基于连锁故障停电的甘肃省电网拓扑分析

曹亮，靳丹，马志程，杨鹏

基于连锁故障停电的甘肃省电网拓扑分析

曹亮，靳丹，马志程，杨鹏

20世纪90年代以来，各国先后发生了多次大规模的停电事故，包括国外美加大停电、国内华东电网事故等，都造成了非常严重的损失。大规模连锁停电事故是复杂电力网络的一个重要缺陷，它的预防以及应急处理将减少因为大停电造成的巨量负荷损失以及进一步的经济损失。通过对甘肃电网的拓扑信息的行整理和简化，其基础上建立一个针对连锁停电事故的电力网络拓扑模型，并分析其发生大规模连锁停电事故的可能性。实验结果表明，甘肃省电网存在发生大规模连锁停电事故的隐患。

连锁性故障；甘肃省电网；拓扑分析

0 引言

20世纪90年代以来，各国先后发生了多次大规模的停电事故。例如，1996年8月美国WSCC电网大停电，影响750万客户断电，损失负荷3000万千瓦；2003年8月美国东北部的大停电，影响5000万人口和6200万千瓦的负荷损失；2006年7月1日，我国华东电网失稳震荡，负荷损失380万千瓦。由此可见，大规模停电事故的发生是客观存在的事实[1]。

连锁性故障（Cascading Failure）通常是造成电力系统大停电故障传播的主要起因。所谓连锁性故障，指的是这样一种情况：在互联网络中，某一部分的故障会连续的触发其余部分的故障。连锁性故障会发生很多场景中，诸如电力传输网络、计算机网络、金融、人的身体系统等等。在电力网络中，连锁性故障一般的起因是网络中某个电力元件发生了故障，导致这个电力元件完全无法工作或者能够承担的电力负荷变小。那么原本流向这个电力元件的负荷就会被转嫁到相邻的电力元件去，而这些相邻的电力元件可能就会因此而过载，继而发生故障，最终导致故障不断的连锁触发一片区域的电力元件全部故障，因而大停电也就发生了。

虽然大停电是不多见的，但大停电事故的统计数字表明，停电的风险不可小视。因此，本文针对连锁性故障发生的可能性，进而分析甘肃省电力网络的拓扑结构。本文的目标是通过对甘肃省电力网络拓扑结构的建模和分析，了解和熟悉甘肃省电力网络拓扑结构，找到影响发生连锁性故障的因素，并在后续工作中达到预防连锁性故障或者减小连锁性故障影响的目的。

1 电网拓扑数据预处理

甘肃省电力网络拓扑信息由甘肃省电力公司信息通信公司提供。原始数据的数据结构为点线对形式，在数据库中的表项为[OID，CONNECTIVITYNODEID，CONDUCTING EQUIPMENTID]，CONNECTIVITYNODEID为线节点，C ONDUCTINGEQUIPMENTID为设备节点。原始数据数据量极为庞大，总共将近有百万条点线对记录。如果对这些所有数据构成的拓扑结构进行分析的话，显然计算量极为庞大，而且计算时间不可接受。因此，需要对这些原始数据进行一定的处理和简化。其中，由于数据中实际有出现线节点连接多个设备节点的情况，将所有线节点和设备节点在分析时不做区分。

首先，根据原始的所有点线对数据，我们可以建立一个最初始的电网模型，即一张图。这个电网模型是最真实的，因为它就是实际电网的拓扑。但是它不适合分析，所以需要对这一初始模型做出一些处理和简化。

A Cascading Failure-based Topological Analysis of Gansu Province Power Grid

Cao Liang1, Jin Dan2, Ma Zhicheng2, Yang Peng2
(1. School of Software ,Shanghai Jiao Tong University, Shanghai200240,China; 2. Information And Communication Company, State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou730050,China)

Since the 1990s, numerous large-scale blackouts have occurred successively in many countries, including the 8-14 blackout in USA and Canada, east China power grid accidents, which have brought very serious losses. Large-scale blackouts are an important drawback in complex power grid. Its prevention and emergency treatment will reduce the huge amount of load loss and further economic damage caused by the large-scale blackout. Here the paper build a power grid model for cascading failures based on Gansu province’s power grid topological information which will be preprocessed and simplified. This model is used to analysis the probability of large-scale blackout occurred in Gansu province power grid. The experimental results show that Gansu province power grid exist potential risk for large-scale blackout.

Cascading Failures; Gansu Province Power Grid; Topological Analysis

TP311

A

1007-757X(2015)01-0022-03

国家电网甘肃电力合作项目（52272313507D）

曹 亮（1989-），男，江苏，上海交通大学软件学院，硕士研究生，研究方向：智能电网，大数据分析，上海，200240

靳 丹（1975-），男，甘肃，国网甘肃省电力公司信息通信公司，教授级高工，总工程师，研究方向：智能电网，信息技术，兰州，730050

马志程（1969-），男，甘肃，国网甘肃省电力公司信息通信公司，教授级高工，主任，研究方向：智能电网，自动化技术，兰州，730050

杨 鹏（1981-），男，甘肃，国网甘肃省电力公司信息通信公司，高级工程师，研究方向：协议分析，信息技术，兰州，730050