， 分析电力系统连锁性故障与大规模停 电的整体 面 ， 在 电力 系统 电压 监测 手殷坯 比较 落后 的局 面下 ， 对 电力系 统 电压运 性质 。 行可 视化 研究 是势 在必 行 的 。可视 化技 术不 仅有 利 于深 入模 拟和 理解 １ 电力 系统 复杂 性的 研究 实验数据， 捕捉它们之间的内在关系 ， 同时也大大提高了对电力系统运 Ｉ ． Ｉ电力系统演进的复杂性研究 行状态的认识。我们可以为调度员提供更直观的系统信息 ， 将 电压状 电力 系统的复杂性在一定程度上能够决定 电力系统演进的复杂 态显示与地理信息系统（ 即Ｇ Ｉ Ｓ ） 相结合 ， 然后根据离线分析、 趋势预测 性。通常， 电力系统的运行状态比较平稳 ， 当受到外界的干扰或者负荷 等方法，使电力系统电压监控系统本身就具有分析 问题和决策能力 。 变化的影响而打破这种平衡的时候 ， 其不能依靠等待系统外部的指令 这样 ， 电力系统的电压控制就更加人性化和智能化。它为及时 、 准确地 来解决偏离平衡这个 问题 ，而是运用其 自身能力实现对系统 的调节 ， 监控全 网的信 息资源 ， 进行电网安全维护提供了有力帮助 。 进而达到新的电力系统平衡 ， 形成系统的演化方式 。电力系统从稳定 ２ － ３不断强化电力系统调度的统一性 的状态变化为不稳定状态 ， 再随着参数的变化又从依照不稳定的状态 充分重视 电力 系统的安全稳定性 ， 坚决实行对电力系统 的统一调 变为稳定的状态 ， 电力系统的状态也就是在这个瞬间产生了突变。 度， 才能够防止出现大规模的停电事故。这不仅需要构建一个 比较完 １ ． ２电力系统存在复杂性的研究 善的系统 ， 制定严格的制度与准则 ， 进行缜密的稳定导则 ， 还要在 自动 电力 系统存在复杂 ｆ 生 是 电力系统复杂 『 生的分支之一 ， 是针对电力 化控制方面有稳妥的安全 ｌ 生防御措施 ， 比如振荡解 列、 继 电保护、 切机 系统 的本质特点与实质组成特点来说的。其中 ， 在电力系统 的构成方 切负 荷等 。 面， 我们可 以寻求到真实凭据 ， 比如 ， 电力系统 内部的许多具有复杂性 结束 语 的元器件 之间是密切关联 的， 而并非是孤立存在的 ， 它们之 间可以通 电力系统复杂性 的存在 ， 会衍生出系列问题 ， 极大地影 响到 电力 过 元 件 的 功能 相 互 连接 ， 在 发挥 电力 系统 网络 整体 功 能 的同 时 ， 也各 系统应有作用的发挥。因此 ， 我们必须要对 电力系统复杂性及其相关 自发挥着 自身作用。总体来说 ， 电力系统在纵 向具有层次 Ｉ 生， 而在横向 问题进行深入地研究与探讨 ， 积极采取合理措施应对 问题 ， 以不断促 则具有协作性 ， 都对电力网络具有重要意义 。我们不可能把电力系统 进 电力行业的稳定健康发展。 看成是相对静止的系统 ， 不论何种起源于发电方而终止于用户方 的用 参 考文 献 电变 化 都会 对 系统 造 成 连锁 式 的 影 响 ，再 加 之 中介 环 节 的 负荷 突 变 【 １ ］ 沈剑飞， 张文泉． 复杂性科学及电力系统复杂性【 Ｊ １ ． 华北电力大学学报 等， 就会进一步强化系统变化 的复杂性程度 。因此 ， 电力系统可以说是 （ 社会科学版） ， ２ ０ １ ０ （ ２ ） ． 个非线性的、 动态化的系统 ， 其会随时间的变化而不断发生改变。 ［ ２ 碚 志强． 电力系统继电保护现状及安全运行 理论广角， ２ ０ １ １ （ ２ ３ ） ． １ － ３电力系统演化复杂性与存在复杂 『 生的关系研究 ｆ ３ 】 曹一家， 王光增． 电力系统复杂性及其相关问题研 究田． 电力 自动化设 从复杂性科学理论推论的衍生方式来说 ， 前期的电力系统演化复 备 ， ２ ０ １ ０ （ ２ ） ． 杂性 即为电力系统存在复杂性 。人们研究较多的是某些特征参数 。 以 ｆ ４ 】 王金凤． 浅析 电力 系统 的 安全 运 行 与 调 度 管 理明． 电力 自动 化 ， ２ ０ １ ０ 便推断连锁性故障演化与电力系统结构之间的关系 ， 进而对这两种复 （ ２ ） ． 杂性 的 关 系进 行验 证 。对 于这 个结 果 ， 许 多研 究人 员 对 国 内外 大量 的 ［ ５ ］ 张鑫鑫． 电力系统运行可靠性在 线控制叨． 机 电与 自动化 导报 ， ２ ０ １ ０ 电网连锁事故和大停电故障都进行 了研究 ， 甚至将故 障发生概率同电 （ ３ ４ ） ．
电网系统安全评估与风险控制
电网系统安全评估与风险控制随着能源需求的增加，对电力系统的要求也越来越高。
但是，电网存在着许多的故障隐患和安全风险，如果不及时发现和预防，可能会引发严重的安全事故。
因此，电网系统安全评估与风险控制变得越来越重要。
一、电网系统安全评估的概念电网系统安全评估是对电网系统的安全运行状态进行全面评估的过程。
它涉及到电网的各个环节，包括发电、输电、配电和终端用电。
通过对电网系统的安全评估，可以确定其运行状态是否正常，是否存在安全隐患，以及是否符合相关标准和规定。
电网系统安全评估通常包括以下几个方面：1.电网的运行状态评估：对电网的运行状态进行全面评估，包括电流、电压、频率等参数的稳定性、质量和可靠性。
2.电网的设备状态评估：对电网中的各种设备进行评估，包括发电机、变电站、配电设备等，以确定其是否安全可靠。
3.电网的保护与控制系统评估：对电网的保护和控制系统进行评估，以确认其是否能够在故障发生时及时控制和保护电网。
二、电网系统安全评估的意义电网系统安全评估的意义非常重大。
首先，对于电力系统管理者来说，通过安全评估可以及时发现电网中的安全隐患，并采取相应的工作措施，防止安全事故的发生。
其次，对于用户来说，安全评估可以确保电网的稳定性和可靠性，保障他们安全使用电力。
除此之外，电网系统安全评估还具有以下几个方面的意义：1.加强电网系统的管理，提高电网可靠性和稳定性。
2.遵循国家安全标准和规定，保障电力系统的安全和稳定。
3.提高电网系统运行效率和经济效益。
三、电网系统风险控制的方法电网系统的安全评估仅仅是保障电力系统安全的一部分。
电网系统风险控制是另一重要方面。
电网系统风险控制是指通过预防控制措施，减少电网系统的损失和风险。
电网系统风险控制主要包括以下几个方面：1.安全规定制定：根据国家规定，制定电网系统的安全规定并执行。
2.安全文化建设：建立安全意识，通过教育、培训和技能提升等手段，提高电网从业人员的安全意识和风险意识。
电力系统大停电的自组织临界现象_曹一家
第29卷第15期电网技术V ol. 29 No. 15 2005年8月Power System Technology Aug. 2005 文章编号：1000-3673（2005）15-0001-05 中图分类号：TM76 文献标识码：A 学科代码：470·4054电力系统大停电的自组织临界现象曹一家，江全元，丁理杰（浙江大学 电气工程学院，浙江省 杭州市 310027）SELF-ORGANIZED CRITICALITY PHENOMENON FORPOWER SYSTEM BLACKOUTSCAO Yi-jia，JIANG Quan-yuan，DING Li-jie（College of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang Province，China）ABSTRACT:Applying complex system theory and by means of analyzing partial data of power system blackouts in America, the power law relation between the scale of power system blackout and system frequency and the fractal and fractol features of the distribution of power system blackout scale are investigated in detail. The viewpoint that blackout phenomena can be explained by the concept of self-organized criticality is proposed. Based on the Hurst exponent, it is pointed out that power system blackouts are predictable.KEY WORDS: Power system；Blackouts；Complex system；Self-organized criticality摘要：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。
大电网安全性评估的系统复杂性理论研究
Ａ ｂ ｔａｃ ： Ｂａ ｅ ｏ ｔ ｂ ｉｆ ｎｔｏｄ ｔｏｎ ｓｒ ｔ ｓ ｄ ｎ ｈｅ ｒｅ ｉ ｒ ｕｃ ｉ ｏｆ ｈｅ ｏｍ ｐｌｘｉｙ ｐｏ ｅ ｓ ｓ ｅ ， ｔ ｓ ａｐ ｒ ｎｔ ｏ ｔ ｃ ｅ ｔ ｏｆ ｗ ｒ ｙ ｔｍ ｈｉ ｐ ｅ ｉ ｒ ｄｕｃ ｓ ｈｅ ｅ ｔ ａｐ ｉａｔｏ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｐ ｅ ｉｙ ｔ ｅ ｙ ｎ ｏｗｅｒ ｓ ｓ ｅ ｎｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｓ ａ ｕ ｐｌｃ ｉｎ ｆ ｓ ｓ ｅ ｃ ｍ ｌ ｘ ｔ ｈ ｏｒ ｉ ｐ ｙ ｔ ｍ ａ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｔ ｓ， ｉ ｌ ｎ ｓ ｌ— ｒ ａ ｚ ｄ ｎｃｕｄｉｇ ｅｆ ｏ ｇ ｎｉｅ ｃ ｉｉａｌ ｙ，ｃ ｓ ａ ｎｇ ｆ ｉｕ ｅ ｍ ｏｄ ｌ ｓ ｒ ｔ ｅ ｖｕｌ ｒ ｂｉｉｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｅｖ ｕｔｏｎ ｏ ａ ｃ ｄｉ ａｌ ｒ ｎ ｃ ｒｔｃ ｉ ｔ ａ ｃ ｄｉ ａｌ ｒ ｅ ， ｔ ｕｃ ｕｒ ｎｅ ａ ｌｔ ｎ ｈ ｏｌ ｉ ｆ ｃ ｓ ａ ｎｇ ｆ ｉｕ ｅ ｉ ｏｍ ｐｌｘ ｅ ｐ ｗ ｅ ｙ ｔ ｍ ｓ， ａ ｈ ｎ ｕ ｔ ｒ ｐ ｏｐ ｓ ｓ ｔ ｔｒ ｓ ａｒ ｈ ｏ ｃ ｏ ｒｓ ｓｅ ｎｄ ｔ ｅ ｆ ｒ ｈｅ ｒ ｏ ｅ ｈａ ｅ ｅ ｃ ｎ ｏｍ ｐｌｘ ｔ ｏ ｙ ｍ ａ ｏ ｄｅ ａ ｎ ｗ ｅ ｆ ｈｅ ｅ ｈｅ ｒ ｙ ｐｒ ｖｉ ｅ ａｒ ａ ｏｒ ｔ ｅｘ ｏｒ ｔｏｎ ｏｆｓ ｃ ｉｙ ａ ｅｌ ｉｉｙ ｏｆｉ ｅ — ｏ ｐｌ ａ ｉ ｅ ｕｒｔ ｎｄ ｒ ｉ ｌｔ ｎｔ ｒ ｃ ｎｎｅ ｔ ｄ ｐｏ ｅ ｉｓ． ａｂ ｃｅ ｗ ｒｇｒｄ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ： ｐｏ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ； ｃ ｍ ｐｌ ｉｙ； ｓ ｌ— ｒ ａ ｚ ｄ ｃ ｉｉａ ｉｙ； ｐ ｙ ｒ ｗ ｒ ｙ ｔｍ ｏ ｅｘ ｔ ｅｆ ｏ ｇ ｎｉｅ ｒｔｃ ｌｔ ｏｗｅｒ ｌｗ ； ｃ ｓ ａ ｎｇ ｆ ｉｕｒ ａ ａ ｃ ｄｉ ａｌ ｅ； ｖｕｌ ｒ ｂ ｌｔ ｎｅ ａ ｉｉｙ
国家电网智能电网发展目标
智能化配电系统
1、建立智能配电网统一模型和信息交互的智 能配电管理系统 2、实现配电网智能控制终端的自适应、自组 织、自管理，进而实现配电网的自愈自动化 3、配电网电能质量全网的监测与控制系统。
AMI的智能用电系统研究和需求侧管理
构建灵活、合理的网架结构
2010年
构建智能电网标准智能支持原型平台 开展配电网快速仿真及建模研究，形 成智能控制终端的标准体系 完成电能质量监测与控制系统标准化 平台研发
建立智能配电网统一模型和信息交换口模型 智能配电网信息集成总线 制定智能配电网标准模型及交换服务
用电系统分阶段业务目标及技术路线图
用效率。
电网公司主要关注哪方面？ 当然是电网运营的安全性、可靠性和经济性。 用户关注什么？ 电费支出和用电可靠性。
为什么需要智能电网
相关方关注什么？ 常规发电企业三公调度、电力市场。新能源的柔性接入。 因此智能电网的目标是提高电网运营的安全性、可靠性 和经济性，降低用户的电费支出，并提高能源利用效率， 实现节能减排。如果智能电网能够达到上述目标，就能 获得各个利益方的支持，其发展前景也会更加广阔。
中国智能电网发展目标
发电
采用先进、高效的多 元化发电技术，实现 结构调整与布局优化， 满足国家能源发展战 略要求 • 机组的可靠性、 可用性和可调性 指标满足电网智 能运行要求 • 实现机网信息的 双向交换、双向 交互式自动控制 • 实现可再生能源 有序并网和“即 插即用”
输电
满足大型能源基地的能源 外送，实现更大范围资源 优化配置，与其它资源体 系统实现虎略互补 • 连接大型能源基础及 主要负荷中心的特高 压输电骨干网架 • 跨大区经济调度和资 源化配置 • 强大的电网抗攻击和 快速自愈能力 • 灵活适应国家能源政 策及行业发展目标
电力安全评估细则
安全评估模型 的应用前景和
挑战
电力系统安全评估 模型的应用前景广 阔，可以用于电力 系统的安全管理、 安全决策、安全设 计、安全生产和安 全运行等方面。但 是，电力系统安全 评估模型的应用还
安全评估模型 的分类和研究
现状
安全评估模型按照 评估目标、评估内 容和评估方法的不 同，可以分为基于 可靠性的安全评估 模型、基于稳定性 的安全评估模型、 基于能量评估的安 全评估模型等多种 类型。目前，国内
事故频率
用于评估系统的稳定性和可靠 性，反映系统受到故障或灾害 损失的可能性
故障率
用于评估系统故障频率和设备 维护保养的优化策略
● 04
第4章 电力系统安全评估模 型
电力系统安全评估模型的概念和分类
电力系统安全 评估模型的定
义和作用
安全评估模型是指 用某种理论方法、 计算手段或者规律 模型来描述电力系 统安全状态、判断 电力系统安全性、 预测电力系统运行 风险和制定电力系 统的安全措施的数
电力安全评估的基本 原理
01 划分电力系统子系统
根据电力系统的特性，将电力系统划分为多个子系 统，然后对每个子系统进行评估。
02 考虑多方面因素
评估过程中考虑的因素包括电力系统的结构、负荷、 故障、抗干扰能力等。
03 提出安全措施和改进方案
根据评估结果提出相应的安全措施和改进方案，以 减少潜在的安全风险。
电力系统可靠性评估模型
可靠性评估模 型的概念和作
用
可靠性评估模型是 一种用于评估电力 系统设备或系统能 够在规定的条件下 保持正常运行的能 力的定量化方法。 通过可靠性评估模 型，可以分析电力 设备运行状况、确
可靠性评估模 型的优化和应
用
基于复杂网络理论的大电网结构脆弱性分析
2007年10月电工技术学报Vol.22 No.10 第22卷第10期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2007基于复杂网络理论的大电网结构脆弱性分析陈晓刚孙可曹一家（浙江大学电气工程学院杭州 310027）摘要基于复杂网络理论，提出一种大规模电网结构脆弱性分析方法。
该方法从电网拓扑结构出发，强调电网整体架构对故障传播的影响，有助于对连锁故障在大电网中传播机理的研究。
通过对国内某一大区电网的故障模拟结果表明：电力网络的脆弱性与其网络拓扑有着密切的联系，同时本文所提出的介数指标相对于度数指标，能够更好地揭示电力网络的脆弱环节。
关键词：结构脆弱性电力系统复杂网络介数中图分类号：TM732Structural Vulnerability Analysis of Large Power Grid Based onComplex Network TheoryChen Xiaogang Sun Ke Cao Yijia（Zhejiang University Hangzhou 310027 China）Abstract A new structural vulnerability analysis method of large power grid based on the newest progress in the field of complex network is proposed in this paper. Considering the power system as a complex network, this method emphasizes the effect of the topological characteristics on the structural vulnerability of power system, which is helpful to the study of mechanism of cascading failures. The simulation results of a practical large power grid show that the structural vulnerability of power grid has close relationship with topological structure and the betweenness can identify the most vulnerable parts of the power grid.Keywords：Structural vulnerability，power system，complex network theory，betweenness1引言近年来，电力系统事故的频繁发生引发了人们对电网安全性和可靠性的广泛关注[1-6]。
基于复杂网络理论的电网结构复杂性和脆弱性研究
基于复杂网络理论的电网结构复杂性和脆弱性研究随着社会的不断发展和经济的不断进步，电网的重要性已经越来越受到人们的关注。
而电网的结构复杂性和脆弱性是当前研究的热点问题之一。
这篇学术论文将基于复杂网络理论对电网的结构复杂性和脆弱性进行分析和研究。
一、电网结构复杂性研究1. 复杂网络理论概述复杂网络理论是研究复杂系统网络结构和基本规律的一种新的数学理论和方法。
它将网络看做节点和连接边的组合形成的图形，通过研究节点和边之间的关系，揭示复杂网络的结构特征、性质和演化规律。
2. 电网结构复杂性电网作为一种基础设施网络，具有很强的结构复杂性。
从复杂网络理论的角度，电网的结构特点主要包括以下几个方面：（1）电网节点的度分布：电网的节点度数分布呈现峰态分布或幂律分布，即少数节点的度很高，大多数节点的度很低。
这种度分布特点称为无标度网络特性，也就是所谓的“rich get richer”原则。
（2）电网中的群集现象：电网中具有很强的群集现象，即节点会集中形成同一簇或者几个不同簇。
这种现象称为群集现象，是复杂网络中的一种重要性质。
（3）电网的小世界特性：电网中节点之间的距离很短，即通信链路呈现高效的联系，这种特性称为小世界特性。
在复杂网络中，小世界特性表现为节点间的平均路径长度很短（一般在对数级别），但群集系数却很高。
（4）电网中的重叠节点：电网中存在一些重叠节点，即一个节点可以同时属于多个不同的群集，这种特性称为重叠节点特性。
3. 电网结构复杂性的意义一方面，电网结构复杂性给电网的运行和管理带来了挑战，因为它使得电网难以稳定运行和管理。
另一方面，电网结构复杂性也为电网的优化和升级提供了契机。
通过研究电网的结构特点，可以更好地掌握电网的运行规律和脆弱性，为电网的优化设计提供基础。
二、电网脆弱性研究1. 复杂网络脆弱性的概念复杂网络脆弱性是指网络在受到外界扰动或攻击时，网络结构发生破坏或随机失效的能力。
脆弱性是指网络中极少数的核心节点的损失对整个网络造成的灾难性影响。
复杂电力系统的安全风险评估分析
复杂电力系统的安全风险评估分析作者：杨小东来源：《科技与创新》2014年第13期摘要：近年来，随着我国各地区加大了电网建设的力度，电力系统的电气设备越来越多，线路也越来越复杂，电力系统发生故障的频率也逐年上升。
大面积停电事故不仅给人们的日常生活带来诸多不便，而且会影响很多生产企业的正常运作。
因此，要完善复杂电力系统的安全风险评估分析，提高电力系统的安全性、稳定性。
关键词：复杂电力系统；安全风险；评估；电力事故中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0112-02随着我国电力系统的覆盖面积和规模越来越大，影响电力系统的外界因素也不断增多，通过综合考虑多方面的因素，科学、合理地评估、分析复杂电力系统的安全风险，从而有针对性地采取措施，预防大面积停电事故，减少电力系统的经济损失，提升电力系统安全风险的监管力度，充分发挥电力技术优势，推动我国电力系统快速发展。
1 复杂电力系统的安全风险因素1.1 自然外力破坏通常情况下，电力系统在设计规划时已经考虑到了环境和气候因素，但环境和气候等自然因素的破坏具有不确定性和突发性，容易造成电力系统故障。
例如，恶劣的气候环境易造成电力系统设备故障，导致架空线路闪络，雷电、冻雾、凝露易造成绝缘闪络，覆冰导致电力系统线路发生短路、舞动或者断路故障；另外，一些极端的恶劣天气，例如洪水、地毡、冰灾、台风等，容易造成电力系统故障，发生大面积停电事故。
1.2 电力设备故障电力设备是电力系统的重要组成部分，在长期运行过程中，电力设备的机械性能和电气性能可能出现失效或故障，会直接影响电力系统的安全、稳定运行。
近年来，国内外很多电力系统故障都是由于电力设备的负荷大面积转移、保护拒动、误动等造成保护连锁动作，特别是电力系统中的继电保护装置误动，会导致电力系统发生振荡。
1.3 供需平衡遭破坏电力系统的发电容量或负荷突变会导致电力系统无功功率的不平衡，容易引发大面积停电事故。
复杂网络理论下的主配网多级风险评估体系
复杂用拓扑技术，对主配电网进行拓扑建模和负控采集监
测系统的建立：对双电源用户终端进行地位，形成市区全部 用户的地理位置分布图。通过针对地理位置的精准定位来帮 助现场维修工作人员在短时间内找到用户，从而节约工作时 间，提高工作效率。
主配网进行多级风险预警平台的设计和建立，可以保证 供电更加稳定和安全，可以有效满足特殊场合对于供电质量 的要求。本文主要结合对双电源用户的预警平台建立来分析 说明主配网风险评估体系的方法。
主配网风险指标
主配网在配电运行阶段，主要的运行风险主要由负荷失 稳造成。根据主配网安全保护措施和风险引起的因素不同， 主配网风险情况具体可以分为如下两方面：系统和设备等故 障造成的风险；由于负荷过低而引起的电压过低所出现的主 配网风险。
方面内容：(1) 对电网内的各设备进行抽象分析，确认其附属 属性信息、运行参数数据，各设备之间的逻辑联系，通过线 路和节点对各设备进行连接。(2) 根据设备属性信息的不同， 利用不同线路规划线状设备及附属装置信息。(3) 利用不同 设备之间的逻辑抽象关系利用顶点 - 弧数据结构进行简化表 示，如下图所示。
CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jul.2020·中国科技信息 2020 年第 13 期
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朱晨宸 董延喜 陆志平 张 勇 王 锐
国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司
行业曲线 industry
31 万～ 60 万◎
主配电网多级运行风险定级及评估体系建立与 实现
主配网结构比较复杂，由多种多样的设备组成 ( 具体可 有线路、杆塔、变压器等 )，不同设备具有不同的运行电压， 且在主配网中的结构状态也各不相同，导致状态变化频繁， 极容易出现运行风险。基于 GIS 技术，可以完成对配网的拓 扑规划和建设负控采集监测系统。
电力系统风险与安全性评估
电力系统风险与安全性评估电力系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，它为各行各业的正常运转提供了必要的能源支持。
然而，随着电力系统规模的不断扩大和复杂性的增加，系统运行中的风险也在逐渐增加。
因此，对电力系统的风险与安全性进行评估显得尤为重要。
一、电力系统的基本概念与特点电力系统是由发电、输电、配电和用电等环节组成的复杂系统。
在电力系统中，各种设备和元件之间相互关联，形成了一个庞大的网络。
电力系统的特点包括供电可靠性要求高、系统运行稳定性要求高、系统规模大、系统复杂度高等。
二、电力系统风险的来源与分类电力系统风险的来源主要包括自然因素、人为因素和技术因素。
自然因素包括雷电、风暴、地震等自然灾害；人为因素包括设备故障、人为操作失误等；技术因素包括系统设计不合理、设备老化等。
根据风险的性质和来源，电力系统风险可分为自然风险、人为风险和技术风险。
三、电力系统风险评估的方法与指标电力系统风险评估是通过对系统的各种风险因素进行分析和评估，确定系统风险的程度和影响，为系统安全运行提供依据。
常用的电力系统风险评估方法包括定性评估和定量评估。
定性评估主要是通过专家经验和专业知识对系统风险进行评估，定量评估则是通过数学模型和统计方法对系统风险进行量化分析。
常用的评估指标包括风险等级、风险概率、风险影响等。
四、电力系统安全性评估的重要性与必要性电力系统安全性评估是对系统运行中的各种风险进行全面评估，确定系统的安全性水平，为系统的安全运行提供保障。
电力系统安全性评估的重要性主要体现在以下几个方面：保障供电可靠性、提高系统运行效率、减少事故发生概率、降低事故损失等。
五、的应用与展望电力系统风险与安全性评估在电力系统规划、设计、运行和维护中具有重要的应用价值。
通过对系统风险与安全性的评估，可以及时发现系统中存在的潜在风险，采取相应的措施进行风险控制和安全保障。
未来，随着电力系统的不断发展和技术的不断进步，电力系统风险与安全性评估方法也将不断完善和提高，为电力系统的安全运行提供更加可靠的保障。
电力系统风险与安全性评估
电力系统风险与安全性评估1. 电力系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，为各行各业的运转提供所需的能源支持。
然而，随着电力系统的规模不断扩大和发展，其所面临的风险和安全性问题也日益凸显。
2. 电力系统的风险与安全性评估是一项十分重要的工作，其旨在全面了解电力系统在运行过程中可能面对的各种潜在风险，并采取相应的措施保障系统的安全稳定运行。
3. 首先，我们需要明确电力系统的基本组成和运行原理。
电力系统主要包括发电、输电、配电和用电四个环节，其运行关键在于保证能源的高效传输和供应。
4. 在电力系统的发电环节，各种能源如煤炭、天然气、水力、核能等被利用来发电，因此在此环节存在着能源供给不足、供应链断裂、设备故障等潜在风险。
5. 输电环节则是将发电厂产生的电能通过输电线路输送到各地，其中存在着输电线路老化、过载、雷击等风险，这可能导致供电不稳定或甚至断电。
6. 配电环节是将输电过程中的高压电能通过变电站降压分配到各个用户，因此在这一环节中可能出现的问题包括变电设备故障、过载、短路等。
7. 最后，是用电环节，也就是终端用户接收电力并进行各种用电操作，存在着电器故障、用电过载等风险，可能导致火灾或其他安全事故的发生。
8. 除了以上基本组成环节的风险外，电力系统还要考虑外部因素对其安全性的影响。
例如天气因素、自然灾害等都可能对电力系统的安全性产生直接或间接的影响。
9. 电力系统安全性评估的基本原则是全面、系统、科学、客观和定量。
评估工作应根据实际情况，充分考虑各种因素的综合影响，并提出相应的改进建议。
10. 在进行电力系统风险评估时，需要从全面性、准确性和细致性三个方面入手。
首先要充分了解系统的基本情况和运行状况，对存在的潜在风险有一个清晰的认识。
11. 随后，要对系统中各个组成环节进行逐一评估，包括发电、输电、配电和用电环节，以确保每个环节的安全性都能得到有效的保障。
12. 在评估过程中，必须考虑到系统可能面对的各种内外部风险因素，例如设备老化、设备故障、人为破坏、自然灾害等，全面评估系统运行的安全隐患。
电网系统的风险评估与管理
电网系统的风险评估与管理电网系统是现代社会不可或缺的重要基础设施，它承载着能源传输和供应的重要任务。
然而，由于其规模庞大、复杂性高以及受到多种因素的影响，电网系统也具有一定的风险，如电力波动、设备故障、自然灾害等。
为了确保电网系统的安全稳定运行，风险评估与管理成为关键。
一、电网系统的风险评估电网系统的风险评估旨在对系统中潜在风险进行全面分析和评估，以了解其可能影响和后果。
电网系统的风险评估可分为以下几个步骤：1. 风险识别：通过对电网系统进行全面调查和研究，确定可能存在的各类风险，包括技术风险、自然风险、人为风险等。
2. 风险分析：对风险进行系统性分析，包括风险发生的可能性、风险对电网系统的影响程度等方面进行评估。
3. 风险评估：根据风险分析的结果，对风险进行综合评估，确定其优先级和重要性。
4. 风险预测：基于历史数据、经验和模型，对未来可能发生的风险进行预测，为风险管理提供参考。
二、电网系统的风险管理电网系统的风险管理旨在采取一系列措施和方法，控制和减轻潜在风险对系统带来的影响。
电网系统的风险管理包括以下几个方面：1. 风险控制：通过采用合适的技术手段和管理方法，降低风险的发生概率或减轻风险的影响。
例如，对设备进行定期维护和检查，以防止设备故障引发事故。
2. 风险监测：建立完善的监测系统，实时监测电网系统的运行状态和风险指标，及时发现潜在风险，采取相应的措施进行应对。
3. 应急响应：建立健全的应急响应机制，对突发事件和事故进行及时处置和应急控制，避免事态扩大化。
4. 风险教育培训：组织相关培训和教育活动，提高电网系统从业人员的风险意识和应急处理能力，增强他们面对风险时的应变能力。
三、电网系统风险评估与管理的挑战电网系统风险评估与管理面临着一些挑战和困难，主要包括以下几个方面：1. 数据不完整：电网系统涉及复杂的技术和运行环境，数据的获取和整理存在困难，导致风险评估和管理的数据不完整。
2. 多元风险因素：电网系统受到多种因素的影响，包括技术、自然、人为等多元风险因素的交织作用，导致风险评估和管理的复杂度增加。
基于多因素分析的复杂电力系统安全风险评估体系
基于多因素分析的复杂电力系统安全风险评估体系一、综述随着全球能源需求的不断增长，电力系统已成为支撑现代社会的重要组成部分。
随着电力系统规模的不断扩大和复杂度的增加，安全风险评估显得尤为重要。
为了应对这一挑战，本文提出了一种基于多因素分析的复杂电力系统安全风险评估体系。
电力系统安全风险评估一直以来都是学术界和实践领域的热点问题。
传统的风险评估方法主要依赖于专家经验、历史数据和故障模式分析，但在面对复杂电力系统时，这些方法的准确性和全面性受到限制。
本文提出了一种基于多因素分析的复杂电力系统安全风险评估体系，旨在提高电力系统的安全性和稳定性。
多因素分析是一种综合考虑多种因素对系统风险进行评估的方法。
与传统方法相比，多因素分析能够更全面地考虑各种影响因素，提高评估的准确性和可靠性。
在电力系统中，影响安全的风险因素众多，包括设备故障、网络拓扑、运行方式、外部环境等。
通过对这些因素进行综合分析，可以更准确地评估电力系统的安全性，从而为电力系统的规划和运行提供有力支持。
本文提出的风险评估体系还具有很好的可扩展性。
随着电力系统和技术的不断发展，可以通过添加新的风险因素和分析方法来不断完善和改进评估体系。
这将使评估体系具有更强的适应性和生命力，更好地服务于电力系统的安全风险评估事业。
1.1 电力系统的基本概念和重要性在当今社会，电力系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
它为我们的日常生活提供了便利，如照明、交通、通讯等，同时也为工业、农业等领域提供了强大的动力支持。
电力系统的基本概念涵盖了发电、输电、配电和变电等多个环节，它们相互关联，共同构成了一个完整的电力网络。
发电是将各种形式的能源转化为电能的过程，如火力发电、水力发电、风力发电等；输电是将电能从发电厂远距离输送到用电区域的过程，需要保证电能的质量和稳定；配电是将电能分配给各类用户的过程，确保用户能够安全、可靠地使用电能；变电是将电能转换为适合用户使用的电压等级的过程，以适应不同用户的用电需求。
电网安全性评估的系统复杂性理论研究-曹一家
挑战性的问题的可能解决方法
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需要新的方法，复杂系统分析方法。 抓住电力系统大停电的本质,主要分析全 局电力连锁故障停电的性质，而不是分 析特定停电事故的细节。 结合复杂系统、统计物理和风险分析， 自顶向下全面研究停电事故，整体论方 法
复杂系统的整体论分析方法
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贝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）20世纪30年代提 出系统科学： 系统整体大于它的部分之和； 系统具有层次结构和功能结构； 系统是动态的； 随机的系统有内在的确定性（涌现），看似完全随机的 系统有自组织功能，能突现出若干特殊的结构来; 系统经常与它外界环境进行物质、能量和信息交换； 系统在远离平衡的状态下也可以稳定（耗散结构理论、 自组织理论）； 确定性系统有其内在的随机性（混沌）。
D为大停电分布的分维值, 可用盒维数法计算
D lim
Q 0
ln N ( r Q) ln (1/ Q)
各大区电网重大事故损失负荷频度
标度（MW） 东北电网频度 华中电网频度 西北电网频度 ＞60 22 13 27 ＞100 18 12 23 ＞140 15 11 17 ＞180 14 11 15
一些挑战性的问题（1）
北美输电系统数据表现出大停电规模概率分布呈 幂律，使得大停电成为必然结果。
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停电规模的这种分布的起因和影响是什么？ 我国电力系统停电规模概率分布是什么？ 这种概率分布是否可以在经济和工程约束下减少 各种规模的大停电风险？
一些挑战性的问题（2）
大停电通常是由复杂的小概率连锁事件造成的。 对起初的一些事件的相互作用分析可以得出接下 去很有可能要发生的事件，这种分析确实能解决 一部分问题。 但是这种排列组合方法在分析很多小概率事件及 其相互作用引起的一系列事件就变得不可行了。 很多小概率事件都没有被预料到，但却连锁引发 了大规模停电事故？ 有没有一种更加全局的方法来监视并减小连锁故 障风险，而不用考虑所有的细节？
电力系统复杂性及其相关问题研究
电力系统复杂性及其相关问题研究发表时间：2017-04-26T15:47:21.300Z 来源：《电力设备》2017年第3期作者：金渤越[导读] 为了提高电力系统的安全稳定性，就需要对电力系统的复杂性进行研究，提高系统发生扰动后稳定运行的能力。
（北京交通大学海滨学院河北黄骅 061199）摘要：随着电力系统的发展，电力系统规模越来越大，复杂性越来越高，对系统的安全、稳定提出了更高的要求。
电力系统是个复杂的系统，近些年来发生的多起大规模停电事件，对生产和生活造成了重大影响。
为了提高电力系统的安全稳定性，就需要对电力系统的复杂性进行研究，提高系统发生扰动后稳定运行的能力。
本文通过对电力系统复杂性的研究进展和相关问题进行分析，用一个新的视角分析电力系统整体动态性，以期提高电力系统的鲁棒性、规划和理性、事故的防控能力。
关键词：电力系统；复杂性；相关问题引言电力系统的发展是经济社会发展的动力之一，电力系统安全是经济社会持续发展的保障。
随着电力系统在生产生活中的应用，电网已经成为世界最复杂的人造科技网络之一。
通过电网可以将电能传输到千里之外，电网传输距离远，设备众多，也增加了系统的不确定性，对社会的影响比较大。
2006年，德国电力公司为了让游轮通过埃姆斯河通过，关掉一条38万伏特电缆，但是引起电网其他地方电网升高，最终波及到德国、法国、比利时等国电网。
2012年7月30日和31日，引导发生大规模停电事故，造成印度东北部六亿七千万人受到影响。
近些年来，电力系统发生的多次大停电事故，引起了人们对电网的高度关注，造成了很大的社会影响。
电力系统是个复杂的系统，对电力系统连锁故障和大停电机理等因素的动态研究存在一定的局限，难以揭示系统的动态行为。
为了更好地解释电网连锁事故机理，研究人员使用新的复杂的分析方法，从统计物理、风险等角度，对停电事故进行了全面研究，对电力连锁事故和停电的全局影响进行了探究，并取得了一定成果。
基于协同学原理的电力系统大停电预测模型
基于协同学原理的电力系统大停电预测模型
曹一家;丁理杰;江全元;韩祯祥
【期刊名称】《中国电机工程学报》
【年(卷),期】2005(25)18
【摘要】针对电力系统中某一元件故障,而导致一系列其他元件停运,并连锁反应迅速蔓延,最终发生电网崩溃的现象,文中对易引起恶性连锁反应事故的大停电机理进行了初步探讨,指出在大停电过程中,总是伴随着电网各子系统的竞争和合作,具有自组织临界特性,其过程存在着可预测性。
进而基于自组织临界理论中的协同学原理,提出了一种电力系统大停电的预测模型——协同学预测模型。
计算实例结果表明了大停电存在着自组织临界特性,提出的预测模型具有较高的预测精度,该模型可望为进一步深入分析电力系统连锁反应事故和大停电机理打下基础。
【总页数】7页(P13-19)
【关键词】大停电;自组织临界性;协同学原理;预测模型
【作者】曹一家;丁理杰;江全元;韩祯祥
【作者单位】浙江大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM74
【相关文献】
1.从印度大停电透视电力系统的广义阻塞 [J], 薛禹胜;肖世杰
2.大停电后电力系统黑启动分区的两步策略 [J], 孙磊;张璨;林振智;文福拴;张静;叶
琳
3.基于专家系统的电力系统大停电后恢复过程中电压控制方法研究 [J], 赵红生;丁彩红;黄涌;党杰;雷军
4.电力系统大停电的自组织临界现象 [J], 曹一家;江全元;丁理杰
5.电力系统大停电探析 [J], 蒋盈立
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电力系统风险评估综述
电力系统风险评估综述引言随着电网规模的日益扩大，电力系统取得了巨大联网效益，但是同时电网结构也日益复杂，进而导致发输电元件的故障率不断增加，电网运行中的不确定性和随机性问题也越来越突出，对电力系统安全分析的要求也越来越高。
电力系统运行风险评估的目的是为了评估扰动事件对系统的潜在影响程度，评估的内容主要包括扰动事件发生的可能性与严重性两个方面的问题。
这一概念由CIGRE 于1997年在文献[1]中第一次明确地提出，其目的是要对电力系统运行中的不确定性进行定量化分析。
McCalley 在文献[2]中对运行风险评估的内涵和重要性进行了较全面的论述。
具体来所，其目的是为了让调度运行人员更好的了解电网的运行状况及采取每项决策所要承担的风险，首先是评估电力系统运行中的不确定性因素，建立风险指标体系，然后是研究在调度运行中如何应对风险、合理决策，例如基于风险的最优潮流等[3]。
基本概念1 定义文献[4]中，著名电力专家Vittal 给出了风险评估的基本定义，即对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综合度量,其数学表达式为()()(),isk f r i ev i f i R X P E S E X =⨯∑ (1) 式中:.f X 表示系统的运行方式；i E 表示第i 个故障；()r i P E 表示故障i E 发生的概率；(),ev i f S E X 表示在f X 的运行方式下发生第i 个故障后系统的严重程度；()R X表示系统在f X运行方式下的运行风险指标。
isk f文献[4]中指出，区别于电网确定性分析方法，运行风险分析实质上是传统可靠性研究与电网调度自动化的有机结合与提升。
2 风险评估与传统安全分析的关系对电力系统安全的研究经历了确定性评估方法、概率评估方法和风险评估方法三个阶段。
传统的能量管理系统（EMS）一直采用的是确定性模型及其分析方法，即最多在确定预想事故集时将最有可能发生的预想事故多考虑进来，按经验来考虑事故发生的可能性但并未进行量化分析，但是实际上电力系统运行中存在着很多不确定因素，采用确定性模型并不能严格描述电力系统的。
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大电网安全性评估的系统复杂性理论研究α曹一家,刘美君,丁理杰,陈晓刚,孙 可,王绍部(浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘要:在简述电力系统复杂性的基础上,介绍了系统复杂性理论在电力系统中的应用以及研究概况,包括电力系统的自组织临界性、电力系统连锁故障模型和复杂电力网络的结构脆弱性和连锁故障演化等,进一步指出电力系统复杂性理论的研究可能为探索互联电力网络的安全性和可靠性提供一个新的方向。
关键词:电力系统;复杂性;自组织临界性;幂律;连锁故障;脆弱性中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:100328930(2007)0120001208Research on System Com plex ity Theory for Secur ityEva lua tion of Large Power Gr idsCAO Y i2jia,L I U M ei2jun,D I N G L i2jie,CH EN X iao2gang,SUN Ke,W AN G Shao2bu (Co llege of E lectrical Engineering,Zhejiang U n iversity,H angzhou310027,Ch ina)Abstract:Based on the brief introducti on of the comp lexity of pow er system,th is paper introduces the app licati on of system comp lexity theo ry in pow er system and the research status,including self2o rganized criticality,cascading failure model,structure vulnerability and the evo luti on of cascading failure in comp lex pow er system s,and then further p ropo ses that research on comp lex theo ry m ay p rovide a new area fo r the exp lo rati on of security and reliability of inter2connected pow er grids.Key words:pow er system s;comp lexity;self2o rganized criticality;pow er law;cascading failure; vulnerability1 前言 随着全球经济的不断发展,电网大规模互联成为电力系统发展的必然趋势,电力网络已经发展成为世界上最复杂的人造网络之一。
电网在把电能输送到千里之外的同时,也能使局部故障迅速传播到其他区域甚至整个网络[1,2]。
近年来,国内外电力系统曾发生了多次连锁故障导致的大停电事故[3,4],这类事故造成了重大经济损失和社会影响,引起人们对电网安全的高度关注,促使人们理解和分析大停电和连锁故障传播机理。
应用复杂系统理论的成果研究连锁故障的传播机理正越来越受到学术界的关注[5～7]。
从2000年开始,美国学者I.Dob son等人应用复杂系统理论的研究方法分析了1984-1999年以来的美国电力系统大停电事故,发现大停电规模与概率间满足幂律(pow er law)关系[6,7]。
在幂律下,大停电事故发生的概率虽小,产生的风险却不容忽视。
这里就引出一些挑战性的问题。
(1)统计数据表明大停电规模概率分布呈幂尾特征,使得大停电成为必然结果。
这种分布的起因和影响,我国电力系统停电规模概率分布,以及这种概率分布是否可以在经济和工程约束下减少大规模停电的风险,是值得深入研究的问题。
(2)大停电通常是由长期的复杂的小概率连锁事件造成的,对起初的一些事件的相互作用分析可得出接下去有可能要发生的事件,此分析确实能解决一部分问题。
然而这种排列组合方法在分析很多小概率事件及其相互作用引起的一系列事件时变得很困难了。
很多小概率事件都没有被预料到,但却连锁引发了大规模停电事故。
有没有一种更加全局的方法来监视并减小连锁故障风险,而不用考第19卷第1期2007年2月 电力系统及其自动化学报P roceedings of the CSU2EPSAV o l.19N o.1Feb. 2007α收稿日期:2006212213;修回日期:2006212222基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2004CB217902);国家自然科学基金创新群体项目(60421002)虑所有的细节,是值得深入研究的问题。
(3)为了避免连锁故障,人们大多致力于降低连锁故障发生的概率。
需要研究怎样确定一个电力系统是否设计和运行在连锁故障易于发生的情况下,即:连锁故障的边缘,在连锁故障发生过程中起关键作用的元件和网络的薄弱环节,连锁故障发生过程中的一些特征和普遍规律以及如何利用规律,等。
在研究上述问题时,传统的电力系统分析方法越来越显示出其局限性,迫切需要发展新的系统分析方法。
为了更好地理解电网连锁故障的机理,电力系统研究工作者,从系统复杂性理论和复杂网络理论角度研究电力系统,用新的复杂系统整体论分析方法,结合复杂系统、统计物理和风险分析,自顶向下全面研究停电事故,抓住电力系统大停电的本质,分析电力连锁故障和大停电的全局性质,取得了一定的进展。
本文在简述电力系统复杂性的基础上,介绍了系统复杂性理论在电力系统中的应用情况,指出该领域的研究可能为探索互联大系统型电力网络的安全性和可靠性提供一个新的方向。
2 电力系统的复杂性电力系统是典型的复杂系统,由大量、不同而且强非线性相互作用的组成单元构成。
复杂系统必须兼备多组成单元、单元不同而且单元之间发生强相互作用这三个基本条件。
“系统复杂性”是指“远离平衡态的巨大耗散系统中由于组成单元之间局部的非线性相互作用而自发地涌现出(e m erge)的系统总体性质、结构与动力学行为”。
“涌现”指的是由系统局部的相互作用所产生的系统总体的特征,不同于子系统(或局部组成单元)的原有性质,是复杂动力系统内部的基本特征与属性[8,9]。
与“系统复杂性”相关联的另两个重要概念是自组织临界性(self2o rgan ized criticality,SO C)和混沌边缘(edge of chao s,EOC)。
电力系统作为一个典型的复杂系统,其主要特征有:(1)网络的大规模性和行为的统计性,网络节点数可以有成百上千万,甚至更多,超大规模网络行为具有统计特性;(2)节点动力学行为的复杂性,各个节点本身可以是非线性系统(可以用离散的和连续微分方程描述),具有分岔和混沌等非线性动力学行为;(3)网络连接的稀疏性,一个有N 个节点的具有全局耦合结构的网络的连接数目为O(N2),而实际大型网络的连接数目通常为O(N);(4)连接结构的复杂性,网络连接结构既非完全规则也非完全随机,但却具有内在的特征规律;(5)网络的时空演化的复杂性,复杂电力网络具有空间和时间的演化复杂性。
电力系统复杂性可以分类为存在复杂性和演化复杂性。
上述特征(1)～(4)属于存在复杂性。
电力系统复杂性研究向复杂性科学、非线性动力学等交叉科学提出了一系列极富挑战性的新课题:复杂电力网络时空演化中出现的复杂性,包括大停电连锁故障机理以及演化特征是迄今尚未解决的一类难题。
连锁故障机理主要与‘涌现’有关,是演化复杂性。
长期以来,电力系统分析一直建立在微分2代数方程理论的基础上,即通过对系统中各元件建立详细数学模型,应用计算机仿真技术求解,以时域仿真的形式对系统进行动态分析。
这种分析方法对故障模拟和分析起到了很好的作用,但在深入分析电力系统连锁故障和大停电机理等系统动态行为方面已暴露出明显的局限性,很难揭示系统整体的动态行为特征。
因此,迫切需要新的系统分析方法来研究复杂电力系统的动态行为。
L udw ig V on B ertalanffy于20世纪30年代提出系统科学,并指出复杂系统整体大于它的部分之和,研究这类系统的总体特性需要采用新的复杂系统整体论分析方法。
对大停电和连锁故障机理以及演化的研究需要抓住电力系统大停电的本质,构建合理的简化模型,分析连锁故障引起的大停电的全局性质。
3 大停电的自组织临界性自然界存在着一类耗散动力系统,通过自组织过程自发地演化到一种临界状态,在此状态下,微小的扰动将触发连锁反应并导致灾变。
1987年美国B rookhaven国家实验室的巴克等人提出了自组织临界性的概念来说明时空耗散动力系统的上述动力学行为[10]。
这种复杂耗散动力系统的大量组元间存在的竞争与合作等相互作用使系统向临界状态演化。
在临界状态下,小事件能引起连锁反应事故,并对系统中的部分组元产生影响,遍及整体的连锁反应是系统动态行为的本质。
电力系统大停电是系统处于临界状态时,在微小的扰动下触发连锁反应并导致灾变的过程现象。
自组织临界性的概念可望成为用来揭示包括大停电现象在内的复杂电力系统整体行为特征的有效工具之一。
美国学者Dob son和Carreras等人应用・2・电力系统及其自动化学报 2007年2月复杂系统理论的研究方法分析了1984～1999年间的美国电力系统大停电事故,初步研究表明,大停电的规模与概率满足幂律关系。
设大停电的规模为Q ,其发生概率(停电规模大于等于Q 的停电次数 总共发生停电的次数)为N (Q ),则它们满足如下幂律关系In N (Q )=a -b In Q(1)式(1)中a 、b 为常数。
研究大停电规模时,考虑了三种特征量:停电损失的负荷、受影响的居民数目以及大停电发生后系统需要的恢复时间。
图1给出了大停电损失的负荷和发生概率的幂律关系[6],这种关系被认为是自组织临界特性的数学表征。
为了避免大停电历史数据的不完备性和不精确性影响结果的可信性,设计了一些人工电力系统来模拟大停电事故,得到了一些大停电人工时间序列,这些时间序列也较好地验证了上述幂律关系。
图1 大停电损失的负荷与发生概率的幂律关系F ig .1 Power law rela tion between lost loadand probability of blackout 文献[11～15]统计了1981年～2002年我国大陆电网发生的重大停电事故(包括电网稳定事故和重大停电事故,统计的电网稳定事故以大区电网和主要省网为主,包括对电网安全危害很大的局部电网崩溃事故,但地区性独立小电网的稳定事故未计及)。