对电力系统脆弱性评估方法的探讨

崔沙沙（国网山西省电力公司泽州县供电公司，山西 晋城 048000）

对电力系统脆弱性评估方法的探讨

崔沙沙
（国网山西省电力公司泽州县供电公司，山西 晋城 048000）

目前世界上许多国家的研究者们还在一直研究着对电力系统脆弱性的评估方法，现有的评估方法多是从某个角度评价电力系统的安全状态，尚未从整体反应出电力系统的安全状态。因此，能够用于指导并控制实时的电力系统评估方法有待于进一步的研究。

电力系统；脆弱性；评估方法

近几年来，国内外发生了数次大停电事故多数是由于系统发生连锁故障而引起的，这些事故不但带来严重的经济损失，更影响了人们正常的生活。因此，对电力系统脆弱性评估方法的研究具有不可计量的理论研究价值和实践运用价值。

一、电力系统脆弱性的定义

近些年来，随着电力系统的迅猛发展，其复杂性和随机性随之加大。传统的系统评价方法难以直接迅速地得到关于故障的准确判断，从而造成难以及时有效地解决电力故障的问题，最终导致大量电力资源浪费的现象。一位著名的外国学者曾把电力系统的脆弱性定义为：人为的不合理、不恰当操作影响了电力系统内部各个组成部分以及整个工作网络正常能力的发挥，这种现象很可能会引发大面积的停电危险，这种危险一旦暴露出来，正常的供电能力就得不到保障，主要内容分为以下四个部分：计算风险、识别事件、分析网络、决策网络。在学术方面，电力系统的脆弱性也可以理解为电力系统安全性的拓展内容，从系统整体脆弱性角度出发来评估系统的安全性，有巨大的理论研究前景。还有学者基于电力系统脆弱性提出了电力系统防御体系，研发了分多层次控制整体的网络，通过这一现象不难看出，对电力系统脆弱性的评估还是任重而道远的。

二、电力系统脆弱性的原因分析

最终导致电力系统脆弱的原因是多方面的。例如，不可避免的自然灾害，电力系统内部的组成单位，整个网络，通讯系统的故障，操作人员的失误，不准确的安全评估，电力市场的恶性竞争，违法分子的刻意捣乱。国外学者根据来源，将脆弱性原因划分为外部原因和内部原因。

1 外部原因

（1）自然灾害和天气状况：地震、海啸、火灾、风暴、洪水、沙尘暴等自然因素；（2）人为因素：人为对系统设置的错误，操作员系统操作的失误，不法人员蓄意破环。

2 内部原因

（1）系统内部组成单位的问题：现实工程中的经验显示有三个元件经常出现问题，发电机、变压器和输电线；（2）相应的控制保护系统没有正常发挥作用，整个网络内部的各个安全保护系统相互影响，导致最后没有及时发挥功效，导致电力系统发生故障的主要原因是保护系统的内部隐性故障；（3）通信系统的故障，现实工作中经常会出现这样的现象：整个系统和能量系统之间的联系中断了，导致自我控制的操作无法正常进行，信息系统堵塞，外部信息入侵造成通信系统混乱无法正确识别等；（4）电力系统自身不稳定：静态和动态的振荡、电压的不稳、长短频率变换等；（5）电力系统本身对建立模型、系统评估、系统状态监控的不充分或不准确；（6）电力行业的本身弱电：不能主动加强技术投资建设，在很长时间内闭门造车、设备更新换代速度慢等；（7）不能有效地收集利用信息：由于系统中的测量类型的元件都为旧式元件，故他们无法获得精确度高的可信信息，而只能获得一些精确度不高的信息，甚至是错误信息。此外，随着高新技术的发展，利用高新技术对电力系统破坏引起了很大的关注，例如，黑客入侵、篡改系统数据信息和利用装置中固有的脆弱性等，这些因素的存在都会加剧电力系统的脆弱性。

三、电力系统脆弱性评估方法的研究现状

在现在的学术界，许多知名专家都在研究怎样更加准确地评估电力系统的脆弱性，但尚未得到广泛的认可和应用。现有的电力系统脆弱性的评估方法大致可以分为如下两大类：

1 基于概率论的评估

这类方法主要是根据电力系统的随机性，而采用随机事件发生的不确定性来进行分析，它还可以分为基于风险理论评估和基于蒙特卡罗模拟评估。

（1）基于风险理论的评估。一般情况下，风险理论适用在灾害评估上，评估灾害发生的概率以及可能造成的严重后果。风险指标的计算公式为：

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

其中，Xm，a是m时刻系数的预测运行状态，R（Xm，a）为在预测运行状态下系统的风险，Xk，p是第p个可能的负荷，P（Xk，p︱Xm，a）是系统处于负荷的频率，Ek是第k种故障，P（Ek）为其发生的频率，S（Ek，Xm，p）是在第m个可能的负荷下发生第k种故障的后果。这种评估方法是针对电力系统某个局部的安全问题，并不能从整体充分地反应系统的安全。

（2）基于蒙特卡罗模拟评估。这种方法先把不确定性指标确定化，接着再进行评估状态的工作，最后进行结果的计算分析，从而得到最重要的结果。然后这种方法的计算公式为：W=∑[F（m）/P]，其中，W代表系统的脆弱性指数，m表示出现损失负荷大于门槛值后仍然失稳的某次模拟，P为进行试验的总次数。

2 基于复杂网络理论分析的评估

一位著名的美国学者曾经作过一个叫做小网络世界的理论，这种理论认为美国西部电网就是一个小网络，特德规模结语网络和随机网络之间。“小世界网络”模型传播路径短、聚类系数值大，因此这种网络的系统故障的传播速度会远高于正常的网络，这种模式下更易发生系统连锁故障。基于“小世界网络”理论的评估方法，能够最大限度地寻找电网本身的脆弱性，但是它没有充分考虑系统的暂态特性。

3 大数据统计的方法

这种方法目前被各个行业采用，通过大数据的统计，统计出电力系统出现脆弱性的次数以及稳定运行的次数，进而对该电力系统的脆弱性作出一个合理的评估。

四、电力系统脆弱性评估方法的展望

对电力系统脆弱性的评估应该结合传统的数学方法，再结合最新的大数据等新技术，把两者融合到一起，这样一来，电力系统脆弱性的评估工作一定会再上一个新台阶。

结语

现有的电力系统脆弱性评估方法并不能满足日益增加的需要，对其评估方法还要进行大量的研究，最终形成能够及时有效地体现电力系统的安全指标，而且能够及时控制电力系统故障的方法，形成电力系统脆弱性灾变评估的完整体系。

[1]丁明，韩平平.基于小世界拓扑模型的大型电网脆弱性评估[J].电力系统自动化，2006，30（08）：7-10.

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