电网安全性评估的系统复杂性理论的研究.pptVIP

大电网安全性评估的系统复杂性理论与分析方法研究 报告人：曹 一 家 浙 江 大 学 2006年10月 提 纲 大停电与电力系统的复杂性 大停电的自组织临界性 大停电的连锁故障模型 复杂电力网络的结构脆弱性和连锁故障演化 连锁故障动态过程中的协同学特征 结束语 一、大停电与电力系统的复杂性 大停电事故通常是由连锁故障造成的 一系列复杂的连锁故障事件导致了: 1996年8月发生在美国西北地区的停电,断开30390MW的电力和750万的用户。 2003年8月发生的美国东北地区的停电，断开61800MW电力，影响了5千万用户。 电力基础设施对社会的重要性促使人们需要理解和分析大停电。 大停电规模与频率间满足幂律关系 大停电事故产生的风险不容忽视 大停电事故发生的概率虽小，但比预想的要大，满足幂律: 一些挑战性的问题（1） 北美输电系统数据表现出大停电规模概率分布呈幂律，使得大停电成为必然结果。 停电规模的这种分布的起因和影响是什么？ 我国电力系统停电规模概率分布是什么？ 这种概率分布是否可以在经济和工程约束下减少各种规模的大停电风险？ 一些挑战性的问题（2） 大停电通常是由复杂的小概率连锁事件造成的。对起初的一些事件的相互作用分析可以得出接下去很有可能要发生的事件，这种分析确实能解决一部分问题。 但是这种排列组合方法在分析很多小概率事件及其相互作用引起的一系列事件就变得不可行了。很多小概率事件都没有被预料到，但却连锁引发了大规模停电事故？ 有没有一种更加全局的方法来监视并减小连锁故障风险，而不用考虑所有的细节？ 一些挑战性的问题（3） 为了避免连锁故障，人们大多致力于降低连锁故障的发生的概率。 怎样确定一个系统是否于设计和运行在连锁故障易于发生的情况下？即连锁故障的边缘在哪里？ 那些元件在连锁故障发生过程中起关键作用，网络的薄弱环节在哪里？ 连锁故障发生的过程中，有没有一些特征和普遍规律？如何利用？ 挑战性的问题的可能解决方法 需要新的方法，复杂系统分析方法。 抓住电力系统大停电的本质,主要分析全局电力连锁故障停电的性质，而不是分析特定停电事故的细节。 结合复杂系统、统计物理和风险分析，自顶向下全面研究停电事故，整体论方法 复杂系统的整体论分析方法 贝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）20世纪30年代提出系统科学： 系统整体大于它的部分之和； 系统具有层次结构和功能结构； 系统是动态的； 随机的系统有内在的确定性（涌现），看似完全随机的系统有自组织功能，能突现出若干特殊的结构来; 系统经常与它外界环境进行物质、能量和信息交换； 系统在远离平衡的状态下也可以稳定（耗散结构理论、自组织理论）； 确定性系统有其内在的随机性（混沌）。 复杂电力网络主要特征 网络的大规模性和行为的统计性: 网络节点数可以有成百上千万,甚至更多,超大规模网络行为具有统计特性。 节点动力学行为的复杂性: 各个节点本身可以是各非线性系统（可以有离散的和连续微分方程描述）, 具有分岔和混沌等非线性动力学行为。 网络连接的稀疏性:一个有N个节点的具有全局耦合结构的网络的连接数目为Ｏ（N ^2）,而实际大型网络的连接数目通常为Ｏ(N)。 连接结构的复杂性: 网络连接结构既非完全规则也非完全随机,但却具有其内在的自组织规律。 电力系统的复杂性 存在的复杂性决定演化的复杂性 演化的复杂性 自组织特征 协同学特征 分形特性 突变特性 连锁故障机理和分析，属于时空演化的复杂性,是迄今尚未解决的一类难题。 二、大停电的自组织临界性 我国电力系统大停电的自组织临界性 我国电网停电事故具有自组织临界性系统的典型特征。我国电网大停电规模与频率间也满足幂律(power law)关系。 电力系统大停电规模分布的分形特征。设 表示停电规模大于Q 的次数， D为大停电分布的分维值, 可用盒维数法计算 各大区电网重大事故损失负荷频度 各大区电网重大事故损失负荷幂律分布统计表 电力系统自组织临界性的意义 大停电规模分布的幂律关系被认为是系统具有自组织临界特性的数学表征, 是系统动力学的内在特性，这个特性的揭示对分析电力系统大停电机理具有重要的意义。 对于给定电力网络结构，运行方式和负荷水平，大停电规模分布是可以预知（测）的，其结果对电网规划与设计具有指导意义的。 需要构建大停电模型，以获得大停电规模分布概率。 三、大停电的连锁故障模型 大停电事故的连锁故障模型 OPA 模型 由美国橡树岭国家实验室（ORNL）、大学电力工程中心（PSerc）和Alaska大学的多位研究人员共同提出. OPA 模型 隐性故障（Hidden Failure）模型