第 38 卷 第 7 期
2018 年 7 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.38 No.7
Jul. 2018
连锁故障中负荷损失数值特征的非参关联分析
刘挺坚
1
,刘友波
1
,刁 塑
2
,刘俊勇
1
,韩安兵
2
,夏志军
2
(1. 四川大学 电气信息学院,四川 成都 610065;2. 国网泸州供电公司,四川 泸州 646000)
摘要:从大量连锁故障仿真数据中观察负荷损失与电网特性指标的数值特征关系,建立负荷损失与阶段性电
网特性指标的非参关联分析模型。 基于多层时序演化连锁故障模型构建数据仿真平台,选取电气状态指标、
网络结构指标以及有序分布指标这 3 类电网特性指标作为连锁故障负荷损失的关联对象,通过仿真得到连
锁故障负荷损失与电网特性指标的大数据样本。 采用非参数独立性筛选方法剔除弱关联特性指标,进一步
利用 Group Lasso 非参数回归算法确定关联特性指标与负荷损失的非参数关联规则。 西南某省级电网算例
表明,非参关联分析方法可揭示与连锁故障负荷损失具有强关联性的电网特性指标,同时显性地给出电网特
性指标与负荷损失的关联水平和趋势。
关键词:连锁故障;负荷损失;电网特性指标;关联性分析;非参数独立性筛选;Group Lasso 非参数回归
中图分类号:TM 711 文献标识码:A DOI:10.16081 / j.issn.1006
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6047.2018.07.020
收稿日期:2017
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04
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23;修回日期:2018
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基金项目:国家自然科学基金资助项目(51437003,51207098)
Project supported by the National Natural Science Foundation of
China(51437003,51207098)
0 引言
近十余年内,世界范围内发生了多起电网连锁
故障引起的灾难性大停电事件,给社会经济造成了
巨大的损失。 为了研究连锁故障传播和大停电事件
发生的内在物理机制,复杂网络理论和复杂系统熵
理论被分别引入相关研究中。
1998 年,Watts 和 Strogatz 验证了电力网络属于
小世界网络,具有较小的平均距离和较高的聚类系
数等特征
[1]
;文献[2]和[3]分别提出了电气介数指
标和潮流介数指标,并用于连锁故障关键线路的辨
识;文献[4]则以复杂网络特征建立决策表,结合层
次聚类法和决策树方法提取规则并计算其分布概
率,建立线路脆弱性的层次风险模型,实现线路脆弱
风险水平的综合分析。
2001 年,Dobson 等提出了 OPA 模型
[5]
,验证了
电力系统具有复杂系统自组织临界性的宏观特征;
文献[6]通过定义同配性指标来匹配线路的负载率
和脆弱性,结合平均负载率和潮流熵对系统自组织
临界性进行识别;文献[7] 研究了承载熵与电网自
组织临界性的定性关系,在此基础上提出了考虑电
网承载熵的连锁故障综合防御策略;文献[8] 则利
用学习向量量化神经网络来建立加权潮流熵、网络
拓扑熵和风电波动熵等物理指标与自组织临界态之
间的映射关系,避免传统辨识方法多次仿真和主观
干预等问题。
复杂网络理论和复杂系统熵理论为把握连锁故
障发展态势提供了一系列评估指标。 各类电网特性
指标从拓扑分析、潮流分布等不同角度来评估连锁
故障下电力系统运行状态的脆弱程度,然而现有研
究尚未进一步分析这些指标与连锁故障负荷损失之
间的关联关系,因此难以统一评价这些指标对连锁
故障后果的启示作用。
本文首先基于多层时序演化仿真模型构建连锁
故障仿真平台,生成连锁故障样本数据;然后选取电
气状态指标、网络结构指标和有序分布指标来构成
电网特性指标集合,对连锁故障的负荷损失后果进
行非参数关联性分析;接着采用非参数独立性筛选
NIS( Nonparametric Independence Screening) 方 法进
行指标评价和筛选,辨识可用于衡量电网运行状态
恶化和连锁故障规模的电网特性指标;进一步基于
Group Lasso 非参数回归方法获取电网特性指标对于
负荷损失的关联规则,对大停电事故规模具有较强
影响的各个电网特性指标进行关联分析。 将上述思
路和方法应用于西南某省级电网,验证了本文所提
思路与方法的有效性。
1 连锁故障仿真与电网特性指标
1.1 多层时序演化模型
要挖掘连锁故障发展过程中能够反映连锁故障
后果的电网特性指标,需要对大量连锁故障样本进
行统计与分析。 然而世界范围内的连锁故障事件数
据获取较难且样本数量较少,只能通过模型仿真得
到所需的连锁故障样本数据。 目前较为成熟的模型
有 OPA 模型
[9]
、隐性故障模型
[10]
、状态转移模型
[11]
等。 综合上述模型的特征和优点,文献[12] 进一步
提出了多层时序演化模型,该模型有效验证了电网
自组织临界性,同时可辨识电网微观薄弱环节。
本文采用多层时序演化模型进行连锁故障仿
真。 该模型包含模拟连锁故障发展与传播的运行内
层、模拟系统运行状态变化的时序中层和模拟系统
升级的演化外层,其连锁故障仿真流程框架如图 1