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作者：張毅

   本文的主要作者在2008年根據(jù)1981- 2002年中國(guó)電網(wǎng)事故的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)電網(wǎng)事故的冪律特性進(jìn)行了比較分析。

  然而從2002年到現(xiàn)在，中國(guó)電網(wǎng)的規(guī)模在不斷增大．電網(wǎng)裝機(jī)容量從2002年的3.5億kW增長(zhǎng)到2013年的12.4億kW;年發(fā)電量從2002年的1.65萬(wàn)億kW．h．增長(zhǎng)到2013年的5.24萬(wàn)億kW．h。與此同時(shí)，對(duì)事故級(jí)別的認(rèn)定也發(fā)生了變化．對(duì)于同樣的停電事故損失負(fù)荷數(shù)，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷規(guī)模較小時(shí)會(huì)被認(rèn)定為一個(gè)重大事故，而當(dāng)電網(wǎng)規(guī)模變大后，就有可能被認(rèn)定為一般事故，這就對(duì)事故統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果產(chǎn)生影響。

  為了對(duì)不同時(shí)間段及不同區(qū)域（不同規(guī)模）電網(wǎng)停電事故特性進(jìn)行比較，本文以東北和西北2個(gè)同步電網(wǎng)1981-2002年和1981-2010年2個(gè)時(shí)間段內(nèi)的停電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，給出了用相對(duì)值法對(duì)電網(wǎng)的停電事故數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來(lái)分析電網(wǎng)演化過(guò)程中的自組織臨界特性的方法。

1  1981-2010年停電事故數(shù)籜統(tǒng)計(jì)

  本文利用國(guó)家電力調(diào)度通信中心等單位發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了自2002年以來(lái)中國(guó)東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)發(fā)生的重大停電事故（2000年以來(lái)，中國(guó)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平逐年提高，各大電網(wǎng)已杜絕了電網(wǎng)穩(wěn)定事故。本次統(tǒng)計(jì)的電網(wǎng)事故主要包括由自然災(zāi)害引發(fā)的事故、一次設(shè)備故障引發(fā)的事故、安全自動(dòng)化裝置及繼電保護(hù)裝置異常引發(fā)的事故以及人員責(zé)任等事故，選取有損失負(fù)荷的停電事故作為研究對(duì)象）。在原來(lái)19 81-2002年事故統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，得到了19 81-2010年新的停電事故數(shù)據(jù)。

  據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)在1981-2010年與1981-2002年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較，東北電網(wǎng)增加有記錄損失事故8次，西北電網(wǎng)增加有記錄損失事故12次，其中新增數(shù)據(jù)中，損失較大的為東北網(wǎng)“2007年遼寧電網(wǎng)3 - 4-3·9暴雪導(dǎo)致多線跳閘系統(tǒng)解列事故”，系統(tǒng)甩負(fù)荷1000 MW。

  東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)在1981-2002年和

981-2010年重大停電事故時(shí)間序列分別如圖1、圖2所示。為了表述方便，將1981-2002年簡(jiǎn)稱為時(shí)間段1.1981-2010年簡(jiǎn)稱為時(shí)問(wèn)段2。

  對(duì)統(tǒng)計(jì)到的東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的事故損失

負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)度一頻度分析，取損失負(fù)荷標(biāo)度的間隔長(zhǎng)度為40 MW,分別統(tǒng)計(jì)2個(gè)時(shí)間段的事故發(fā)生頻度，結(jié)果如表1所示。

  根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，以10為底對(duì)其取對(duì)數(shù)．得到事故損失負(fù)荷標(biāo)度與相應(yīng)頻度的雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖，如圖3所示，用最小二乘法進(jìn)行線性擬合．得回歸方程的參數(shù)如表2所示。

  在表2中，R為標(biāo)度一頻度回歸方程的擬合樣本相關(guān)系數(shù)。當(dāng)顯著性水平為0.01,樣本用于圖3中曲線尾部擬合的點(diǎn)數(shù)為7，查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表，得R0.01=0.874 5．同理后面統(tǒng)計(jì)表中曲線尾部用于擬合點(diǎn)數(shù)為6，Ro.oi=0.834 3。又|R|>R0.01，說(shuō)明樣本相關(guān)性顯著，回歸方程有效。

  從表2的統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表可知．圖3中的回歸方程均能通過(guò)水平為0.01的R檢驗(yàn)，說(shuō)明回歸方程有效，即統(tǒng)計(jì)的電網(wǎng)事故數(shù)據(jù)具有白組織臨界性。

  然而，在做以上分析時(shí)電網(wǎng)的規(guī)模是在不斷變化的。例如，對(duì)于東北電網(wǎng)來(lái)說(shuō)．1985年發(fā)生的“6·30”電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故損失負(fù)荷為107 MW,約占當(dāng)年電網(wǎng)總裝機(jī)容量的0.8%．而這一事故損失負(fù)荷數(shù)，到了20年后的2005年，只占當(dāng)年電網(wǎng)總裝機(jī)容量的0.26%，在2005年時(shí)，損失負(fù)荷107 MW的事故對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響就小了。電網(wǎng)規(guī)模的不斷變化，對(duì)停電事故的規(guī)律也將產(chǎn)生影響．因此本文認(rèn)為在研究電網(wǎng)停電事故的自組織臨界性時(shí)．必須考慮電網(wǎng)規(guī)模變化的因素，使不同時(shí)間段、不同區(qū)域電網(wǎng)的數(shù)據(jù)有可比性。

2基于相對(duì)停電事故數(shù)據(jù)的特性分析

  《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》中把電網(wǎng)事故等級(jí)分為特大電網(wǎng)事故、重大電網(wǎng)事故、一般電網(wǎng)事故。在認(rèn)定事故等級(jí)時(shí)采用以下

2種方式：

  方法1：按照事故減供負(fù)荷的大小，例如對(duì)于電網(wǎng)負(fù)荷為5～10 GW的省電網(wǎng)或跨省電網(wǎng)，發(fā)生減供負(fù)荷達(dá)1 000 MW的事故，則認(rèn)定為重大電網(wǎng)事故。本文稱這種方法為絕對(duì)值法。

  方法2：按照減供負(fù)荷與事故發(fā)生前電網(wǎng)負(fù)荷的比值。例如對(duì)于電網(wǎng)負(fù)荷為5～10 GW的省電網(wǎng)或跨省電網(wǎng)，發(fā)生減供負(fù)荷達(dá)電網(wǎng)負(fù)荷15%的事故．則認(rèn)定為重大電網(wǎng)事故。本文稱這種方法為相對(duì)值法。

  相對(duì)值法作為一種簡(jiǎn)化計(jì)算的方式，即將有量綱的表達(dá)式，經(jīng)過(guò)變換，化為無(wú)量綱的表達(dá)式，成為標(biāo)量

式中：d為需要處理的原始數(shù)據(jù)；D為用來(lái)相對(duì)值化的基準(zhǔn)值。

  在許多領(lǐng)域（如地震，遙感等）的數(shù)據(jù)處理分析巾都經(jīng)常用到這種方法。相對(duì)值法能凸現(xiàn)出物理量的本質(zhì)含義，提供不同數(shù)據(jù)之間的可比性。

  在當(dāng)前的電網(wǎng)停電事故冪律特性研究中，描述事故規(guī)模的指標(biāo)主要采用事故損失負(fù)荷數(shù)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是直觀，數(shù)據(jù)處理方便，但相比《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》中對(duì)事故認(rèn)定方法則顯得過(guò)于簡(jiǎn)單。因此，在探索電網(wǎng)的自組織臨界特性時(shí)，本文認(rèn)為應(yīng)采用類似《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》中對(duì)事故認(rèn)定的方法——相對(duì)值法，對(duì)停電事故進(jìn)行處理，這將更有利于觀察事故的分布特性。

  需要說(shuō)明的是，完全采用《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》中對(duì)事故認(rèn)定的方法也存在一定的難度。例如，在《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》中，電網(wǎng)負(fù)荷是在事故發(fā)生前電網(wǎng)負(fù)荷．這一數(shù)據(jù)在做事故統(tǒng)計(jì)時(shí)就較難獲取。因此，本文統(tǒng)一取事故發(fā)生年度的電網(wǎng)總裝機(jī)容量來(lái)取代事故發(fā)生前的電網(wǎng)負(fù)荷，并定義電網(wǎng)事故損失負(fù)荷的相對(duì)值如下：

  利用式(2)將得到的東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)在1981-2002年和1981-2010年2個(gè)時(shí)間段的重

大停電事故進(jìn)行處理，得到電網(wǎng)事故損失負(fù)荷相對(duì)值的時(shí)間序列如圖4所示（為節(jié)省篇幅，只給出了處理后時(shí)段2的時(shí)間序列）。

  從圖4中可以看出，在統(tǒng)計(jì)的時(shí)間段內(nèi)，東北和西北電網(wǎng)發(fā)生的事故與電網(wǎng)的總裝機(jī)容量相比均不大．東北電網(wǎng)事故損失負(fù)荷的最大相對(duì)值為0.05．西北電網(wǎng)事故損失負(fù)荷的最大相對(duì)值為0.065．對(duì)應(yīng)的事故均發(fā)生在20世紀(jì)80年代。將圖4a）與圖1 b）．圖4 b）與圖2b）分別比較可見(jiàn)，在圖1 b）和圖2b）中2000年后的停電事故的損失負(fù)荷數(shù)值較大，但由于電網(wǎng)規(guī)模的增大，其相對(duì)值并不算大，這樣將對(duì)電網(wǎng)停電事故的分布．尤其是尾部特性不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。

  取相對(duì)值后的東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的事故損失負(fù)荷數(shù)據(jù)，其大小分布在0到0.07的區(qū)間內(nèi)，因此．以相對(duì)值標(biāo)度的間隔長(zhǎng)度為0.005．統(tǒng)計(jì)2個(gè)時(shí)間段的不小于對(duì)應(yīng)標(biāo)度的事故發(fā)生頻度，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

  根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，以10為底對(duì)其取對(duì)數(shù)，得到事故損失負(fù)荷標(biāo)度與相應(yīng)頻度的雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖，如圖5所示，用最小二乘法進(jìn)行線性擬合．得回歸方程的參數(shù)如表4所示。

  從表4的統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)可知．圖5中標(biāo)度一頻度曲線尾部的回歸方程均能通過(guò)水平為0.01的R檢驗(yàn)，說(shuō)明回歸方程有效。同時(shí)說(shuō)明了在東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的2個(gè)時(shí)間段內(nèi)．取相對(duì)值后的電網(wǎng)事故損失負(fù)荷數(shù)據(jù)與事故發(fā)生頻次之間存在同樣的冪律分布特征。而曲線尾部對(duì)應(yīng)事故的相對(duì)值在0.015～0.065．正是相對(duì)于電網(wǎng)裝機(jī)容量來(lái)說(shuō)的大停電事故，也就是說(shuō)東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的大停電事故具有自組織臨界性的典型特征。

3 2種停電事故數(shù)據(jù)分析方法的比較

  雖然用絕對(duì)值法分析（如表2所示的數(shù)據(jù)）可以得出東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)在2個(gè)時(shí)間段內(nèi)的停電事故均服從冪律分布（即具有白組織臨界特性），但是在具體應(yīng)用時(shí)卻始終存在著“不同時(shí)期的停電事故能否放在一起比較”或者說(shuō)“同一個(gè)損失負(fù)荷數(shù)是否就是同一級(jí)別事故的問(wèn)題”。

  然而當(dāng)采用相對(duì)值分析電網(wǎng)的停電事故時(shí)．自然考慮了電網(wǎng)規(guī)模變化的因素。從圖5中可以看出，冪律特性曲線尾部對(duì)應(yīng)事故的相對(duì)值在0.015～0.065，都是相對(duì)于電網(wǎng)裝機(jī)容量來(lái)說(shuō)的大停電事故，也就是說(shuō)不管哪個(gè)時(shí)段的停電事故．只要其規(guī)模在這個(gè)范圍之內(nèi)就是大停電事故．兇此圖5中的曲線所表征的正是系統(tǒng)所有大停電事故的分布特性。

  從表4所示的數(shù)據(jù)可以看出．采用相對(duì)值法后，西北電網(wǎng)2個(gè)時(shí)段的標(biāo)度一頻度曲線尾部同歸方程的冪律值（D=-1.912）是相同的：對(duì)于東北電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其2個(gè)時(shí)段的標(biāo)度一頻度曲線尾部回歸方程的冪律值雖有不同但差別不大，這樣對(duì)于東北電網(wǎng)和西北電網(wǎng)從1981-2010年的大停電事故冪律特性就可以用一個(gè)冪律值來(lái)衡量．從而避免了電網(wǎng)規(guī)模變化帶來(lái)的影響。

  從表4所示東北電網(wǎng)與西北電網(wǎng)的標(biāo)度一頻度曲線尾部回歸方程來(lái)看，東北電網(wǎng)的冪律值（D=-2.465）比西北電網(wǎng)的冪律值（D=-1.912）要小，說(shuō)明東北電網(wǎng)在同等相對(duì)值標(biāo)度下的頻度要小于西北電網(wǎng)，即假設(shè)兩個(gè)電網(wǎng)規(guī)模相同．由冪律值就可知西北電網(wǎng)發(fā)生大停電事故的頻度大．這進(jìn)一步說(shuō)明了東北電網(wǎng)比西北電網(wǎng)的穩(wěn)定性要好。

  通過(guò)以上分析可見(jiàn)，對(duì)電網(wǎng)停電事故損失負(fù)荷數(shù)采用相對(duì)值法處理后的優(yōu)點(diǎn)之一是：可以將電網(wǎng)在不同歷史時(shí)間段內(nèi)的大停電事故放在一起來(lái)分析研究，使其具有可比性。

  采用相對(duì)值法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以方便地對(duì)兩個(gè)或多個(gè)不同規(guī)模等級(jí)的電網(wǎng)進(jìn)行橫向比較．利用得到的標(biāo)度一頻度曲線及冪律值對(duì)電網(wǎng)的事故特性給出一個(gè)宏觀的判斷，以供電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行及規(guī)劃部門參考。

4結(jié)語(yǔ)

本文在原來(lái)對(duì)東北、西北電網(wǎng)停電事故統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，增加了近幾年的事故數(shù)據(jù)，形成了新的事故序列�？紤]到電網(wǎng)的規(guī)模處于不斷增長(zhǎng)的過(guò)程中，參考《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》提出了用相對(duì)值法來(lái)分析停電事故數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)停電事故數(shù)據(jù)相對(duì)值的分析表明，不同歷史時(shí)段的大規(guī)模停電事故服從冪律分布．驗(yàn)證了中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)具有自組織臨界性的典型特征。同時(shí)該方法還可以對(duì)不同規(guī)模的電網(wǎng)事故數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較，得出的宏觀結(jié)果可供電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行及規(guī)劃部門參考。

5摘要：考慮到電網(wǎng)的規(guī)模處于不斷增長(zhǎng)的過(guò)程中，給出了用電網(wǎng)總裝機(jī)容量對(duì)損失負(fù)荷取相對(duì)值，來(lái)分析電網(wǎng)停電事故白組織臨界特性的方法。通過(guò)對(duì)東北、西北電網(wǎng)1981-2002年和1981-2010年2個(gè)時(shí)間段內(nèi)停電事故數(shù)據(jù)相對(duì)值的分析，不同歷史時(shí)段的大規(guī)模停電事故服從冪律分布，進(jìn)一步證明了中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)具有門組織臨界性的典型特征。該方法用于事故損失數(shù)據(jù)處理后，排除了電網(wǎng)隨時(shí)間生長(zhǎng)對(duì)自組織臨界特性的影響因素，便于以事故損失數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)危險(xiǎn)程度進(jìn)行分級(jí)，同時(shí)還可以對(duì)不同規(guī)模的電網(wǎng)事故數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較．得出的宏觀結(jié)果可以供電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行及規(guī)劃部門參考。