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电力系统连锁故障机理及风险评估方法研究

作　者: 宋毅
导　师: 王成山
学　校: 天津大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力系统连锁故障功能组分解事件树分析相继故障演变模型风险评估
分类号: TM711
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近年来,各国相继发生连锁大停电事故,造成巨大的社会经济损失。随着我国跨区互联电网的建成,连锁故障可能成为危及我国电网安全的新问题。因此,充分认识连锁故障机理,深入开展相关领域研究,有助于我国形成合理的电网网架结构,有助于实施相应的预防措施。本文重点研究了系统状态搜索法、断路器拒分故障评估、相继故障演变模型以及电力系统连锁故障风险评估等内容。文章归纳了连锁故障的一般物理过程。根据连锁故障各阶段的特点,提出了连锁故障研究的指导思想。研究了针对连锁故障缓慢相继开断阶段的系统状态搜索法。首先概括了可能出现在缓慢相继开断阶段的元件故障模型。由于元件故障模型涉及系统网架、变电站结构两个层次,系统状态搜索必须协调好故障模型之间的关系,确保故障模型的完整性和一致性。本文通过功能组分解和事件树分析技术,实现了这个目的。特别研究了断路器拒分故障问题。文章对不同电气主接线正常运行方式下的断路器拒分故障进行了初步的风险评估。研究表明,双母线四分段、双母线四分段带旁路接线的风险最小,单母线无分段、桥式接线和角形接线的风险最大。针对连锁故障快速相继开断阶段,提出了用于研究输电设备过负荷连锁跳闸问题的相继故障演变模型。该模型基于时序推理思想,给出了考虑时序性的故障路径搜索策略,从而使模型具有时序特征。最后提出了一种电力系统连锁故障风险评估方法。调度和维修人员可以通过该方法,得到不同的风险指标,预防可能发生的连锁故障。仿真算例也表明,当断路器拒分概率和保护误动概率处于相同数量级时,断路器拒分故障更加危险;发电厂、变电站主接线在连锁故障研究中具有重要作用,这种作用可以通过断路器拒分故障表现出来。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-28
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 电网大停电事故综述  10-11
    1.2.1 国外大停电概况  10-11
    1.2.2 电网大停电的特点  11
  1.3 连锁故障研究综述  11-27
    1.3.1 复杂性科学理论  12-15
    1.3.2 基于自组织临界理论的连锁故障模型  15-23
    1.3.3 基于复杂网络理论的连锁故障模型  23-25
    1.3.4 基于电力系统分析理论的连锁故障模型  25-27
  1.4 本文主要工作  27-28
第二章连锁故障分析及其研究思想  28-35
  2.1 连锁故障案例  28-31
    2.1.1 美加“8.14”大停电  28-30
    2.1.2 意大利“9.28”大停电  30-31
    2.1.3 欧洲“11.4”大停电  31
  2.2 连锁故障的一般物理过程  31-33
  2.3 连锁故障研究的指导思想  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章系统状态搜索法的研究  35-53
  3.1 研究背景  35
  3.2 元件故障模型  35-43
    3.2.1 独立停运模型  36-37
    3.2.2 相关停运模型  37-40
    3.2.3 断路器故障模型  40-42
    3.2.4 继电保护故障模型  42-43
  3.3 功能组分解法  43-46
    3.3.1 功能组分解原理  43-46
    3.3.2 元件故障模型与功能组的关系  46
  3.4 事件树分析  46-48
    3.4.1 事件树原理  46-47
    3.4.2 双重故障的事件树分析  47-48
  3.5 系统状态搜索法  48-50
    3.5.1 算法流程  48-49
    3.5.2 故障参数计算  49-50
  3.6 算例分析  50-52
  3.7 本章小结  52-53
第四章断路器拒分故障风险评估  53-73
  4.1 研究背景  53-54
  4.2 风险评估理论  54-56
    4.2.1 风险概念  54-55
    4.2.2 电力系统风险及风险评估  55-56
  4.3 典型的电气主接线  56-61
    4.3.1 单母线接线  56-57
    4.3.2 双母线接线  57-60
    4.3.3 无母线接线  60-61
  4.4 断路器拒分故障的风险评估  61-72
    4.4.1 假设条件  61-62
    4.4.2 风险评估  62-71
    4.4.3 结果分析  71-72
  4.5 本章小结  72-73
第五章相继故障演变模型  73-87
  5.1 研究背景  73-74
  5.2 时态知识表示  74-75
  5.3 相继故障演变模型  75-80
    5.3.1 电力系统分析模型  75-77
    5.3.2 保护动作模型  77-79
    5.3.3 故障路径搜索策略  79-80
  5.4 评价指标  80-81
  5.5 算例分析  81-86
    5.5.1 故障模拟  81-83
    5.5.2 指标计算  83-84
    5.5.3 相继故障演变模型的讨论  84-85
    5.5.4 快速相继开断阶段的讨论  85-86
  5.6 本章小结  86-87
第六章连锁故障风险评估方法  87-98
  6.1 研究背景  87
  6.2 连锁故障风险评估  87-90
    6.2.1 风险评估框架  87-89
    6.2.2 风险评估流程  89-90
  6.3 算例分析  90-97
    6.3.1 假设条件和原始数据  90-91
    6.3.2 算例一  91-94
    6.3.3 算例二  94-97
  6.4 本章小结  97-98
第七章结论  98-100
附录 IEEE-RTS 79 测试系统  100-102
参考文献  102-112
发表论文和科研情况说明  112-113
致谢  113

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