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摘 要：电力系统受到内外部各种因素的影响，导致出现各类异常事件，容易造成不同程度的停电事故。在分析电网异常运行状态电气量特征的基础上，对异常事件进行分类，并结合风险评估理论与方法，研究异常事件风险的定量计算方法。该方法通过分析节点电压、负荷功率和系统频率等电气量的随机波动过程，建立运行参数异常事件概率和后果的数学模型，对电力系统的规划运行和电网企业的管理决策具有重要意义。
关键词：电力系统；异常事件；节点电压；负荷功率；系统频率
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）35-0106-02
引 言
近几年世界各国大面积停电事故频繁发生，而且间歇性能源发电的比例也不断增加，电力系统自身具有脆弱性，容易受到各种不确定因素的影响，为异常事件的发生创造了条件。异常事件的发生将导致电力系统进入异常的运行状态，而且异常事件的类别多种多样，最终的异常状态也具有不同的表现特征。对于不同的异常程度，电气参数将以不同的发展趋势影响着停电事故发生的可能性。因此，有必要对电网的异常事件开展深入的研究。
1 电力系统停电事件分析
1.1 停电事件分析
电力是国民经济和社会发展的重要基础，任何一次停电事故都可能造成巨大的经济损失，严重影响人们的日常生活。东京、伦敦、莫斯科、巴黎、纽约、印度、意大利等城市或国家均发生过大停电，可见大面积停电不仅仅是偶然的小概率事件[1]，它的出现具有一定的必然性，并且近几年的发生率也明显升高。另一方面，大面积停电事故造成的后果极其严重，伦敦大停电失负荷724MW，莫斯科大停電失负荷3539.5MW，巴黎大停电失负荷1136MW等，并且都造成了严重的交通瘫痪，停电时间长达数小时甚至更久。
在国内，近几年发生的大面积停电事故主要是2013年6月5日的上海大停电以及2012年4月10日的深圳大停电。上海“6.5”停电主要是由于一条500kV输电线缆发生故障，导致其所供的下级三座110kV变电站停电，失负荷8万kW，停电1个多小时；深圳大停电的主要原因是设备故障，两次的设备故障使得一个500kV变电站双母线失压，最终蔓延至8个变电站全站失压，失负荷共759MW，停电时间达到1.5h[2]。
1.2 停电事故的演变机理
停电事故的诱因往往是电力系统内部和外部所存在的各种随机干扰，对系统造成了不同程度的扰动，使其运行状况偏离于正常状态。虽然电力系统受到的扰动是随机变化的，但是社会作息制度系统和用电习惯相对稳定，系统的运行状态在时间上具有一定的重现性、在参数的变化上具有一定的规律性[3]。
对国内外众多停电事故进行分析研究，可以发现大面积停电的诱因主要包括自然天气影响、设备装置故障、网架结构薄弱和人为因素等，而这些诱因通常会使电网进入一个异常运行的状态，表现为潮流越限、电压跌落、频率上升或者下降等，再加上一些推动力事件的影响，使得这些异常参量在时间上增强、在空间上蔓延，异常事件所造成的后果不断加剧，最终演变为大停电。大面积停电的演变机理如图1所示，伴随着表征参数的异常、恶化、崩溃，电力系统由正常状态进入异常状态，最终转变为大面积停电状态。
2 电力系统异常分析
2.1 异常事件的定义
异常状态可以定义为没有按照所期望的运行规律运行的状态[4]，而异常事件则可以认为是导致电力系统进入异常状态的事件。在电网异常事件发生的初始阶段采取一定的防控措施，可以有效防止电网状态恶化，并使其恢复到正常的运行状态。
2.2 异常事件的电气量特征分析
通过国内外学者对停电事件的研究和分析，归纳总结各类停电事件的诱发原因和电气量变化，大停电的诱因主要是负荷的异常变化和天气因素的影响，而对于事件演变成大停电前，电力系统电气量的特点主要包括：负荷功率、电压、频率的异常变化，并且也有可能由于天气环境等原因导致输电线路中断引起电网结构异常变化。
2.3 异常事件的分类
异常事件作用于电力系统，将会影响电网的运行状态，电压、频率等电气参数可能会出现异常变化，并且偏离正常可接受的范围，使系统进入电压异常、功率异常、频率异常等状态。因此，从异常事件对电网运行参数造成的结果来看，可以分为造成电压幅值异常的事件、造成负荷功率异常的事件和造成系统频率异常的事件。
2.4 异常事件的概率模型
异常事件的发生会恶化电网的运行状态，而不同的异常状态的不良影响存在差异。因此，需要开展异常事件风险的定量分析，研究异常事件对电网的影响程度。以电压异常事件为例，当电力系统受到众多不确定因素的影响，负荷或者其他方面的很多因素都有可能引起电压上升或下降超过规定的阈值。不失一般性，假设在t时刻，节点的电压由两部分组成，分别为初始的电压值和随机变化的电压波动，如式（1）所示。
异常事件的发生概率可以通过蒙特卡罗法模拟求出。结合风险评估的理论，电力系统异常事件的风险是对应的异常事件发生概率与其造成后果的乘积，计算表达式如式（2）所示。
3 结 语
通过推演大面积停电事件的机理，分析电网异常状态电气特征量的变化，从电压、功率和频率三方面的异常表现来建立概率风险模型，量化分析异常事件的风险。
参考文献
[1]A Cameras，V E Lynch， I Dobson，et al.Complex dynamics of blackouts in power transmission system[J].Chaos An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science，2004，3（14）：643～652.
[2]胡晶晶.地区供电局大面积停电应急机制研究[D].华南理工大学，2015.
[3]高中文，周苏荃，刘有斌，等.电力系统运行模式的建立问题[J].华中电力，1994（2）：9～15.
[4]黄培清.试论异常系统运行的两个阶段——决策和控制[J].系统工程，1987，5（1）：16～20.
收稿日期：2018-11-4
关键词：电力系统；异常事件；节点电压；负荷功率；系统频率
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）35-0106-02
引 言
近几年世界各国大面积停电事故频繁发生，而且间歇性能源发电的比例也不断增加，电力系统自身具有脆弱性，容易受到各种不确定因素的影响，为异常事件的发生创造了条件。异常事件的发生将导致电力系统进入异常的运行状态，而且异常事件的类别多种多样，最终的异常状态也具有不同的表现特征。对于不同的异常程度，电气参数将以不同的发展趋势影响着停电事故发生的可能性。因此，有必要对电网的异常事件开展深入的研究。
1 电力系统停电事件分析
1.1 停电事件分析
电力是国民经济和社会发展的重要基础，任何一次停电事故都可能造成巨大的经济损失，严重影响人们的日常生活。东京、伦敦、莫斯科、巴黎、纽约、印度、意大利等城市或国家均发生过大停电，可见大面积停电不仅仅是偶然的小概率事件[1]，它的出现具有一定的必然性，并且近几年的发生率也明显升高。另一方面，大面积停电事故造成的后果极其严重，伦敦大停电失负荷724MW，莫斯科大停電失负荷3539.5MW，巴黎大停电失负荷1136MW等，并且都造成了严重的交通瘫痪，停电时间长达数小时甚至更久。
在国内，近几年发生的大面积停电事故主要是2013年6月5日的上海大停电以及2012年4月10日的深圳大停电。上海“6.5”停电主要是由于一条500kV输电线缆发生故障，导致其所供的下级三座110kV变电站停电，失负荷8万kW，停电1个多小时；深圳大停电的主要原因是设备故障，两次的设备故障使得一个500kV变电站双母线失压，最终蔓延至8个变电站全站失压，失负荷共759MW，停电时间达到1.5h[2]。
1.2 停电事故的演变机理
停电事故的诱因往往是电力系统内部和外部所存在的各种随机干扰，对系统造成了不同程度的扰动，使其运行状况偏离于正常状态。虽然电力系统受到的扰动是随机变化的，但是社会作息制度系统和用电习惯相对稳定，系统的运行状态在时间上具有一定的重现性、在参数的变化上具有一定的规律性[3]。
对国内外众多停电事故进行分析研究，可以发现大面积停电的诱因主要包括自然天气影响、设备装置故障、网架结构薄弱和人为因素等，而这些诱因通常会使电网进入一个异常运行的状态，表现为潮流越限、电压跌落、频率上升或者下降等，再加上一些推动力事件的影响，使得这些异常参量在时间上增强、在空间上蔓延，异常事件所造成的后果不断加剧，最终演变为大停电。大面积停电的演变机理如图1所示，伴随着表征参数的异常、恶化、崩溃，电力系统由正常状态进入异常状态，最终转变为大面积停电状态。
2 电力系统异常分析
2.1 异常事件的定义
异常状态可以定义为没有按照所期望的运行规律运行的状态[4]，而异常事件则可以认为是导致电力系统进入异常状态的事件。在电网异常事件发生的初始阶段采取一定的防控措施，可以有效防止电网状态恶化，并使其恢复到正常的运行状态。
2.2 异常事件的电气量特征分析
通过国内外学者对停电事件的研究和分析，归纳总结各类停电事件的诱发原因和电气量变化，大停电的诱因主要是负荷的异常变化和天气因素的影响，而对于事件演变成大停电前，电力系统电气量的特点主要包括：负荷功率、电压、频率的异常变化，并且也有可能由于天气环境等原因导致输电线路中断引起电网结构异常变化。
2.3 异常事件的分类
异常事件作用于电力系统，将会影响电网的运行状态，电压、频率等电气参数可能会出现异常变化，并且偏离正常可接受的范围，使系统进入电压异常、功率异常、频率异常等状态。因此，从异常事件对电网运行参数造成的结果来看，可以分为造成电压幅值异常的事件、造成负荷功率异常的事件和造成系统频率异常的事件。
2.4 异常事件的概率模型
异常事件的发生会恶化电网的运行状态，而不同的异常状态的不良影响存在差异。因此，需要开展异常事件风险的定量分析，研究异常事件对电网的影响程度。以电压异常事件为例，当电力系统受到众多不确定因素的影响，负荷或者其他方面的很多因素都有可能引起电压上升或下降超过规定的阈值。不失一般性，假设在t时刻，节点的电压由两部分组成，分别为初始的电压值和随机变化的电压波动，如式（1）所示。
异常事件的发生概率可以通过蒙特卡罗法模拟求出。结合风险评估的理论，电力系统异常事件的风险是对应的异常事件发生概率与其造成后果的乘积，计算表达式如式（2）所示。
3 结 语
通过推演大面积停电事件的机理，分析电网异常状态电气特征量的变化，从电压、功率和频率三方面的异常表现来建立概率风险模型，量化分析异常事件的风险。
参考文献
[1]A Cameras，V E Lynch， I Dobson，et al.Complex dynamics of blackouts in power transmission system[J].Chaos An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science，2004，3（14）：643～652.
[2]胡晶晶.地区供电局大面积停电应急机制研究[D].华南理工大学，2015.
[3]高中文，周苏荃，刘有斌，等.电力系统运行模式的建立问题[J].华中电力，1994（2）：9～15.
[4]黄培清.试论异常系统运行的两个阶段——决策和控制[J].系统工程，1987，5（1）：16～20.
收稿日期：2018-11-4