利用直流潮流研究真实与合成电网拓扑中的级联故障

利用线性化直流潮流模型，我们研究了美国西部互联（USWI）电网中的级联故障及其空间和时间特性。我们还引入了优先度与距离连接（DADA）模型，其度分布、电阻和电流与USWI相似。我们研究了两条电网在单条线路故障后的行为。我们发现DADA模型与USWI模型对该故障的反应非常相似，且它们的停电特征彼此类似。在许多情况下，单条线路的故障可引起级联故障，影响整个电网。我们用三个参数表征电网的韧性，其中最重要的是容忍度${\alpha}$，即一条线路可承载的最大负载与其初始负载之比。我们用停电产出（yield）来表征停电，将其定义为最终消耗电流与初始消耗电流之比。我们发现若${\alpha}\leq2$，发生大规模停电的概率非常小。相反，在$1 < {\alpha} < 2$的广泛范围内，单条线路的初始故障很可能引发级联故障，导致最终产出小于80%的大停电。产出具有典型一级相变的双峰分布，即随机选定线路的故障要么导致可忽略的电流减少，要么导致大停电。我们发现大停电的发展存在一个潜伏期，期间少数线路过载，产出保持高位。该潜伏期的持续时间与容忍度成正比。潜伏期的存在表明，在级联早期步骤中进行干预可显著降低大停电风险。