大规模交直流混联电网高风险连锁故障筛选：理论、方法与实践

大规模交直流混联电网高风险连锁故障

筛选：理论、方法与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球能源需求的持续增长以及能源结构的深度调整，电力系统正朝着大规模、高电压等

级、交直流混联的方向加速发展。大规模交直流混联电网凭借其强大的输电能力、灵活的输电

方式以及高效的能源配置特性，成为实现能源跨区域、大规模优化配置的关键支撑，在现代电

力系统中占据着愈发重要的地位。

在我国，西电东送、北电南供等重大能源战略的推进，促使特高压交直流输电工程不断建设与

投运，逐步形成了规模庞大、结构复杂的交直流混联电网格局。例如，士800千伏白鹤滩入苏

直流输电工程姑苏换流站首次实现功率互济方式满功率运行，最大互济功率达200万千瓦，

展现了交直流混联电网在提升电力传输能力和灵活性方面的显著优势,截至目前，我国已建成

世界上规模最大、电压等级最高的特高压交直流混联电网，有力保障了能源的可靠供应和经济

社会的稳定发展。

然而，交直流混联电网在带来诸多优势的同时，也面临着严峻的安全稳定运行挑战。连锁故障

作为威胁电网安全的关键因素，一旦发生，可能引发一系列元佗的相继故障，导致电网大面积

停电，造成巨大的经济损失和社会影响。如2003年美加“8•14”大停电事故，最初由一条输

电线路过载跳闸引发连锁反应，最终导致大面积停电，影响了5000多万人的正常生活，经济

损失高达数十亿美元。2019年英国发生的大停电事故，也是由于连锁故障导致多个地区供电

中断，给当地居民和企业带来了极大不便。

这些惨痛的教训表明，连锁故障已成为制约电网安全稳定运行的突出问题。大规模交直流混联

电网的结构和运行特性极为复杂，交直流系统之间的相互作用、强耦合特性以及新能源的大规

模接入，进一步加剧了连锁故障发生的概率和复杂性。因此，准确筛选高风险连锁故障，对电

网的安全稳定运行至关重要。

筛选高风险连锁故障，能够为电网的运行维护和调度决策提供科学依据，有助于提前采取针对

性的预防控制措施、降低连锁故障发生的风险，提高电网抵御故障的能力，保障电力系统的安

全稳定运行。同时，也能够为电网的规划设计提供参考，优化电网结构，增强电网的韧性和可

靠性。此外，对于提升电力系统的整体经济效益和社会效益具有重要意义，能够避免因停电事

故带来的经济损失和社会不良影响，促进能源行业的可持续发展。

1.2国内外研究现状

在大规模交直流混联电网高风险连锁故障筛选领域，国内外学者开展了大量研究，取得了一系

列具有重要价值的成果。

国外方面，在连锁故障机理研究上，IEEE组织对多起大规模停电事故进行深入剖析，揭示出

电力系统元件故障、保护装置动作、潮流转移等因素相互作用引发连锁故障的内在机制。如对

美加“8•14”大停电事故的研究，明确了输电线路过载跳闸后，潮流的不合理转移导致其他线

路相继过载，进而引发发电机解列等一系列连锁反应的过程。在高风险连锁故障筛选方法上，

提出了如基于复杂网络理论的方法，通过构建电网的复杂网络模型，分析节点和边的重要性指

标来识别脆弱元件和潜在的高风险连锁故障路径。文献［具体文献］利用复杂网络的度中心

性、介数中心性等指标，对电网中的关键线路和节点进行评估，为连锁故障筛选提供了新的视

角。基于概率分析的方法也得到广泛应用，通过建立元件故障概率模型和连锁故障传播概率模

型，评估不同连锁故障场景发生的概率和风险程度。有研究考虑了天气因素、设备老化等不确

定性因素对元件故障概率的影响，使评估结果更加贴近实际情况。

国内的研究也取得了显著进展。在连锁故障机理研究领域，中国电力科学研究院等科研机构结

合我国交直流混联电网的实际运行特点，深入研究了交直流系统相互作用对连锁故障发展的影

响.发现育流系统的故障或功率调整可能引发交流系统的潮流大幅波动,进而诱发交流线路的

连锁故障。在高风险连锁故障筛选方法研究方面，提出了基于风险指标体系的筛选方法，综合

考虑故障元件的重要性、故障后果的严重性以及故障发生的概率等因素，构建全面的风险评估

指标体系，对连锁故障风险进行量化评估。例如，文献［具体文献］建立了包含电网结构风

险、负荷损失风险、电压越限风险等多维度指标的风险评估体系，有效筛选出高风险连锁故

障。基于人工智能技术的筛选方法也得到了广泛探索，利用深度学习、机器学习等算法对电网

运行数据进行挖掘和分析，实现对高风险连锁故障的智能识别和预测。一些研究利用深度神经

网络对电网的历史故障数据和运行状态数据进行学习，建立连锁故障预测模型，取得了较好的

预测效果。

尽管国内外在该领域取得了诸多成果，但仍存在一些不足之处。一方面，现有研究在考虑交直

流混联电网的复杂特性方面还不够全面。交直流混联电网中，直流输电系统的控制策略、换流

站的运行特性以及交直流系统之间的强耦合关系等因素对连锁故障的影响机制尚未完全明晰，

导致在筛选高风险连锁故障时，难以准确考虑这些复杂因素的综合作用，另一方面，在处理不

确定性因素方面有待加强。电网运行中存在大量的不确定性因素，如新能源发电的随机性、负

荷的不确定性以及设备故障的随机性等，目前的研究虽然在一定程度上考虑了这些不确定性，

但在如何更准确地量化和处理这些不确定性因素，以提高高风险连锁故障筛选的准确性和可靠

性方面，还需要进一步深入研究。此外，现有筛选方法在计算效率和实时性方面也存在一定的

局限性，难以满足电网实时运行监控和快速决策的需求。随着电网规模的不断扩大和运行复杂

性的增加，开发高效、实时的高风险连锁故障筛选方法具有重要的现实意义。

1.3研究内容与方法

本文围绕大规模交直流混联电网高风险连锁故障筛选展开研究，具体内容如卜：

•交直流混联电网连锁故障机理分析：深入剖析交直流混联电网的运行特性，全面研究交直

流系统相互作用对连锁故障的影响机制。结合电网元件故障特性以及保护装置动作原理，

构建准确的连锁故障传播模型，揭示连锁故障的发展过程和内在规律。例如，分析直流系

统故障导致的功率突降，如何引发交流系统潮流重新分布，进而造成交流线路过载跳闸，

最终形成连锁故障的过程。

•高风险连锁故障筛选方法研究：综合考虑电网结构、运行状态以及元件故障概率等多方面

因素，构建科学合理的风险评估指标体系。引入先进的智能算法，如改进的粒子群优化算

法、深度信念网络等，对连锁故障风险进行高效准确的量化评估，筛选出高风险连锁故障

场景。通过对电网历史运行数据和故障案例的分析，验证筛选方法的准确性和有效性。

•案例分析与验证：选取实际的大规模交直流混联电网案例，如我国某区域电网，运用所提

出的筛选方法对其进行高风险连锁故障筛选。将筛选结果与实际运行情况和历史故障数据

进行对比分析，进一步验证筛选方法的可靠性和实用性。同时，根据案例分析结果，总结

高风险连锁故障的特点和规律，为后续研究提供实际依据。

•预防控制措施研究：基于高风险连锁故障筛选结果，针对性地制定有效的预防控制措施。

从电网规划、运行调度、设备维护等多个层面提出具体的建议，如优化电网结构.增强电

网的韧性；合理安排电网运行方式，避免线路过载；加强设备状态监测，及时发现和处理

设备隐患等。通过仿真分析和实际案例验证预防控制措施的有效性，为电网的安全稳定运

行提供保障。

在研究方法上，本文采用理论分析、数值模拟和案例研究相结合的方式。通过理论分析，深入

研究交直流混联电网连锁故障的机理和风险评估方法；利用数值模拟，借助电力系统仿真软件

如PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等，对交直流混联电网的运行状态和连锁故障过程进

行模拟仿真，分析不同因素对连锁故障的影响；通过案例研究，选取实际电网案例进行分析验

证，使研究成果更具实际应用价值。

二、大规模交直流混跌电网概述

2.1电网结构与特点

大规模交直流混联电网是在传统交流电网的基础上，融入了直流输电系统而形成的复杂电网结

构。它主要由交流输电网络、直流输电系统以及换流站等关键部分构成。

交流输电网络作为电力传输的重要基础，涵盖了从低压配电网到高压、超高压输电网络的各个

电压等级。在我国，常见的交流电压等级有10kV、35kV、110kV、220kV、500kV.750kV

以及1000kV等。不同电压等级的交流线路相互连接，形成了庞大的网络架构,承担着区域内

以及区域间的电力传输任务。例如，1OkV和35kV电压等级通常用于城市和农村的配电网，

为各类用户提供电能；11OkV及以上电压等级的线路则主要用于电力的远距离传输和区域电

网的互联，实现电力资源的优化配置。交流输电网络具有成熟的技术和设备，能够方便地实现

电力的分配和转换，满足不同用户的用电需求。

直流输电系统在大规模交直流混联电网中发挥着独特的作用。它主要由换流站、直流输电线路

以及控制保护系统等部分组成。换流站是实现交流电与直流电相互转换的关键设施，包括整流

站和逆变站。整流站将交流电转换为直流电，通过直流输电线路传输到逆变站，逆变站再将直

流电转换为交流电，接入交流电网。直流输电线路具有输电损耗小、输送容量大、适合远距离

大容量输电等优点。以我国的特高压直流输电工程为例，±800kV特高压直流输电线路的输电

能力可达640万千瓦及以上，输电距离能够超过2000公里，有效实现了能源的跨区域大规模

输送。

换流站在交直流混联电网中占据着核心地位。它不仅实现了交直流的转换，还具备对直流输电

系统的控制和调节功能。换流站通过控制晶闸管等电力电子器佗的触发角，实现对直流电压、

电流和功率的精确控制。同时，换流站还配备了完善的保护装置，能够快速检测和处理各种故

障，保障直流输电系统的安全稳定运行。此外，换流站还需要与交流电网进行良好的协调配

合，确保交直流系统之间的相互影响在可接受范围内。

大规模交直流混联电网具有诸多显著特点。其电压等级高，涵盖了特高压交流（1000kV及以

上）和特高压直流（800kV及以上）等先进电压等级。高电压等级使得电网能够实现更大容

量、更远距离的电力传输，有效满足能源资源与负荷中心逆向分布的需求。例如，我国的特高

压交直流输电工程，将西部地区丰富的水电、火电等能源输送到东部负荷中心地区，实现了能

源的优化配置。输电容量大也是其重要特点之一，通过采用特高压交直流输电技术，电网的输

电容量得到了大幅提升。如向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程，额定输电容量达到了

720万千瓦，极大地缓解了华东地区的电力供需矛盾。运行方式灵活是交直流混联电网的又一

优势，直流输电系统可以根据电网的运行需求，快速调整输电功率的大小和方向，实现电力的

灵活调配。在电网负荷高峰时期，直流输电系统可以增加输电功率，满足负荷需求；在负荷低

谷时期，可以减少输电功率，避免能源浪费。此外，交直流混联电网还能够更好地适应新能源

的大规模接入，通过合理的控制策略，实现新能源发电的高效利用和电网的稳定运行。

2.2运行原理与方式

交直流混联电网的运行原理涉及交直流电能的转换和传输过程。在交流输电部分，利用电磁感

应原理，通过变压器将发电厂发出的低电压交流电升高到合适的输电电压等级，以减少输电过

程中的功率损耗。根据公式P=UI（其中P为功率，u为电压，।为电流），在功率一定的情

况下，提高电压可以降低电流，从而减少线路电阻R上的功率损耗P_{关-V}=|A{2}R。例如，

某交流输电线路输送功率为100MW,当输电电压为110kV时，电流约为524.9A;若将输电

电压提升到500kV,电流则降至约115.5A,功率损耗大幅降低，交流电通过输电线路传输到

负荷中心后，再通过变压器将电压降低，以满足各类用户的用电需求。

直流输电系统则通过换流站实现交流电与直流电的相互转换。在整流站，利用晶闸管等电力电

子器件组成的换流器，将交流电转换为直流电。以常见的三相桥式整流电路为例，它通过控制

晶闸管的触发角，将三相交流电转换为脉动的直流电。然后，直流电通过直流输电线路进行传

输。直流输电线路具有电阻小、尢交流输电中的电容和电感损耗等优点，适合远距离大容量输

电。到达逆变站后，换流器再将直流电转换为交流电，接入交流电网。逆变过程同样通过控制

晶闸管的触发角来实现.将直流电逆变为与交流电网频率、相位和电压相匹配的交流电。

常见的交直流混联电网运行方式包括并列运行、背靠背运行和孤岛运行等。并列运行是指交流

系统和直流系统通过联络线或换流站并列连接，共同承担电力传输任务。在这种运行方式下，

直流输电系统可以根据交流系统的负荷需求和运行状态，灵活调整输电功率。当交流系统负荷

高峰时，直流输电系统可以增加输电功率，补充交流系统的电力供应；当交流系统负荷低谷

时，直流输电系统可以减少输电功率，避免电力浪费”并列运行方式适用于电网规模较大、负

荷分布较为均匀的情况，能够充分发挥交直流输电的优势，提高电网的输电能力和运行效率。

背靠背运行方式是指两个换流站直接相连，不通过直流输电线路，主要用于不同频率交流系统

之间的互联或异步联网。在背靠背换流站中，一侧换流器将交流电转换为直流电，另一侧换流

器再将直流电转换为交流电，实现不同交流系统之间的功率交换和能量传输。这种运行方式可

以有效隔离不同交流系统之间的故障传播，提高电网的稳定性和可靠性。例如，在一些跨国或

跨区域的电网互联中，由于不同地区的交流系统频率可能存在差异，采用背靠背运行方式可以

实现不同频率交流系统的互联，促进电力资源的优化配置。

孤岛运行方式是指部分电网与主网解列，形成独立的供电区域，通过交直流混联系统实现内部

的电力平衡和供应。在孤岛运行状态下，直流输电系统可以作为备用电源或稳定电源，为孤岛

电网提供支持。当孤岛电网内的发电功率不足时，直流输电系统可以向孤岛电网输送电力；当

孤岛电网内的发电功率过剩时，直流输电系统可以吸收多余的电力，维持电网的频率和电压稳

定。孤岛运行方式通常在电网发生故障或特殊情况下采用，如自然灾害导致部分电网与主网断

开连接时，通过孤岛运行方式可以保障重要用户的供电，减少停电损失。

2.3发展趋势与挑战

在新能源快速发展和电网智能化深入推进的背景下，大规模交直流混联电网展现出一系列鲜明

的发展趋势，同时也面临着诸多严峻的挑战。

从发展趋势来看，新能源大规模接入是显著的特征之一。随着风电、光伏等新能源发电技术的

日益成熟和成本的不断降低，其在电力系统中的占比持续攀升。大规模的新能源发电基地，如

我国的“三北”地区的风电基地和西北的光伏基地，通过交直流混联电网实现了电力的远距离

输送和消纳“为了更好地适应新能源的接入，交直流混联电网将朝着更加灵活、智能的方向发

展.智能电网技术的应用将使电网能够实时监测和分析新能源发电的出力情况，以及负荷的变

化趋势，通过智能调度和控制，实现新能源与传统能源的优化配置，提高电网对新能源的消纳

能力。虚拟电厂、微电网等新型能源系统与交直流混联电网的融合也将成为发展趋势。虚拟电

厂通过整合分布式能源、储能和可控负荷等资源，实现对电力的统一调度和管理，提高能源利

用效率；微电网则能够在局部区域内实现能源的自给自足和灵活调配，增强电网的可靠性和稳

定性。

电网智能化升级也是重要的发展方向。随着信息技术、通信技术和控制技术的七速发展，电网

的智能化水平不断提高。智能变电站、智能电表、分布式能源智能控制系统等智能化设备的广

泛应用,实现了电网运行状态的实时监测、故障的快速诊断和自动处理。通过大数据、云计

算、人工智能等技术的应用，电网能够对海量的运行数据进行分析和挖掘，为电网的规划、运

行和调度提供决策支持。利用人工智能算法对电网的历史运行数据进行学习，预测电网的负荷

变化和故障风险，提前采取预防措施，保障电网的安全稳定运行。电力物联网的建设将进一步

提升电网的智能化水平。通过将电力设备、用户和电网运营管理系统连接成一个有机的整体，

实现电力信息的全面感知、实时交互和深度融合，提高电网的运行效率和服务质量。

然而，大规模交直流混联电网在发展过程中也面临着诸多挑战。在运行控制方面，交直流系统

之间的强耦合特性使得电网的运行控制变得极为复杂。直流输电系统的快速控制特性可能会对

交流系统的电压和频率产生较大影响，而交流系统的故障也可能导致直流系统的换相失败等问

题。多个直流输电系统之间的相互影响也增加了运行控制的难度。当多个直流输电系统同时发

生功率波动时，可能会引发电网的连锁反应，威胁电网的安全稳定运行。新能源发电的随机性

和间歇性给电网的功率平衡和频率控制带来了巨大挑战。风电和光伏的出力受天气、光照等自

然因素的影响较大，难以准确预测，这使得电网在调度过程中需要预留大量的备用容量，以应

对新能源发电的波动，增加了电网的运行成本和难度。

在稳定性方面，电网的电压稳定性和功角稳定性问题更为突出。随着直流输电容量的不断增大

和新能源的大规模接入，电网的无功功率分布和潮流特性发生了显著变化，容易导致电压失

稳。当直流输电系统发生故障或功率调整时，可能会引起交流系统的电压大幅波动，若不能及

时进行有效的控制，可能会导致电压崩溃。新能源发电的接入改变了电网的电源结构和负荷特

性，使得电网的功角稳定性受到影响。在电网发生故障时，新能源发电的快速响应特性可能会

导致发电机之间的功角振荡加剧，增加了系统失稳的风险。电网的动态稳定性也面临挑战。交

直流混联电网中存在多种复杂的动态元件和控制环节，如直流输电系统的控制保护装置、新能

源发电的电力电子变换器等，这些元件和环节的相互作用可能会引发复杂的动态过程，如次同

步振荡、低频振荡等，影响电网的安全稳定运行。

三、交直流混联电网连锁故障机理分析

3.1故障类型及原因

交直流混联电网中存在多种故障类型，不同类型的故障具有各自独特的产生原因，这些故障相

互作用，可能引发连锁故障，对电网的安全稳定运行构成严重威胁。

交流线路短路是较为常见的故障类型之一，包括三相短路、两相短路、单相接地短路等。设备

老化是导致交流线路短路的重要原因之一。随着运行时间的增长，线路的绝缘材料会逐渐老

化、破损，降低其绝缘性能，当绝缘强度无法承受正常运行电压时，就可能引发短路故障。据

统计，在运行年限超过20年的线路中，因绝缘老化导致的短路故障发生率明显增加。外力破

坏也是引发交流线路短路的常见因素，如施工挖掘、车辆碰撞、异物搭接等。在一些城市建设

施工区域，由于施工单位对地下电缆线路位置不明确，施工过程中可能会挖断电缆，造成线路

短路。恶劣大气条件，如雷击、暴雨、大风等，也可能导致交流线路短路。雷击口J能会使线路

的绝缘子闪络，引发短路；暴雨可能会造成线路杆塔基础下沉、倾斜，导致线路相间距离减

小，从而引发短路；大风可能会吹倒树木、广告牌等物体，使其搭接在线路上，造成短路。

直流换相失败是直流输电系统特有的故障类型。交流系统故障是导致直流换相失败的主要原因

之一。当交流系统发生短路故障时，会引起交流电压大幅下降，导致直流换流器的换相电压不

足，从而引发换相失败。在交流系统发生三相短路故障时，若短路点距离直流换流站较近，交

流电压可能会瞬间下降至额定值的30%以下，此时极有可能发生直流换相失败。直流控制保

护系统故障也可能导致换相失败。如果控制保护系统的测量元件出现误差，导致对换流器触发

角的控制不准确，就可能使换流器无法正常换相，引发换相失败。当控制保护系统的通信出现

故障时，可能会导致控制信号传输延迟或丢失，影响换流器的正常运行，进而引发换相失败。

此外，换流器本身的故障，如晶闸管损坏、触发脉冲丢失等，也会导致换相失败。

除上述故障类型外，变压器故障、发电机故障等也可能在交直流混联电网中出现。变压器故障

通常包括绕组短路、铁芯故障、绝缘损坏等。绕组短路可能是由于绕组绝缘老化、过电压冲击

等原因引起的；铁芯故障可能是由于铁芯多点接地、局部过热等原因导致的；绝缘损坏则可能

是由于长期运行、受潮、遭受雷击等因素造成的。发电机故障主要包括定子绕组故障、转子绕

组故障、励磁系统故障等。定子绕组故障如相间短路、匝间短路等，可能是由于绝缘老化、机

械损伤等原囚引起的；转子绕组故障如接地、短路等，可能是由于滑环磨损、电刷接触不良等

原因导致的；励磁系统故障如励磁调节器故障、励磁电源故障等，可能会影响发电机的正常励

傲.导致发电机输出功率不稳定，甚至引发发电机失步等故障。

这些故障的发生往往不是孤立的，而是相互关联、相互影响的。一个元件的故障可能会引发其

他元件的过载、电压波动等问题，进而导致连锁故障的发生。交流线路短路可能会引起潮流的

突然变化，导致其他线路过载，若过载保护未能及时动作，可能会引发该线路的连锁跳闸；直

流换相失败可能会导致直流功率的大幅波动，对交流系统的电压和频率产生影响，进而引发交

流系统的连锁故障。因此，深入研究交直流混联电网中各种故僮的类型及原因，对于准确分析

连锁故障的机理，制定有效的预防控制措施具有重要意义。

3.2故障传播机制

在交直流混联电网中，连锁故障的传播是一个复杂且动态的过程，涉及多个元件和系统之间的

相互作用，其传播路径和方式受到电网结构、运行状态以及故随类型等多种因素的综合影响。

当电网中某一元件发生故障时，如交流线路短路或直流换相失败，会打破电网原有的功率平衡

和运行状态。以交流线路短路故障为例，短路瞬间会产生巨大的短路电流，导致故障线路的保

护装置迅速动作，使该线路跳闸。线路跳闸后，原本通过该线路传输的功率会被迫转移到其他

相邻线路上，引发潮流的重新分布。根据电力系统潮流计算的基本原理，功率转移会使相邻线

路的电流和功率增大。若这些线路在故障前已处于接近满载运行状态，功率的转移可能导致其

电流超过额定值，弓I发过载。当线路过载达到一定程度且持续时间超过保护装置的动作时限

时，过载线路的保护装置会动作，使该线路跳闸，从而形成连锁反应。

在这一过程中，直流输电系统与交流系统之间存在着紧密的相互作用，对故障传播产生重要影

响。当直流系统发生换相失败故障时，会导致直流功率的瞬间大幅下降。以某±800kV直流输

电工程为例，在换相失败期间，直流功率可能会在极短时间内从额定的640万千瓦降至接近

零。为了维持整个电网的功率平衡，交流系统需要迅速补充这部分缺失的功率。这会使得与直

流换流站相连的交流系统的功率需求突然增加，导致交流系统的潮流发生剧烈变化。交流系统

潮流的改变可能引发交流线路的过载，进而触发交流线路的连锁故障。交流系统故障也可能对

直流系统产生影响。当交流系统发生严重故障导致电压大幅下降时，可能会使直流换流器的换

相电压不足，从而引发直流换相失败，进一步加剧故障在交直流系统之间的传播。

电网中的保护装置在故障传播过程中起着关键作用，其正确动作与否直接影响连锁故障的发展

路径和范围。保护装置的动作特性和整定值是根据电网的正常运行方式和故障类型预先设定

的。在实际运行中,由于电网运行状态的复杂性和不确定性，保护装置可能会出现误动作或拒

动作的情况。如果某条交流线路发生故障，但保护装置拒动，故障电流将持续存在，可能会对

该线路及其相连的设备造成严重损坏，同时也会使故障范围进一步扩大，增加其他线路和设备

发生故障的风险，从而推动连锁故障的发展。反之，如果保护装置误动作，可能会导致不必要

的线路跳闸，引发潮流的不合理转移，也可能引发连锁故障。

交直流混联电网中连锁故障的传播是一个多因素相互作用、相互影响的复杂过程。故障通过电

气联系在电网中蔓延，交直流系统的相互作用以及保护装置的动作行为等囚素共同决定了连锁

故障的传播路径和方式。深入研究这些故障传播机制，对于准确理解连锁故障的发展过程，制

定有效的预防控制措施、保障交直流混联电网的安全稳定运行具有重要意义。

3.3影响连锁故障发展的因素

电网拓扑结构对连锁故障发展有着深远影响。在大规模交直流混联电网中，不同的拓扑结构具

有不同的电气连接方式和潮流分布特性，从而决定了故障发生后功率转移的路径和范围。紧密

型电网结构，如环网结构，各线路之间的电气联系紧密，线路之间的功率转移能力较强。当某

条线路发生故障时，功率能够较为迅速地转移到其他相邻线路，使得故障的影响范围相对集中

在故障点附近的区域。但是，若相邻线路的输电能力有限，在承受故障线路转移过来的功率

时，容易发生过载，进而引发连锁跳闸。在一个以环网结构为主的区域电网中，某条关键线路

因雷击发生短路故障后跳闸，原本通过该线路传输的功率瞬间转移到相邻的两条线路上。由于

这两条相邻线路在故障前已接近满载运行，无法承受额外的功率，导致电流迅速超过额定值，

保护装置动作，这两条线路相继跳闸，故障范围进一步扩大。

松散型电网结构，如辐射状电网，线路之间的电气联系相对较弱，功率转移路径相对单一。在

这种结构下，一旦某条线路发生故障，功率转移的选择较少，可能会导致远离故障点的线路也

受到较大影响。在一个辐射状的配电网中，位于电源端的一条输电线路发生故障跳闸，由于没

有其他可供选择的功率转移路径，导致末端负荷点的供电中断，同时使得其他与之相连的线路

电流大幅增加，若这些线路的保护装置未能及时动作，可能会引发更广泛的故障。

电网中的关键节点和线路在连锁故障发展中起着关键作用。关键节点，如枢纽变电站，通常连

接着多条输电线路，是电力传输的重要枢纽。当枢纽变电站发生故障时，会导致大量功率的重

新分配，影响范围广泛。关键线路，如重载输电线路，承担着较大的输电功率，一旦发生故

障.其功率转移将对整个电网的潮流分布产生重大影响。某地区的枢纽变电站因设备故障导致

全站停电，使得与其相连的多条输电线路的功率传输中断。这些线路上的功率被迫转移到其他

线路，引发了整个地区电网的潮流紊乱，多个区域出现电压越限和线路过载的情况，最终导致

连锁故障的发生。

负荷特性对连锁故障发展也有着重要影响。不同类型的负荷具有不同的功率需求和响应特性，

这会影响电网在故障后的功率平衡和稳定性。工业负荷通常具有较大的功率需求，且其生产过

程对供电可靠性要求较高。当电网发生故障导致电压下降或供电中断时，工业负荷可能会采取

一些措施，如启动备用电源、调整生产设备的运行状态等。这些措施可能会对电网的功率平衡

产生影响，进而影响连锁故障的发展。若大量工业负荷同时启匆备用电源，会导致电网的功率

需求瞬间增加，可能会使原本就处于紧张状态的电网更加不稳定，加速连锁故障的发展。

居民负荷的特点是数量众多、分布广泛，且具有一定的随机性和波动性。在用电高峰时期，居

民负荷的集中增加会使电网的负荷压力增大。当电网发生故障时，居民负荷的波动可能会进一

步加剧电网的功率不平衡，影响连锁故障的发展。在夏季高温天气，居民大量使用空调等制冷

设备，导致电网负荷急剧上升。此时若发生输电线路故障，由于居民负荷的持续需求，可能会

使其他线路的过载情况更加严重，增加连锁故障发生的风险。

负荷的动态特性，如负荷的电压和频率响应特性，也会对连锁故障发展产生影响。当电网电压

下降时，负荷的功率需求可能会发生变化，这会影响电网的潮流分布和电压稳定性。若负荷的

电压响应特性较差，在电压下降时不能及时调整功率需求，可能会导致电压进一步下降，引发

电压崩溃等严重故障。负荷的频率响应特性也会影响电网的频率稳定性。当电网频率发生变化

时，负荷的功率需求若不能及时响应，可能会导致频率偏差进一步扩大，影响电网的安全稳定

运行。

保护装置动作是影响连锁故障发展的关键因素之一。保护装置的正确动作能够及时切除故障元

件，限制故障的发展范围，保障电网的安全稳定运行。但如果保护装置误动作或拒动作，将会

对连锁故障的发展产生严重的负面影响。保护装置的误动作，如线路保护误跳闸，会导致原本

正常运行的线路被错误切除，引发潮流的不合理转移，可能会使其他线路过载，进而引发连锁

故障。在一次电网事故中，由于线路保护装置的误动作，一条正常运行的输电线路被切除，使

得该线路上的功率转移到相邻线路，导致相邻线路过载跳闸，最终引发了连锁故障，造成了大

面积停电。

保护装置的拒动作，如故障线路的保护未能及时跳闸，会使故障持续存在，故障电流可能会对

设备造成损坏，同时也会使故障范围扩大，增加其他元件发生故障的风险，推动连锁故障的发

展。某变电站内的一台变压器发生内部故障，但由于保护装置拒动，故障电流持续通过变压

器，导致变压器严重损坏，同时也影响了与之相连的输电线路和其他设备的正常运行，最终引

发了一系列的连锁故障、给电网带来了巨大的损失。

保护装置的动作时间和动作顺序也会对连锁故障发展产生影响。如果保护装置的动作时间过

长，不能及时切除故障，会使故障对电网的影响加剧。保护装置的动作顺序不合理，可能会导

致故障切除不彻底或引发不必要的潮流转移，影响连锁故障的发展。在一些复杂的电网故障情

况卜，需要多个保护装置协同动作，若它们的动作顺序不协调，可能会导致故障尢法得到有效

控制，从而引发连锁故障的进一步发展。

四、高风险连锁故障筛选方法研究

4.1传统筛选方法分析

传统的故障筛选方法在电力系统分析中有着广泛的应用，其中基于潮流计算和灵敏度分析的方

法是较为常见的手段。

基于潮流计算的方法是电力系统分析的基础，其核心原理是根据给定的电网结构、元件参数以

及负荷和电源分布情况，通过求解一系列的方程来确定电力系统中各节点的电压幅值和相角，

以及各支路的功率分布。在连锁故障筛选中，通过对不同故障场景下的潮流进行计算，分析故

障后电网的功率分布变化，判断哪些故障可能导致线路过载、电压越限等问题，从而筛选出可

能引发连锁故障的高风险故障。在某区域电网中，当一条重要输电线路发生故障断开时，利用

潮流计算可以得出其他线路的功率增量，若某条相邻线路的功率增量超过其额定容量，就表明

该故障可能引发连锁反应，需要进一步关注。

基于灵敏度分析的方法则是研究电力系统中某个变量对另一个变量变化的敏感程度。在连锁故

障筛选中，常通过计算节点电压、支路功率等变量对元件故障的灵敏度，来评估故障对电网运

行状态的影响程度。计算节点电压对线路电抗变化的灵敏度，若某条线路发生故障导致其电抗

改变，通过灵敏度分析可以快速判断哪些节点的电压受影响较大，从而确定可能引发连锁故障

的关键元件和故障场景。

然而，在大规模交直流混联电网中，这些传统方法存在诸多局限性。从计算量方面来看，大规

模交直流混联电网具有庞大的网络规模和复杂的结构，包含大量的节点、线路以及交直流转换

设备。进行潮流计算时，需要求解大规模的非线性方程组，计算量巨大，计算时间长。随着电

网规模的不断扩大和运行状态的实时变化，传统的潮流计算方法难以满足快速筛选高风险连锁

故障的需求。在一个包含数百个节点和上千条线路的大规模交直流混联电网中，一次完整的潮

流计算可能需要耗费数分钟甚至更长时间，这对于实时性要求较高的电网运行监控和决策来说

是无法接受的。

传统方法在考虑复杂故障场景方面也存在不足。交直流混联电网中，交直流系统之间存在强耦

合关系，故障的传播和发展过程极为复杂。传统的潮流计算和灵敏度分析方法往往难以全面准

确地考虑交直流系统的相互作用，以及多种故障同时发生的复杂场景。在直流系统发生换相失

败故障时，不仅会导致直流功率的大幅波动，还会对交流系统的电压和频率产生影响，进而引

发交流系统的连锁故障。传统方法很难精确模拟这种复杂的故陌传播过程，容易遗漏一些潜在

的高风险连锁故障场景。传统方法在处理新能源大规模接入带来的不确定性方面也存在困难。

随着风电、光伏等新能源的大量接入，其出力的随机性和间歇性使得电网的运行状态更加复杂

多变，传统方法难以准确考虑这些不确定性因素对连锁故障的影响。

4.2新型筛选技术与算法

随着人工智能、大数据分析等技术的飞速发展，在大规模交直流混联电网高风险连锁故障筛选

中，一系列新型技术和算法应运而生，这些技术和算法为解决传统筛选方法的局限性提供了新

的思路和途径。

基于人工智能的方法在高风险连锁故障筛选中展现出独特的优势。其中，深度学习算法以其强

大的特征学习和模式识别能力，成为研究的热点。深度神经网络(DNN)能够自动从大量的

电网运行数据中学习复杂的特征和模式。通过构建包含多个隐藏层的DNN模型，将电网的实

时运行数据，如节点电压、支路电流、功率等作为输入，经过多层神经元的非线性变换和特征

提取，最终输出对连锁故障风险的评估结果。在某大规模交直流混联电网中，利用历史运行数

据和故障案例对DNN模型进行训练，使其学习到不同运行状态下电网的特征与连锁故障发生

之间的关系。当输入实时运行数据时，该模型能够快速准确地判断当前电网是否存在高风险连

锁故障，以及可能的故障路径和影响范围。

循环神经网络(RNN)及其变体长短期记忆网络(LSTM)在处理具有时间序列特性的电网数

据时表现出色“电网的运行状态是随时间动态变化的，RNN和LSTM能够有效地捕捉数据中

的时间依赖关系。LSTM通过引入记忆单元和门控机制，能够更好地处理长期依赖问题，对于

分析电网在不同时刻的运行状态变化对淬锁故障的影响具有重要作用在分析电网淬锁故障的

发展过程时，利用LSTM模型对电网的功率、电压等时间序列数据进行建模.预测未来一段

时间内电网的运行状态变化，从而提前识别出可能引发连锁故障的风险点。

机器学习算法中的随机森林算法也被广泛应用于高风险连锁故障筛选。随机森林通过构建多个

决策树，并对它们的预测结果进行综合，能够有效提高模型的准确性和泛化能力。在连锁故障

蹄选中，随机森林算法可以根据电网的结构参数、运行状态数据以及故障历史数据等多个特

征，对不同的故障场景进行分类和评估，判断哪些场景可能引发高风险连锁故障。通过对大量

故障场景的训练，随机森林模型能够学习到不同特征与连锁故障风险之间的复杂关系，从而为

筛选高风险连锁故障提供可靠的依据。

大数据分析技术在高风险连锁故障筛选中也发挥着重要作用。随着电网智能化水平的不断提

高，电网中产生了海量的运行数据，包括设备状态监测数据、负荷数据、气象数据等。这些数

据蕴含着丰富的信息，通过大数据分析技术能够对其进行深入挖掘和分析。数据挖掘算法可以

从海量数据中发现潜在的规律和模式，为连锁故障筛选提供支持。利用关联规则挖掘算法，分

析电网设备状态数据与故障发生之间的关联关系，找出可能导致连锁故障的关键设备状态指

标。通过对大量历史数据的分析，发现当某类设备的温度、振幻等参数超过一定阈值时，在一

定时间内发生连锁故障的概率显著增加，从而可以将这些参数作为预警指标，提前采取措施预

防连锁故障的发生。

聚类分析算法可以将电网的运行数据按照相似性进行分类，识别出不同的运行模式和故障场

景。通过对不同运行模式下电网的特征分析，判断哪些模式更容易引发连锁故障。在对电网的

负荷数据进行聚类分析时，发现某些高负荷且负荷波动较大的运行模式下，电网发生连锁故障

的风险较高。基于这些分析结果，可以针对性地制定运行控制策略，降低连锁故障发生的风

险。

新型的高风险连锁故障筛选技术和算法通过充分利用人工智能和大数据分析的优势，能够更准

确地考虑电网的复杂特性和不确定性因素，提高筛选的准确性和效率。这些技术和算法为大规

模交直流混联电网的安全稳定运行提供了有力的技术支持，具有广阔的应用前景和研究价值。

4.3筛选模型的建立与验证

为了实现对大规模交直流混联电网高风险连锁故障的准确筛选，构建基于深度学习与大数据融

合的高风险连锁故障筛选模型。该模型综合考虑电网结构、运行状态、元件故障概率等多方面

因素，通过对海量电网运行数据的学习和分析，实现对连锁故障风险的量化评估。

模型的输入参数涵盖电网的各类关键信息，包括电网拓扑结构数据，详细记录各节点、线路以

及交直流转换设备的连接关系和电气参数，如节点的电压等级、线路的电阻、电抗、电纳等，

这些参数是分析电网潮流分布和故障传播路径的基础。运行状态数据则实时反映电网的当前运

行情况，包括各节点的电压幅值和相角、各支路的有功功率和无功功率、发电机的出力、负荷

的大小等。这些数据能够直观地展示电网的运行状态，为判断电网是否处于安全稳定运行状态

提供依据。元件故障概率数据考虑了设备老化、环境因素、历史故障记录等因素对元件故障概

率的影响，通过对这些因素的分析和建模，得到每个元件在不同运行条件下的故障概率。某条

运行年限较长的输电线路，由于绝缘材料老化，其故障概率相对较高;在恶劣天气条件下，如

暴雨、大风等，线路的故障概率也会相应增加。

模型的计算流程分为数据预处理、特征提取与选择、模型训练和风险评估四个主要步骤。在数

据预处理阶段，对收集到的海量电网运行数据进行清洗和归一化处理“清洗数据是为了去除数

据中的噪声、异常值和重复数据，提高数据的质量和可靠性。归一化处理则是将不同范围和量

纲的数据转换到统一的尺度上，便于后续的计算和分析。对于下点电压幅值数据，将其归一化

到［0,1］的范围内，使得不同节点的电压数据具有可比性。

在特征提取与选择阶段，利用深度学习算法自动从预处理后的数据中提取关键特征。深度神经

网络通过多层神经元的非线性变换，能够学习到数据中复杂的特征和模式。在提取电网运行数

据的特征时，通过隐藏层的神经元对输入数据进行特征提取，得到能够反映电网运行状态和连

锁故障风险的特征向量。为了提高模型的计算效率和准确性，采用特征选择算法对提取到的特

征进行筛选，去除冗余和无关的特征。利用相关性分析算法，「算每个特征与连锁故障风险之

间的相关性，只保留相关性较高的特征，减少特征维度，降低「算复杂度。

模型训练阶段，使用大量的历史电网运行数据和故障案例对深度学习模型进行训练。将历史数

据分为训练集、验证集和测试集，训练集用于训练模型，调整植型的参数.使模型能够学习到

数据中的规律和模式；验证集用于验证模型的性能，防止模型过拟合；测试集用于评估模型的

泛化能力，检验模型在未知数据上的表现。在训练过程中，采用随机梯度下降等优化算法，不

断调整模型的权重和偏置，使模型的预测结果与实际情况的误差最小化。以均方误差

(MSb)作为损失函数，通过反向传播算法计算损失困数对模坦参数的梯度，然后使用随机

梯度下降算法更新模型参数，不断迭代训练，直到模型的损失函数收敛到一个较小的值。

在风险评估阶段，将实时的电网运行数据输入到训练好的模型中，模型输出连锁故障的风险评

估结果。根据风险评估结果，对不同的连锁故障场景进行排序，筛选出高风险的连锁故障场

景,,将风险评估结果分为低风险、中风险和高风险三个等级，当模型输出的风险值超过某个阈

值时，判定为高风险连锁故障场景，需要重点关注和采取相应的预防控制措施。

为了验证筛选模型的性能，采用实际电网数据和仿真数据进行测试。收集某实际大规模交直流

湿联电网的历史运行数据，包括一年时间内的电网拓扑结构变化、运行状态数据以及发生的故

障记录。利用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC搭建该电网的仿真模型，模拟各种故障场

景.生成仿真数据。

珞实际电网数据和仿真数据分别输入到筛选模型中，得到高风险连锁故障的筛选结果。将筛选

结果与实际发生的故障情况进行对比分析，评估模型的准确性。通过对比发现，模型能够准确

地识别出实际发生的大部分高风险连锁故障场景，漏报率和误报率较低。在实际发生的10次

连锁故障中，模型成功筛选出8次，漏报2次，漏报率为20%；在模型筛选出的高风险连锁

故障场景中，有90%在实际运行中确实发生了连锁故障，误报率为10%。

计算模型的计算效率,评估其是否满足实时性要求，在一台配置为IntelCorei7-10700K处

理器、32GB内存的计算机上运行模型，对包含1000个节点和5000条线路的大规模交直流

混联电网进行高风险连锁故障筛选，模型的计算时间平均为0.5秒，能够满足电网实时运行监

控和快速决策的需求。

通过实际电网数据和仿真数据的验证，所构建的高风险连锁故障筛选模型具有较高的准确性和

计算效率，能够有效地筛选出大规模交直流混联电网中的高风险连锁故障场景，为电网的安全

稳定运行提供有力的支持。

五、案例分析

5.1实际电网故障案例介绍

本研究选取南方电网某次重大故障作为案例，深入分析大规模交直流混联电网的连锁故障问

题。该故障发生于［具体时间］,地点位于［具体地点］,涉及多个地区的电网设施，对区域电力

供应和经济社会运行产生了重大影响。

故障起始于［具体变电站名称］的500kV断路器发生爆炸事故。该变电站处于电网的关键位

置.承担着多个输电线路的功率汇集和分配任务。断路器爆炸后，引发了一系列连锁反应。由

于该变电站与多条特高压/超高压直流输电线路电气距离较近，爆炸事故导致了［具体三条直

流输电线路名称］的换相失败。其中，［具体直流输电线路1名称］的直流电压急剧波动，出现

大量谐波分量，直接致使双极直流线路低电压保护(27du/dt)动作。尽管该线路进行了双极

重启成功，但广州换流站极II阀冷系统因事故被迫停运，仍存在的故障使得极II重新闭锁。

此次故障造成了大面枳的停电事故，影响了多个城市的止常供电，给居民生活和工业生产带来

了极大不便。据统计，受影响的用户数量达到［X］万户，停电时间最长达到［X］小时。部分重

要工业企业因停电导致生产中断，造成了巨大的经济损失。此次故障还对区域电网的安全稳定

运行造成了严重冲击，引发了电网电压波动、频率偏差等问题，考验了电网的应急处理能力和

恢复能力。

5.2基于案例的故障分析与筛选

利用前文所述的故障机理和筛选方法，对此次南方电网故障案例进行深入剖析。故障起始于

500kV断路器爆炸，这一初始故障迅速打破了电网原有的稳定运行状态。由于该变电站在电

网拓扑结构中处于关键位置，是多个输电线路的功率汇集和分配节点，其故障引发了与之电气

距离较近的三条特高压/超高压直流输电线路换相失败。

从故障传播机制来看，断路器爆炸导致交流系统出现严重故障，交流电压急剧下降且波形发生

严重畸变。以［具体直流输电线路1名称］为例，交流电压的异常使得直流换流器的换相电压

严重不足，换相过程无法正常进行，从而引发换相失败。换相失败后，直流功率瞬间大幅下

降,原本通过该直流线路传输的功率被迫转移到交流系统。根据电力系统潮流计算原理，功率

转移导致交流系统潮流发生剧烈变化，使得与直流换流站相连的交流线路电流和功率大幅增

加。在此次故障中，多条交流线路因承受了过大的功率转移而出现过载现象，其中部分线路的

电流超过了其额定值的150%,达到了［具体数值］A,远超正常运行范围。

在故障发展过程中，广州换流站极H阀冷系统因事故被迫停运，这进一步加剧了故障的严重

性。阀冷系统的停运使得极II无法正常运行，即使在［具体直流输电线路1名称］双极重启成

功后，由于阀冷系统故障仍未排除，极II重新闭锁，导致直流输电中断。这一系列连锁反应

导致电网的功率平衡被严重破坏，电压和频率出现大幅波动，进而引发了大面积的停电事故。

运用基于深度学习与大数据融合的高风险连锁故障筛选模型对该案例进行分析。将故障发生前

电网的拓扑结构数据、运行状态数据以及元件故障概率数据等输入模型。在数据预处理阶段，

对收集到的海量数据进行清洗和归一化处理，去除数据中的噪声和异常值，并将不同范围和量

纲的数据转换到统一尺度。在特征提取与选择阶段，利用深度学习算法自动从预处理后的数据

中提取关键特征，如电网节点电压的变化趋势、支路功率的转移情况等，并通过特征选择算法

去除冗余和无关特征，提高模型的计算效率和准确性。

通过模型训练和风险评估，筛选出了此次故障中的高风险连锁故障场景。结果显示，断路器爆

炸引发直流换相失败，进而导致交流线路过载和直流闭锁的连锁故障场景风险值极高，达到了

［具体风险值］,远超设定的风险阈值。这表明该连锁故障场景对电网的安全稳定运行构成了极

大威胁，与实际故障情况相符。通过对该案例的分析，验证了所提出的故障分析与筛选方法的

有效性和准确性，能够准确识别出高风险连锁故障，为电网的安全稳定运行提供有力支持。

5.3案例结果讨论与启示

通过对南方电网此次故障案例的深入分析，我们获得了一系列具有重要价值的讨论结果与启

示，这些结果和启示对于提升大规模交直流混联电网的运行维护水平以及预防故障的发生具有

重要的指导意义。

此次案例分析结果表明，交直流混联电网中各元件之间的电气联系紧密，故障传播速度快且影

响范围广。一个关键元件的故障，如500kV断路器爆炸，能够迅速引发与之相连的直流输电

线路换相失败，进而导致交流系统潮流紊乱，引发大面积停电事故。这凸显了交直流混联电网

的脆弱性，一旦发生故障，其连锁反应可能会对电网的安全稳定运行造成严重威胁。

从保护装置的动作情况来看，虽然在此次故障中部分保护装置按照设计要求动作，如直流线路

的低电压保护动作，但仍存在一些保护装置未能有效发挥作用的情况。广州换流站极II阀冷

系统因事故被迫停运后.相关保护未能及时采取措施避免极II重新闭锁，这反映出保护装置

在应对复杂故障场景时的局限性。部分保护装置的动作时间和却作逻辑可能需要进一步优化，

以提高其在复杂故障情况下的响应能力和准确性。

基于此，我们可以得到以下启示：在电网运行维护方面，应进一步优化保护装置配置。根据交

直流混联电网的特点和实际运行需求，对保护装置的类型、参数和动作逻辑进行全面评估和优

化。增加针对交直流相互作用故障的保护功能，如设置专门的交直流耦合故障保护，当检测到

交流系统故障可能引发直流换相失败时，能够提前采取措施，如调整直流输电功率、加强交流

系统无功补偿等，以防止故障的进一步扩大。优化保护装置的动作时间和动作顺序，确保在复

杂故障情况下，保护装置能够快速、准确地动作，切除故障元件，限制故障范围。

加强运行监测是保障电网安全稳定运行的重要措施。利用先进的监测技术和设备，对电网的运

行状态进行实时、全面的监测。部署广域测量系统（WAMS）,实现对电网各节点电压、电

流、功率等电气量的实时监测和分析，及时发现电网运行中的异常情况。加强对直流输电系统

的监测，特别是对换流站的关键设备，如换流器、阀冷系统等，进行重点监测，实时掌握其运

行状态和健康状况。通过大数据分析和人工智能技术，对监测数据进行深度挖掘和分析，实现

对电网故障的早期预警和精准诊断。利用机器学习算法对历史监测数据和故障案例进行学习，

建立故障预测模型，当监测数据出现异常变化时，能够及时预测可能发生的故障，并发出预警

信号，为运行人员提供决策支持。

在电网规划和建设方面，应充分考虑电网的安全性和可靠性。优化电网结构，增强电网的韧

性，提高电网抵御故障的能力。增加输电线路的冗余度，合理布局变电站和换流站，避免关键

节点和线路的过度集中，减少因单一元件故障引发连锁故障的风险。加强电网的智能化建设，

提高电网的自动化控制水平和自适应能力。引入智能电网技术，实现对电网运行状态的智能感

知、智能分析和智能控制，在电网发生故障时，能够自动采取有效的控制措施，维持电网的稳

定运行。

通过对此次南方电网故障案例的分析，我们深刻认识到大规模交直流混联电网高风险连锁故障

的严重性和复杂性。在今后的电网运行维护和管理中，应高度重视案例分析所带来的启示，采

取有效的措施，优化保护装置配置，加强运行监测，完善电网规划和建设，以提高电网的安全

稳定运行水平，降低高风险连锁故障发生的概率，保障电力系统的可靠供电。

六、预防与应对措施

6.1提高电网安全性的策略

提高大规模交直流混联电网安全性是保障电力可靠供应、维护社会经济稳定运行的关键任务，

需要从优化电网结构、加强设备维护以及提高运行人员素质等多个方面协同推进。

优化电网结构是提升电网安全性的基础。在电网规划阶段，应充分考虑电力负荷的增长趋势和

分布特点，合理布局电源和输电线路。对于负荷增长较快的地区，提前规划建设新的输电线路

和变电站，以满足未来电力需求。在城市的新兴开发区，随着大量企业入驻和居民入住，用电

需求迅速增长，通过提前规划建设更高电压等级的输电线路和变电站，能够有效避免电力供应

不足和线路过载等问题。增加输电线路的冗余度，构建多回输电通道和环网结构，提高电网的

供电可靠性。在重要的输电走廊，建设多条输电线路，当其中一条线路发生故障时，其他线路

能够及时承担起输电任务，确保电力的不间断供应。加强电网分区之间的联络，提高电网的灵

活性和互济能力。通过合理设置联络线，实现不同分区之间的电力相互支援，在某一分区出现

电力短缺时，其他分区能够及时提供电力支持，保障电网的稳定运行。

加强设备维护是确保电网安全运行的重要保障。建立完善的设备状态监测系统，利用先进的传

感器技术和监测设备，对电网设备的运行状态进行实时监测。通过在线监测变压器的油温、绕

组温度、油中气体含量等参数，能够及时发现变压器的潜在故障隐患。采用红外测温技术对输

电线路的接头进行监测，当接头温度异常升高时，能够及时预警，避免因接头过热引发线路故

障。定期对设备进行巡检和维护，按照设备的维护周期和技术要求，对设备进行全面检查、清

洁、紧固和试验。对断路器进行定期的操作试验和检修，确保其在故障发生时能够可靠动作；

对绝缘子进行定期的清扫和检测，防止因绝缘子积污导致闪络故障。及时更换老化、损坏的设

备,避免设备带病运行。对于运行年限较长、性能下降的设备，应及时进行评估和更换，确保

设备的可靠性和安全性。

提高运行人员素质是保障电网安全运行的关键因素。加强运行人员的专业培训，定期组织培训

课程和技术交流活动，使运行人员熟悉电网的结构、运行原理和操作规程。培训内容应涵盖电

力系统基础知识、交直流混联电网运行特点、设备操作与维护、故障处理等方面。邀请专家进

行专题讲座，分享最新的电网运行技术和故障处理经验，提高运行人员的专业水平。通过开展

模拟演练和案例分析，提高运行人员的应急处理能力和决策水平。模拟各种电网故障场景，让

运行人员在虚拟环境中进行故障处理操作，锻炼其在紧急情况下的应对能力和决策能力。对实

际发生的电网故障案例进行深入分析，总结经验教训，提高运行人员对故障的认识和处理能

力。培养运行人员的安全意识和责任心，使其深刻认识到电网安全运行的重要性，严格遵守操

作规程，认真履行岗位职责。通过安全教育培训和考核，强化运行人员的安全意识，确保其在

工作中始终保持高度的警惕性和责任心。

6.2故障预防与预警机制

建立故障预防与预警机制是保障大规模交直流混联电网安全稳定运行的重要举措，通过实时监

测电网运行状态、设置科学合理的预警指标以及及时准确地发出预警信号，能够有效避免故障

的发生或限制其发展范围，降低连锁故障带来的风险。

实时监测电网运行状态是故障预防与预警机制的基础0利用先进的监测技术和设备，对电网的

运行参数进行全面、实时的采集和分析。部署广域测量系统（WAMS）,通过在电网各关键

节点安装同步相量测量单元（PMU）,实现对电网节点电压、支路电流、功率等电气量的同

步测量和实时传输。这些测量数据能够精确反映电网的实时运行状态.为后续的分析和决策提

供准确依据。通过WAMS系统，可以实时获取某条输电线路的电流大小、功率传输方向以及

各节点的电压幅值和相位等信息，及时发现线路是否存在过载、电压是否越限等异常情况。

引入智能传感器技术，对电网设备的运行状态进行深度监测。在变压器、断路器、换流器等关

键设备上安装温度传感器、振动传感器、气体传感器等，实时监测设备的温度、振动、绝缘气

体含量等参数。通过对这些参数的分析，能够及时发现设备的潜在故障隐患。利用温度传感器

监测变压器绕组的温度，当温度超过正常范围时，可能意味着变压器存在散热不良、绕组短路

等问题,需要及时进行检查和处理。

设置预警指标是故障预防与预警机制的关键环节。根据电网的运行特性和安全要求，制定全

面、科学的预警指标体系。在电压方面，设置节点电压幅值的上下限作为预警指标。当节点电

压幅值低于下限或高于上限时，表明电网可能存在电压稳定性问题，需要及时采取措施进行调

整。一般来说，对于110kV及以上电压等级的节点，电压幅值的正常范围通常设定为额定电

压的士10%,当电压幅值超出这个范围时，应发出预警信号。在功率方面，设置线路传输功率

的额定值和过载阈值作为预警指标。当线路传输功率超过额定值的一定比例，如80%时，应

发出预警，提示运行人员关注线路的负载情况；当功率超过过载阈值，如额定值的120%

时,应立即发出紧急预警，采取相应的控制措施.防止线路因过载而发生故障。

考虑交直流系统相互作用的影响，设置相关的预警指标。当直流输电系统发生换相失败时，会

对交流系统的电压和功率产生影响，因此可以设置交流系统电压波动幅度、功率突变值等指标

作为预警依据。当交流系统电压波动幅度超过一定范围，如±5%,或者功率突变值超过设定

阈值时，应发出预警信号，提示可能存在交直流系统相互作用引发的故障风险。

及时发出预警信号是故障预防与预警机制的核心。当监测数据达到预警指标时，预警系统应迅

速、准确地发出预警信号，以便运行人员能够及时采取措施.采用多种预警方式，包括声光报

警、短信通知、系统弹窗提示等，确保运行人员能够及时获取预警信息。当某条输电线路的电

流超过过载阈值时,预警系统立即发出声光报警，同时向相关运行人员发送短信通知，告知线

路名称、过载电流大小以及预饕时间等信息，运行人员在收到预警后，能够迅速对线路进行检

查和分析，采取相应的控制措施，如调整发电出力、转移负荷等，以避免线路故障的发生。

建立预警信息的分级管理机制，根据故障风险的严重程度，将预警信息分为不同等级，如一般

预警、重要预警和紧急预警。不同等级的预警信息采用不同的颜色和声音进行区分，以便运行

人员能够快速判断故障的严重程度，采取相应的应对措施。一般预警采用黄色灯光和柔和的声

音提示，重要预警采用橙色灯光和较急促的声音提示，紧急预警采用红色灯光和强烈的声音提

示，使运行人员能够在第一时间做出正确的反应。

故障预防与预警机制通过实时监测电网运行状态、科学设置预警指标以及及时准确地发出预警

信号，为大规模交直流混联电网的安全稳定运行提供了有力保障。通过建立完善的故障预防与

预警机制，能够有效降低连锁故障发生的概率，提高电网的可靠性和稳定性，保障电力系统的

可靠供电，

6.3应急预案与处理措施

制定针对大规模交直流混联电网高风险连锁故障的应急预案，是保障电网在故障发生时能够快

速、有序恢复，减少停电损失和社会影响的关键举措。应急预案涵盖了故障发生后的多个关键

环节，明确了各环节的处理流程和责任分工，确保在紧急情况下能够迅速、有效地采取行动。

故障发生后，迅速准确地隔离故障是首要任务。在接到故障报警信息后，调度中心应立即组织

相关人员对故障进行定位和分析。利用故障录波装置、行波测距等技术手段，快速确定故障元

件的位置和类型。对于交流线路故障，如短路故障，应迅速判断故障点所在的线路区段，通过

控制变电站内的断路器等设备，将故障线路从电网中隔离出来，防止故障进一步扩大。当某条

11OkV交流输电线路发生短路故障时，调度中心应在最短时间内发出指令，使该线路两端的

断路器跳闸，切断故障线路与电网的连接。对于直流输电系统故障，如换相失败或直流闭锁故

障,应根据故障的具体情况，采取相应的隔离措施。若某条±800kV直流输电线路发生换相失

败，且无法通过常规控制手段恢复正常运行时，应及时将该直流线路的相关换流站闭锁，隔离

故障直流系统，避免对交流系统造成更大的影响。

负荷调整是维持电网功率平衡和稳定运行的重要手段。在故障隔离后，根据电网的实时运行状

态和负荷分布情况，合理调整发电出力和负荷分配。对于因故障导致的电力短缺区域，应优先

增加该区域内发电机组的出力，尽量满足当地的负荷需求。若某地区因连锁故障导致部分发电

设备停运，出现电力短缺时，调度中心应迅速调度该地区内其他正常运行的发电机组，增加发

电出力，填补电力缺口。也可以通过切负荷的方式，保障电网的安全稳定运行。按照预先制定

的切负荷方案，根据负荷的重要程度和可中断性，有序切除部分非重要负荷，确保重要用户的

供电。在负荷高峰时期，当电网出现严重功率缺额时，可按照优先级顺序，依次切除部分工业

用户的非关键生产负荷、商业用户的部分照明负荷等，以维持电网的功率平衡和频率稳定。

系统恢复是应急预案的关键环节，旨在尽快恢复电网的正常供电，减少停电时间和影响范围。

在系统恢复过程中，应遵循先重要用户、后一般用户，先主干电网、后分支电网的原则。首

先，恢复对重要用户的供电，如医院、政府机关、交通枢纽等。通过优先恢复向这些重要用户

供电的输电线路和变电站，保障社会的基本运转和公共安全。在主干电网恢复供电后，逐步恢

复分支电网的供电、扩大供电范围，使更多用户恢复正常用电。在恢复过程中，要密切关注电

网的运行状态，防止出现过电压、过负荷等异常情况，确保电网安全稳定恢复。在恢复某条输

电线路供电时，应先进行空载含闸试验，检测线路的绝缘状况和电压情况，确保线路正常后，

再逐步带负荷运行。

为确保应急预案的有效实施，明确各部门和人员的责任分工至关重要。调度中心作为电网运行

的指挥核心，负责全面协调和指挥故障处理工作。调度员应具备丰富的专业知识和应急处理经

验，能够在紧急情况下迅速做出