基于复杂系统理论的电力系统连锁故障分析和预防方法研究

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1、学校代号学号分类号密级公开博士学位论文基于复杂系统理论的电力系统连锁故障分析和预防方法研究学位申请人姓名曹丽华培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称曹一家教授学科专业电力系统及其自动化研究方向复杂电力系统分析与控制论文提交日期年月日学校代号学号：密级：公开湖南大学博士学位论文基于复杂系统理论的电力系统连锁故障分析和预防方法研究学位串青人姓名曹丽华导师姓名及职称：曹一家教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电力系统及其自动化论女提交日期：年月日论女答辩日期：年月日答辩委员会主席：李欣然教授Analysisandpreventionmethodsofpo

2、wersystemcascadingfailuresbasedoncomplexsystemtheorybyCAOLihuaB.E.(HunanNormalUniversity)2004M.E.(HunanNormalUniversity)2007AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringElectricalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervi

3、sorProfessorCAOYijiaNovember,2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：’日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学

4、可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于、保密口，在年解密后适用本授权书。、不保密。请在以上相应方框内打作者签名：日期：玫匕年月《导师签名：二日期：年月日基于复杂系统理论的电力系统连锁故障分析和预防方法研宂摘要近年来世界各地大停电事故频繁发生，连锁故障是导致大面积停电的直接原因。电力系统的复杂性使得电力连锁故障的演化过程具有偶发性、不确定性、多样性和复杂性。长期以来我国电力行业实施集中式管理，并且六大区域电网相对独立，这些使得我国到目前为止尚未发生过全国范围的大面积停电事

5、故。电网互联和智能化提高了系统的运行效率，但与此同时也增加了系统运行的不确定性，从而使我国电网发生大面积停电事故的风险大大增加。因此，非常有必要深入地研究电力系统连锁故障的传播机理，提出连锁故障大停电的风险评估方法，最终针对我国电网特性制定相应的连锁故障大停电预防和控制策略。传统的还原论方法注重元件个体的行为动态特性，难以揭示电网长期演化和连锁故障快速传播过程中系统整体的行为动态特征。复杂系统理论强调用整体论和还原论相结合的方法去分析系统，以揭示传统还原论方法难以解释的系统动力学行为。因此，本文在国家自然科学基金“电力系统连锁故障风险的多时间尺度评估体系及

6、自组织临界态辨识的研究”项目（的资助下，以电力系统连锁故障大停电为主要研宄对象，利用复杂系统理论，从多个角度多个层次综合分析诸如电网拓扑结构、系统运行状态、系统运行控制策略等多种因素对停电分布的影响，研宄结果对预防和控制连锁故障大停电具有一定的指导意义。本文的主要工作包括：提出基于蒙特卡洛方法和连锁故障停电模型的风险评估方法。利用综合蒙特卡洛方法和连锁故障停电模型的混合法，可以获得用于风险评估的准确充分的短时间尺度内的连锁故障停电统计数据；为提高蒙特卡洛方法的收敛速度可选择重要性采样或重要路径搜索等连锁故障链釆样方法；定义系统风险指标、支路风险指标以及风险

7、指标，从不同角度衡量系统风险水平。所提风险评估方法可以用来分析如运行状态、运行控制策略、拓扑结构等不同因素对电力系统连锁故障大停电风险的影响，还可以用来验证其他非统计型风险指标的有效性，是电力系统连锁故障分析和预防方法研宄的基础。釆用时空演化模型研宄不同拓扑演化方式对停电分布的影响。拓扑结构对停电分布具有重要影响，因此时空演化模型在模型的慢动态中增加了符合电网拓扑演化特征的时空演化模型，同时还考虑了新建厂站的建设时机、选址、容量以及接入方式等实际问题，更加真实地反映了电网的长期演化过程。利用时空演化模型研宄电网长期演化过程中无标度、小世界、随机网络和混合网

8、络等典型拓扑演化方式的停电分布特征，仿真结果表明，电网拓扑特征路径