电力系统和通信网络交互影响下的连锁故障分析

电力系统和通信网络交互影响下的连锁故障分析

李永健

国网青海省电力公司信息通信公司  青海 西宁  810001

摘要：电力系统复杂，在运行中易发生故障，特别是随着电力需求的增加，电网互联已成为一种新的模式，在这种模式下，通信网络与电力系统的交互影响将带来新的故障。基于此，本文重点论述了电力系统和通信网络交互影响下的连锁故障。

关键词：电力系统；通信网络；连锁故障

随着我国网络通信需求的不断增长，要确保通信过程的安全稳定性。在以往通信故障查找分析中，往往忽略了电力系统与通信网络间的交互性，即两者间的相互影响。事实上，电力系统和通信系统位置的特殊性已严重影响了网络的通信传输，而介点的不合理设计等会带来通信故障。因此，需正确设置路由器及网络通信参数，正确选择节点介数或度数，减少故障停电范围，降低连锁故障反应。

一、电力通信系统的仿真

电力信息系统通常包括计算、通信、传感三部分，分别用于信息处理、传输、采集，涉及到的电力系统状态信息及控制信息可能来自发电机组、负载、储能设备、输电设备等。本文仅考虑电力系统调度中主要信息的传输对连锁故障的影响，传输信息包括电力线路切除信息及优化调度期间调度中心生成的发电机出力调整与负荷切除信息。信息传输过程大致为：当一次电网发生线路故障时，产生线路切除信息。调度中心收到线路切除信息后，对电网进行优化调度，并将调整发电机出力及负荷切除信息送至各目标信息节点。

Barab6si和Albert构建了“无标度网络的复杂网络模型”，无标度特性广泛存在于各种实际网络中，是复杂网络的典型特性。有文献研究表明，双星形电力调度数据网也是一个无标度网络。因此，假设电力通信网络是规模为N的无标度网络，其中N-1个节点逐个对应于电力一次网络节点，另一个信息节点是调度中心节点，通信网络随机选择两个节点及调度中心节点共三个节点相互连接，每次添加一个网络节点，添加的网络节点具有两条边，新增节点的每条边按连接到节点上，是网络节点度数，是已有节点度数总和，直到网络规模增加到N为止。

与www网络类似，假设每个信息节点既是主机又是路由器，也就是说，节点在每个时间步有两个基本行为：向邻近1个节点传输1个或多个信息包；从邻近节点接收一个或多个信息包。在线路切除信息上送至调度中心过程中，调度中心节点是唯一的目标节点，被切除线路对应的信息节点是源节点。由于建模中通信网络的信息节点仅对应于电力一次网络物理节点，并未跟物理线路一一对应，因而对一次网络节点进行编号，假设被切除线路信息由此线路两端节点编号较小的物理节点相对应的信息节点传输，当调度中心下达调度命令时，调度中心节点是唯一源节点，与调度命令相关信息节点是目标节点。

信息传输时，源节点先生成一个或多个包含上述主要信息的信息包。然后，在每个时间步中，若源节点邻居中包含目标节点，则直接与其进行信息交换。完成信息传输过程：否则信息包所在源节点根据选择概率P在其所有邻居中选择一个节点，并将信息发送给该节点，节点将在下一个时间步中作为新的“源节点”重复上述过程，直到信息包到达目标节点，完成信息传输过程。当信息包到达目标节点时，将在网络中自动消失。

概率P的设定涉及通信网络中不同路由策略的选择。本文根据提出的改进路由策略确定概率P。假设源节点的邻居节点集合为，节点。定义节点到目标节点间有效距离为：

其中，是从节点到目标节点最短距离；是节点上队列长度；是路由策略控制系数。当=0时，有效距离等于节点上队列长度；当=1时，有效距离是从节点到目标节点最短距离。节点被选择为新源节点概率仅定义如下：

其中，是路由概率控制系数。=0时，随机选择相邻节点；>O时，有效距离短的节点更有可能被选中；<0时，有效距离长的节点更可能被选中。显然，>0情况更有利于信息在通信网络上的传输。

假设网络中除调度中心节点之外的每个信息节点在每一单位时间步中只能处理或传递一个信息包，信息传递应遵循以下原则：每个信息节点的信息包队列长度为无限长，而每个信息节点根据先进先出原则，按次序传输信息包：路径重复规避原则，即任何节点只能被同一信息包访问一次。该原则能避免同一信息包在同一条边反复传输，从而降低通信网络效率。

二、电力网络与通信网络的交互作用模型概述

1、模型简介。考虑到电力系统连锁故障原因是有功潮流的大规模转移、保护的不当动作，本文在建立电力网络与通信网络的交互模型时的主要思路是随机断开一条线路。有功潮流的大规模转移导致部分线路过载，在收到线路切除信息后，调度中心优化控制电力系统一次网络，以确保每条线路在其热极限以下运行。从线路切除信息的上送到相应电网网络节点收到调度中心调整信息，系统将完成一次完整的优化控制。然而，当线路潮流大于热稳定极限时，线路的过电流保护装置将动作，动作时限与线路潮流有关，线路潮流越大，动作时间越短。因此，当整个优化控制未完成时，可能会发生新线路过载，直接导致优化控制失效，电力系统将执行下一次优化控制。在此过程中，通信网络中的信息包数量将逐渐增多，若通信网络出现拥塞，优化控制命令将无法及时传达到相应节点，这将进一步加剧连锁故障的传播。

2、模型仿真流程

①电力网络和通信网络初始化。包括设定发电机旋转备用、线路冗余，电力网络的LP优化，以及清除通信网络的信息包，以使单次连锁故障持续时间t=0。

②随机选择一条线路切除形成初始故障，修改实际电网参数，并在相应信息节点上生成线路切除信息。

③根据实际电网参数，采用直流法计算线路潮流，判断线路潮流是否越限。若存在过载线路，则通过线路反时限动作特性函数计算所有过载线路的动作时限；否则，退出单次连锁故障模拟。

④通信网络根据路由规则在一个时间步内完成信息传输，t=t+1。

⑤检查过载线路中是否有动作时限小于t的线路，若存在，过载保护动作。切除相应线路，并在相应信息节点上生成线切除信息，进入步骤④；否则进入下一步。

⑥查看调度中心是否收到新线路切除信息，若收到新的切除信息，将对电网执行LP优化控制，并向相应电网节点下达调度命令。假设调度中心命令同时下达，且在一个时间步内，按路由规则下送所有控制信息，然后进入步骤④；否则进入下一步。

⑦判断是否所有最新调度命令都通过通信网络传输到相应电网节点，若是，则完成单次连锁故障模拟，并统计最终损失损失；否则执行步骤④.

三、网络内在相似性对连锁故障的影响

由于网络理论的复杂性，网络中节点重要性必须得到重视，可用介数特征或度数来表征，但由于电力通信、网络调度中心节点地位特殊性，它只是最短路径的终起点，无任何最短路径，因此调度中心节点介数为0。在计算过程中，对网络介数算法进行了修改，即从调度中心只能作为最短路径起点或终点。在电力一次性网络中期，介数算法并未改变，计算机电力网络和通信网络的每个节点介数和度数按顺序排列。电力网络和通信网络根据度数排列对应，这称为度数与度数对应；电力网络和通信网络根据介数大小一对一对应，称为介数和介数对应；根据介数大小排列电网节点，根据度数大小排列通信网络，然后根据从大到小顺序一一对应，称为介数与度数对应。通过仿真实验，电力系统与网络系统之间的相互作用，使其对连锁故障有很大的影响。度数与度数、介数和度数能很好地解决连锁故障引起的大规模停电问题，这两种方法具有重要的表征特性，随着信息节点度数的增大，信息更易传输，从而降低了信息拥堵发生率。在相应的介数与度数方式下，较之度数与度数对应方式大规模停电概率更小，从不同网络相互作用研究来看，电网的节点介数比度数更重要。在复杂网络中，较之介数最高的电力网络节点相连的输电线路，其线路介数通常最高。

参考文献：

[1]杨健.基于通信网络环境下的复杂电力系统连锁故障探究[J].计算机光盘软件与应用,2016(08):301-302.