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摘 要

16012618 鲁杭

指导老师 蒋浩

当前电力系统规模不断扩大，电网结构日益复杂，电网安全问题日益严峻。近年来不断发生大规模停电事故，对社会造成巨大损失。使得人们把对电网脆弱性的研究纳入焦点。

本文基于潮流计算，对配电网状态脆弱性和结构脆弱性进行定义和评估，并在此基础上提出综合评估模型，对电网脆弱性进行有效评估，以找出电网当前的脆弱环节，并采取相应的预防措施改善系统的运行状态，从而避免连锁故障的发生。

本文结合结构脆弱性和状态脆弱性两个方面来开发配电网脆弱性评估算法，分析典型配电网出现故障的可能性。人为设定故障集，对典型配电网的结构与状态脆弱性进行评估。对于状态脆弱性评估，本文采用状态脆弱强度结合电气介数作为评估指标；对于结构脆弱性评估，本文引入复杂网络理论及小世界网络理论中经济因子的概念，采用负荷损失经济作为评估指标；最后定义结合二者的综合评估指标对配电网脆弱性进行评估。发现配电网脆弱环节，并对易于发生故障的配网结构进行补强，重新进行结构与状态脆弱性分析。

关键词:脆弱性；状态脆弱性；结构脆弱性；评估模型

Abstract

At present, the scale of power system is expanding, the structure of power network becomes more and more complex, and the security of power system is becoming more and more serious. In recent years, there has been a large-scale power outage, causing huge losses to society. Makes people focus on the study of vulnerability of power grid.

Based on the power flow calculation and distribution state of fragile and structural vulnerability is defined and evaluated, and on this basis, put forward comprehensive evaluation model. On power grid vulnerability assessment, in order to find out the power grid current weak links and take corresponding preventive measures to improve the running state of the system, so as to avoid the occurrence of cascading failures.

In this paper, the vulnerability assessment algorithm of distribution network is developed based on two aspects of structure vulnerability and state vulnerability, and the possibility of failure of typical distribution network is analyzed. The structure and state vulnerability of typical distribution network are evaluated by Artificial fault set. For vulnerability assessment, the fragile state strength combined with electric betweenness as evaluation index; for the structural vulnerability assessment, this paper introduces the concept of complex network theory and small world network theory in economic factors, the loss of load economic as evaluation index; finally, defined in combination with the comprehensive evaluation index of the two vulnerable to the distribution network are evaluated. It is found that the vulnerable part of the power distribution network and the structure of the distribution network which is easy to be faulty, the structure and the state of vulnerability analysis are carried out.

Key words: vulnerability; state vulnerability; structural vulnerability; evaluation model

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 电网脆弱性研究现状 1

1.3 配电网特点 2

1.4连锁故障原理 3

1.5 本文的研究目的和主要研究内容 3

第二章 配电网状态脆弱性及评估方法 5

2.1电力系统状态脆弱性 5

2.2电气介数 5

2.3 状态脆弱性评估指标 6

第三章 配电网结构脆弱性及评估方法 8

3.1电力系统结构脆弱性 8

3.2复杂网络的拓扑特征参数 9

3.3结构脆弱性评估指标 9

3.4 综合脆弱性评估模型 11

第四章 具体算例 12

4.1 Power World仿真工具 12

4.2 仿真模型 12

4.3 仿真结果及脆弱性评估 14

4.3.1 配电网状态脆弱性评估 14

4.3.2 配电网结构脆弱性评估 16

4.3.3 配电网综合脆弱性评估 19

4.4 对电网结构补强并重新评估 20

第五章 结论 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 引言

随着电网规模不断扩大，电网结构日益复杂，停电事故也逐渐增多。尽管已经采取了许多努力来保护电网，如继电保护装置、有功静止补偿装置、无功动态补偿装置，避雷器等。历史上仍发生过很多大规模停电事故,如2003年北美大停电事故，造成数千万千瓦的负荷损失，波及范围很广，数千万人的生活用电受到影响，并伴有严重的经济损失。还有2003年瑞典丹麦大面积停电事件，由于一条输电线路从电网中解列，导致多座核反应堆发生故障，引发大面积停电。2005年俄罗斯大停电，当地约有大部分地区的各种生产生活由于停电受到了严重的影响。事故中过负荷的架空线路弧垂增大，对树木和其它障碍物放电闪络，引起线路保护动作。在此情况下运维人员没有及时采取有效的保护措施，使运行线路的负荷增大、电压下降，导致连锁故障，引发电网大面积停电。引发大面积停电的因素很多，有自然因素，也有电力行业结构因素，由于电网变得越来越复杂，逐渐成为一个庞大的网络，大规模停电事故一般是由单个线路故障开始，继而引发连锁故障导致的。电网中连锁故障的扩大和其中的重要单元密切有关，即脆弱环节。所以不断发生的大规模停电事故引发了人们对电网脆弱性研究的关注。而对脆弱性的研究重点在于找到合理的算法对电网进行评估，找出电网的薄弱环节，确定其在攻击或扰动下故障或引发连锁故障的可能性，采取措施对其进行补强，然后指定应对事故的方案，提高经营者的认识、规范操作程序，从而起到预防大规模连锁故障的效果。

1.2 电网脆弱性研究现状

脆弱性是某个体系中受到干扰或攻击会造成较大影响的薄弱环节。它是描述系统及其组成部分对于受到的扰动或破坏，缺乏抗干扰性和缺乏恢复初始状态的一种特性。将脆弱性这个概念引入电气领域，则电力系统脆弱性是针对电力系统安全性及可靠性提出的一个概念。对电力系统脆弱性的定义目前尚未有明确说法，但总体来说，电力系统脆弱性是用来描述描述电力系统在正常运行情况下，承受扰动和发生故障，其具有无法恢复以及故障扩大的趋势的一种特性。由此可以看出，对电网的脆弱性研究主要包括安全稳定性和电网参数变动两个方面，该特性反映了当系统的某个参数或多个参数变化时，其对系统安全稳定性产生影响的趋势。

电力系统脆弱性评估可以用来反映电力系统及其组件的脆弱性，包含总线的脆弱性和分支的脆弱性，可以用当前值与最大值之比来衡量^[1]。在此基础上，考虑母线电压，每条支路的电角度和阻抗，以及传输线的距离。此外，随机方法也被用来分析电力系统的脆弱性^[1]。

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