對電力系統(tǒng)脆弱性評估方法的探討

崔沙沙（國網(wǎng)山西省電力公司澤州縣供電公司，山西 晉城 048000）

對電力系統(tǒng)脆弱性評估方法的探討

崔沙沙
（國網(wǎng)山西省電力公司澤州縣供電公司，山西 晉城 048000）

目前世界上許多國家的研究者們還在一直研究著對電力系統(tǒng)脆弱性的評估方法，現(xiàn)有的評估方法多是從某個角度評價電力系統(tǒng)的安全狀態(tài)，尚未從整體反應(yīng)出電力系統(tǒng)的安全狀態(tài)。因此，能夠用于指導(dǎo)并控制實時的電力系統(tǒng)評估方法有待于進一步的研究。

電力系統(tǒng)；脆弱性；評估方法

近幾年來，國內(nèi)外發(fā)生了數(shù)次大停電事故多數(shù)是由于系統(tǒng)發(fā)生連鎖故障而引起的，這些事故不但帶來嚴重的經(jīng)濟損失，更影響了人們正常的生活。因此，對電力系統(tǒng)脆弱性評估方法的研究具有不可計量的理論研究價值和實踐運用價值。

一、電力系統(tǒng)脆弱性的定義

近些年來，隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，其復(fù)雜性和隨機性隨之加大。傳統(tǒng)的系統(tǒng)評價方法難以直接迅速地得到關(guān)于故障的準確判斷，從而造成難以及時有效地解決電力故障的問題，最終導(dǎo)致大量電力資源浪費的現(xiàn)象。一位著名的外國學者曾把電力系統(tǒng)的脆弱性定義為：人為的不合理、不恰當操作影響了電力系統(tǒng)內(nèi)部各個組成部分以及整個工作網(wǎng)絡(luò)正常能力的發(fā)揮，這種現(xiàn)象很可能會引發(fā)大面積的停電危險，這種危險一旦暴露出來，正常的供電能力就得不到保障，主要內(nèi)容分為以下四個部分：計算風險、識別事件、分析網(wǎng)絡(luò)、決策網(wǎng)絡(luò)。在學術(shù)方面，電力系統(tǒng)的脆弱性也可以理解為電力系統(tǒng)安全性的拓展內(nèi)容，從系統(tǒng)整體脆弱性角度出發(fā)來評估系統(tǒng)的安全性，有巨大的理論研究前景。還有學者基于電力系統(tǒng)脆弱性提出了電力系統(tǒng)防御體系，研發(fā)了分多層次控制整體的網(wǎng)絡(luò)，通過這一現(xiàn)象不難看出，對電力系統(tǒng)脆弱性的評估還是任重而道遠的。

二、電力系統(tǒng)脆弱性的原因分析

最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)脆弱的原因是多方面的。例如，不可避免的自然災(zāi)害，電力系統(tǒng)內(nèi)部的組成單位，整個網(wǎng)絡(luò)，通訊系統(tǒng)的故障，操作人員的失誤，不準確的安全評估，電力市場的惡性競爭，違法分子的刻意搗亂。國外學者根據(jù)來源，將脆弱性原因劃分為外部原因和內(nèi)部原因。

1 外部原因

（1）自然災(zāi)害和天氣狀況：地震、海嘯、火災(zāi)、風暴、洪水、沙塵暴等自然因素；（2）人為因素：人為對系統(tǒng)設(shè)置的錯誤，操作員系統(tǒng)操作的失誤，不法人員蓄意破環(huán)。

2 內(nèi)部原因

（1）系統(tǒng)內(nèi)部組成單位的問題：現(xiàn)實工程中的經(jīng)驗顯示有三個元件經(jīng)常出現(xiàn)問題，發(fā)電機、變壓器和輸電線；（2）相應(yīng)的控制保護系統(tǒng)沒有正常發(fā)揮作用，整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各個安全保護系統(tǒng)相互影響，導(dǎo)致最后沒有及時發(fā)揮功效，導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因是保護系統(tǒng)的內(nèi)部隱性故障；（3）通信系統(tǒng)的故障，現(xiàn)實工作中經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：整個系統(tǒng)和能量系統(tǒng)之間的聯(lián)系中斷了，導(dǎo)致自我控制的操作無法正常進行，信息系統(tǒng)堵塞，外部信息入侵造成通信系統(tǒng)混亂無法正確識別等；（4）電力系統(tǒng)自身不穩(wěn)定：靜態(tài)和動態(tài)的振蕩、電壓的不穩(wěn)、長短頻率變換等；（5）電力系統(tǒng)本身對建立模型、系統(tǒng)評估、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的不充分或不準確；（6）電力行業(yè)的本身弱電：不能主動加強技術(shù)投資建設(shè)，在很長時間內(nèi)閉門造車、設(shè)備更新?lián)Q代速度慢等；（7）不能有效地收集利用信息：由于系統(tǒng)中的測量類型的元件都為舊式元件，故他們無法獲得精確度高的可信信息，而只能獲得一些精確度不高的信息，甚至是錯誤信息。此外，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，利用高新技術(shù)對電力系統(tǒng)破壞引起了很大的關(guān)注，例如，黑客入侵、篡改系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息和利用裝置中固有的脆弱性等，這些因素的存在都會加劇電力系統(tǒng)的脆弱性。

三、電力系統(tǒng)脆弱性評估方法的研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)在的學術(shù)界，許多知名專家都在研究怎樣更加準確地評估電力系統(tǒng)的脆弱性，但尚未得到廣泛的認可和應(yīng)用?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)脆弱性的評估方法大致可以分為如下兩大類：

1 基于概率論的評估

這類方法主要是根據(jù)電力系統(tǒng)的隨機性，而采用隨機事件發(fā)生的不確定性來進行分析，它還可以分為基于風險理論評估和基于蒙特卡羅模擬評估。

（1）基于風險理論的評估。一般情況下，風險理論適用在災(zāi)害評估上，評估災(zāi)害發(fā)生的概率以及可能造成的嚴重后果。風險指標的計算公式為：

R（Xm，a）=∑P（Ek）﹛∑﹝P （Xk，p︱Xm，a）?S（Ek，Xm，p）﹞﹜

其中，Xm，a是m時刻系數(shù)的預(yù)測運行狀態(tài)，R（Xm，a）為在預(yù)測運行狀態(tài)下系統(tǒng)的風險，Xk，p是第p個可能的負荷，P（Xk，p︱Xm，a）是系統(tǒng)處于負荷的頻率，Ek是第k種故障，P（Ek）為其發(fā)生的頻率，S（Ek，Xm，p）是在第m個可能的負荷下發(fā)生第k種故障的后果。這種評估方法是針對電力系統(tǒng)某個局部的安全問題，并不能從整體充分地反應(yīng)系統(tǒng)的安全。

（2）基于蒙特卡羅模擬評估。這種方法先把不確定性指標確定化，接著再進行評估狀態(tài)的工作，最后進行結(jié)果的計算分析，從而得到最重要的結(jié)果。然后這種方法的計算公式為：W=∑[F（m）/P]，其中，W代表系統(tǒng)的脆弱性指數(shù)，m表示出現(xiàn)損失負荷大于門檻值后仍然失穩(wěn)的某次模擬，P為進行試驗的總次數(shù)。

2 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析的評估

一位著名的美國學者曾經(jīng)作過一個叫做小網(wǎng)絡(luò)世界的理論，這種理論認為美國西部電網(wǎng)就是一個小網(wǎng)絡(luò)，特德規(guī)模結(jié)語網(wǎng)絡(luò)和隨機網(wǎng)絡(luò)之間?！靶∈澜缇W(wǎng)絡(luò)”模型傳播路徑短、聚類系數(shù)值大，因此這種網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)故障的傳播速度會遠高于正常的網(wǎng)絡(luò)，這種模式下更易發(fā)生系統(tǒng)連鎖故障?；凇靶∈澜缇W(wǎng)絡(luò)”理論的評估方法，能夠最大限度地尋找電網(wǎng)本身的脆弱性，但是它沒有充分考慮系統(tǒng)的暫態(tài)特性。

3 大數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法

這種方法目前被各個行業(yè)采用，通過大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，統(tǒng)計出電力系統(tǒng)出現(xiàn)脆弱性的次數(shù)以及穩(wěn)定運行的次數(shù)，進而對該電力系統(tǒng)的脆弱性作出一個合理的評估。

四、電力系統(tǒng)脆弱性評估方法的展望

對電力系統(tǒng)脆弱性的評估應(yīng)該結(jié)合傳統(tǒng)的數(shù)學方法，再結(jié)合最新的大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，把兩者融合到一起，這樣一來，電力系統(tǒng)脆弱性的評估工作一定會再上一個新臺階。

結(jié)語

現(xiàn)有的電力系統(tǒng)脆弱性評估方法并不能滿足日益增加的需要，對其評估方法還要進行大量的研究，最終形成能夠及時有效地體現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全指標，而且能夠及時控制電力系統(tǒng)故障的方法，形成電力系統(tǒng)脆弱性災(zāi)變評估的完整體系。

[1]丁明，韓平平.基于小世界拓撲模型的大型電網(wǎng)脆弱性評估[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（08）：7-10.

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