摘要：随着电力系统的发展，电力系统规模越来越大，复杂性越来越高，对系统的安全、稳定提出了更高的要求。电力系统是个复杂的系统，近些年来发生的多起大规模停电事件，对生产和生活造成了重大影响。为了提高电力系统的安全稳定性，就需要对电力系统的复杂性进行研究，提高系统发生扰动后稳定运行的能力。本文通过对电力系统复杂性的研究进展和相关问题进行分析，用一个新的视角分析电力系统整体动态性，以期提高电力系统的鲁棒性、规划和理性、事故的防控能力。
关键词：电力系统；复杂性；相关问题
引言
电力系统的发展是经济社会发展的动力之一，电力系统安全是经济社会持续发展的保障。随着电力系统在生产生活中的应用，电网已经成为世界最复杂的人造科技网络之一。通过电网可以将电能传输到千里之外，电网传输距离远，设备众多，也增加了系统的不确定性，对社会的影响比较大。2006年，德国电力公司为了让游轮通过埃姆斯河通过，关掉一条38万伏特电缆，但是引起电网其他地方电网升高，最终波及到德国、法国、比利时等国电网。2012年7月30日和31日，引导发生大规模停电事故，造成印度东北部六亿七千万人受到影响。近些年来，电力系统发生的多次大停电事故，引起了人们对电网的高度关注，造成了很大的社会影响。
电力系统是个复杂的系统，对电力系统连锁故障和大停电机理等因素的动态研究存在一定的局限，难以揭示系统的动态行为。为了更好地解释电网连锁事故机理，研究人员使用新的复杂的分析方法，从统计物理、风险等角度，对停电事故进行了全面研究，对电力连锁事故和停电的全局影响进行了探究，并取得了一定成果。
1电力系统的复杂性研究及其进展
1.1电力系统存在的复杂性
电力系统是由多个层次结构、时间标度、控制参量组成的复杂系统，具有动态性，开放性、非线性、社会经济性等特征。
1.1.1多层次与相互关联性
电力系统中使用了大量元件，这些元件分布范围比较广，通过网络进行复杂的关联。这个多层次的复杂系统，不仅在结构上而且在内容上进行关联，相互之间进行功率流、信息流的联系。电网每个层次的动作，都会对其他部门造成影响。
1.1.2非线性动态性
电力系统具有非线性的特点，外界扰动的响应具有非线性叠加性。电网很容易受到各种因素的扰动，雷击、负荷突变、误操作等都会瞬时对电网产生较大的影响。电网系统每时每刻都在受到发电侧、供电侧、调度员操作的影响，动态性较强。
1.1.3随机性和实时性
电网系统运行过程中受到气候、负荷变化的影响，由于电网监测技术的限制，系统参数、运行详细状况难以精确获得。并且电能传输、使用、控制都是在瞬间完成的，事实性比较强。
1.1.4社会经济性和开放性
电力系统是为经济社会发展服务的，社会经济同电力系统间关系比较密切。人类活动对电力系统的形成发展具有决定性作用，电力系统又直接制约经济社会的发展。电力系统开放性较强，演化过程自组织性特征明显。
1.2电力系统演化的复杂性
1.2.1自组织特征
电力系统通过规划、调度等行为客服外部环境和负荷变化的影响，调整后的电力系统再次进入有序状态，自组织特性明显。电网运行有追求经济性，使得系统演化和运行始终处在演化和自组织临界的边缘。
1.2.2协同学特征
控制和状态是影响电力系统演化的重要因素，协同学理论中，复杂系统状态变量主要为快变量和慢变量，慢变量数量较小，但是对系统演化影响比较大。
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1.2.3突变性
电力系统由于总是处在演化和自组织临界的边缘，当外界的扰动超过一定程度时，就会发生大停电事故。大停电主要呈突变形式发生，可能在极短的时间内，系统发生剧烈的震荡和崩溃。
1.2.4分维分形特性
由于不同系统和层次之间具有较大的相似性，大停电发生的时间和空间上具有自相似性质和分维分形结构特征。
1.3电力系统存在复杂性与演化复杂性的关系
特征参数存在规律是电力系统复杂性研究的主要内容之一，对特征参数对大停电和连锁故障演化的影响进行研究，可以发现电网的结构属性和连锁故障演化的关系。
2 电力系统复杂性研究的相关问题
2.1超大规模复杂电网的复杂性分析与电力网络中关键点的确定
电力系统是具有特殊演化规律的流量网络，对其进行宏观演化特性进行研究是电力系统研究的主要内容之一。电网是一个多层次的复杂网络，需要从系统宏观层面和状态内部微观层面对其变化进行定量化研究。需要找到可以对网络宏观演化特性的复杂性分析方法，对电力系统的复杂性进行识别，找到电力系统自组织临界动态特性，找到临界点和过渡点，对系统的脆弱性指标进行识别，从而有针对性地提高网络的鲁棒性和抗攻击能力。
复杂网络相关理论可以寻找到网络中的Hub点，Hub点的寻找可以为蓄意攻击进行预防，发现电力网络设计中存在的问题，在后期网络改建中进行应用。
2.2大型互联电网连锁故障的机理分析和普适性演化机制
多级连锁故障的发展往往造成大规模停电事故。利用复杂系统的自组织临界方法建立电网连锁故障模型，对电力网络连锁故障和大停电事故的发生和传播机理进行掌握。动态学、临界点的计算和分析方法，是制约系统安全的重要影响因素。对网络演化机制进行研究，分析复杂网络的腐蚀性形成机制，从而构造无标度网络、小世界网络模型。对大电网中元件失效概率进行分析，建立失效概率、过负切除概率模型。
2.3大型互联电网大面积停电的总体预防控制
随着电网规模越来越大，停电事故的影响范围也越来越广，对停电过程中的自组织临界性临界机制进行研究。电力系统具有时间和空间的维度，系统通过自组织发展到临界状态，在此阶段很小的扰动都可能造成连锁反应。大电网自组织涌现行为预测可以对预防大停电的发生提供指导。为了提高对电网的保护和控制能力，更好地进行调度，需要提出大规模停电的预防方案和系统优化措施，寻找能够评估预防措施性能的方法。
2.4电力网络鲁棒性和可靠性的研究
电网系统的鲁棒性和可靠性是电网安全稳定运行的保障因素之一。当网络出现局部失效时，其他部门负担会加重，可能出现超载和破坏。可以考虑线路的抗阻和网络拓扑结构的相关性，在保证网络整体性的前提下，研究网络受到同时攻击、局部失效模型，并探索网络局部失效的补救方案，从而最大程度上减小网络带来的影响，预防网络发生局部失效影响电网整体瘫痪事件。
2.5电力网络规划布局的相关问题
电力系统网络的结构是电力网络规划要研究的重点问题之一，如何保证系统最优、用户最优、发生停电风险最小，哪种电网结构最适宜。这些问题是指导电力网络设计、进行网络决策的支撑。电力网络规划时，要考虑在新建、改建、扩建线路的基础上，对线路承载力进行规划，处理好抗阻的相关性，不同抗阻对电路潮流分布的影响。确定节点和潮流的分布，找到队 电力网络演化影响的基本动力学规律，从而为电网承载力的规划提供理论支撑。
3 结论
随着电力系统的发展，传统的静态的电力系统研究出现较大的局限性，要使用复杂系统理论和复杂网络理论对电力系统进行研究。
参考文献
[1]安少明. 电力系统安全防御中的事件识别及其相关问题研究[J]. 科技视界,2013,(36):354-355.
[2]刘冬. 基于系统动力学的区域电力负荷中长期预测模型研究[D].华北电力大学,2012.
论文作者:金渤越
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
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