Cascading Failure Blocking Method Based on Coordination of  Multiple Types of Source-Grid-Load-Storage Resources

KANG Haipeng; ZHANG Heng; ZHANG Shenxi; CHENG Haozhong; LI Changcheng

doi:10.7500/AEPS20241009005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Cascading Failure Blocking Method Based on Coordination of Multiple Types of Source-Grid-Load-Storage Resources

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Cascading Failure Blocking Method Based on Coordination of Multiple Types of Source-Grid-Load-Storage Resources
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 1, Pages: 143-156(2026)
- 作者机构：
  
  1.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
  2.广西大学电气工程学院，广西壮族自治区南宁市 530004
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U23B6006)
- DOI：10.7500/AEPS20241009005
  CLC：
- Received：09 October 2024，
  
  Revised：2025-07-07，
  
  Online First：20 August 2025，
  
  Published：10 January 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
康海鹏,张衡,张沈习等.基于源-网-荷-储多类型资源协同的连锁故障阻断方法[J].电力系统自动化,2026,50(1):143-156.

KANG Haipeng,ZHANG Heng,ZHANG Shenxi,et al.Cascading Failure Blocking Method Based on Coordination of Multiple Types of Source-Grid-Load-Storage Resources[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):143-156.
康海鹏,张衡,张沈习等.基于源-网-荷-储多类型资源协同的连锁故障阻断方法[J].电力系统自动化,2026,50(1):143-156. DOI： 10.7500/AEPS20241009005.

KANG Haipeng,ZHANG Heng,ZHANG Shenxi,et al.Cascading Failure Blocking Method Based on Coordination of Multiple Types of Source-Grid-Load-Storage Resources[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):143-156. DOI： 10.7500/AEPS20241009005.

摘要

开展连锁故障防御研究对于保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。文中提出了基于源-网-荷-储多类型资源协同的连锁故障阻断方法，旨在解决现有阻断策略实施故障阶段选取方法考虑因素片面及多类型资源协同不充分造成的经济成本与停电风险高的问题。首先，考虑故障连锁演化过程中负荷分阶段损失特征，建立了改进的故障链风险评估指标。然后，考虑系统应对故障级联传播的反应能力及不同故障阶段处的风险增大程度，构建了基于时间-风险综合重要度的阻断策略实施故障阶段选取方法。最后，考虑源、网、荷、储侧资源在连锁故障阻断中的作用机制及互补潜力，提出了融合源侧多类电源出力调节特点、网侧输电网拓扑结构灵活调整能力、荷侧不同重要度负荷分级保供要求以及储能设备快速响应特性的连锁故障协同阻断模型。仿真结果表明，在所选取故障阶段处采用所提阻断方法可有效降低连锁故障引发的停电风险，显著提升阻断策略的经济性与电力系统的安全性。

Abstract

Conducting research on cascading failure defense is of great significance for ensuring the safe and stable operation of power systems. This paper proposes a cascading failure blocking method based on the coordination of multiple types of source-grid-load-storage resources

aiming to address the problems of high economic cost and blackout risk caused by the one-sided consideration of factors in the fault stage selection method for implementing existing blocking strategies and the insufficient coordination of multiple types of resources. First

considering the characteristics of phased load loss during the cascading evolution of faults

an improved fault chain risk assessment index is established. Then

considering the system response capability to fault cascading propagation and the degree of risk increase at different fault stages

a fault stage selection method for implementing blocking strategies based on the time-risk integrated importance is constructed. Finally

considering the mechanism and complementary potential of resources on the source

grid

load

and storage sides in cascading failure blocking

a coordinated cascading failure blocking model is proposed that integrates the characteristics of multi-type power output regulation on the source side

the flexible adjustment capability of the transmission network topology on the grid side

the graded power supply guarantee requirements for loads of various importance on the load side

and the rapid response characteristics of energy storage equipment. Simulation results show that applying the proposed blocking method at the selected fault stages can effectively reduce the blackout risk caused by cascading failures and significantly improve the economy of the blocking strategy and the safety of the power system.

关键词

Keywords

references

KANG H P ， LI C C . A novel time evolution-based cascading failure model considering auto-reclosers ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅱ： Express Briefs ， 2023 ， 70 （ 4 ）： 1570 - 1574 .

WU X Y ， WU D ， MODIANO E . Predicting failure cascades in large scale power systems via the influence model framework ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 5 ）： 4778 - 4790 .

LI L Z ， WU H ， SONG Y H ， et al . A state-failure-network method to identify critical components in power systems ［J］. Electric Power Systems Research ， 2020 ， 181 ： 106192 .

SUBRAMANYAM A ， ROTH J ， LAM A ， et al . Failure probability constrained AC optimal power flow ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 4683 - 4695 .

胡福年，陈灵娟，陈军 . 基于交流潮流的连锁故障建模与鲁棒性评估［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 18 ）： 35 - 43 .

HU Funian ， CHEN Lingjuan ， CHEN Jun . Cascading failure modeling and robustness evaluation based on AC power flow ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 18 ）： 35 - 43 .

LIU J ， LIANG X L ， LEI P F . Capacity allocation strategy against cascading failure of complex network ［J］. Journal of Systems Engineering and Electronics ， 2024 ， 35 （ 6 ）： 1507 - 1515 .

DEY P ， MEHRA R ， KAZI F ， et al . Impact of topology on the propagation of cascading failure in power grid ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 4 ）： 1970 - 1978 .

刘彤，李少岩，顾雪平，等 . 基于图注意力网络算法的电网连锁故障关键线路辨识［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5448 - 5459 .

LIU Tong ， LI Shaoyan ， GU Xueping ， et al . Critical line identification of cascading failures in power grid based on graph attention network algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5448 - 5459 .

GUO Z P ， SU X W ， SUN K ， et al . Analysis and mitigation of cascading failures using a stochastic interaction graph with eigen-analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2025 ， 40 （ 2 ）： 1675 - 1685 .

AZZOLIN A ， DUEÑAS-OSORIO L ， CADINI F ， et al . Electrical and topological drivers of the cascading failure dynamics in power transmission networks ［J］. Reliability Engineering & System Safety ， 2018 ， 175 ： 196 - 206 .

任建文，魏俊姣，谷雨峰 . 基于多目标粒子群优化算法的连锁跳闸预防控制［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 7 ）： 53 - 59 .

REN Jianwen ， WEI Junjiao ， GU Yufeng . Preventive control based on multi-objective particle swarm optimization algorithm for cascading trips ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 7 ）： 53 - 59 .

甘国晓，耿光超，高波，等 . 考虑线路停运概率的电力系统连锁故障阻断控制［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 1 ）： 266 - 272 .

GAN Guoxiao ， GENG Guangchao ， GAO Bo ， et al . Blocking control of power system cascading failures considering line outages probability ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 266 - 272 .

刘雨濛，顾雪平，王涛 . 计及传播路径的电力系统连锁故障多阶段阻断控制［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 12 ）： 151 - 157 .

LIU Yumeng ， GU Xueping ， WANG Tao . Multi-stage blocking control of power system cascading failures considering propagation path ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 151 - 157 .

丁明，钱宇骋，张晶晶，等 . 基于风险评估的电力系统连锁故障协调控制模型［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 7 ）： 1 - 8 .

DING Ming ， QIAN Yucheng ， ZHANG Jingjing ， et al . Coordinated control model of power system cascading failures based on risk assessment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 7 ）： 1 - 8 .

黄思琪，李长城，康海鹏 . 计及输电线路开断时间的连锁故障快速阻断控制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 111 - 120 .

HUANG Siqi ， LI Changcheng ， KANG Haipeng . Fast blocking control strategy against cascading failures considering tripping time of transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 111 - 120 .

PARK B ， SU X W ， SUN K . An enhanced OPA model： incorporating dynamically induced cascading failures ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 4962 - 4965 .

LI L Z ， LIU L ， WU H ， et al . Identification of critical hidden failure line based on state-failure-network ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2022 ， 10 （ 1 ）： 40 - 49 .

KIRSCHEN D S ， JAYAWEERA D ， NEDIC D P ， et al . A probabilistic indicator of system stress ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2004 ， 19 （ 3 ）： 1650 - 1657 .

YAN J ， TANG Y F ， HE H B ， et al . Cascading failure analysis with DC power flow model and transient stability analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 1 ）： 285 - 297 .

刘文霞，张书宁，张艺伟，等 . 计及系统运行状态转换的含风电电力通信耦合网络连锁故障建模［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 3 ）： 960 - 973 .

LIU Wenxia ， ZHANG Shuning ， ZHANG Yiwei ， et al . Cascading failure modeling of power communication coupled network with wind power considering system operating state transition ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 3 ）： 960 - 973 .

徐迪，王洪涛 . 基于随机潮流和风险价值的含大规模风电系统高风险连锁故障评估［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 2 ）： 400 - 409 .

XU Di ， WANG Hongtao . High risk cascading outage assessment in power systems with large-scale wind power based on stochastic power flow and value at risk ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 400 - 409 .

EPPSTEIN M J ， HINES P D H . A “random chemistry” algorithm for identifying collections of multiple contingencies that initiate cascading failure ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 3 ）： 1698 - 1705 .

张安安，李静，林冬，等 . 考虑天然气管网极限风险影响的电-气耦合系统连锁故障模型［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 21 ）： 7275 - 7285 .

ZHANG An’an ， LI Jing ， LIN Dong ， et al . A cascading failure model of electricity-gas coupling system considering the influence of limit risk of natural gas pipeline network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 21 ）： 7275 - 7285 .

周景，张衡，刘盾盾，等 . 考虑连锁故障的输电网扩展规划方法［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 12 ）： 136 - 142 .

ZHOU Jing ， ZHANG Heng ， LIU Dundun ， et al . Expansion planning method of transmission network considering cascading failures ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 136 - 142 .

邓步青，文云峰，于琳琳，等 . 限流器配置与网架结构优化协同的受端电网短路电流抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 151 - 161 .

DENG Buqing ， WEN Yunfeng ， YU Linlin ， et al . Short-circuit current suppression strategy for receiving-end power grid based on coordination of current limiter configuration and network structure optimization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 151 - 161 .

顾雪平，白岩松，李少岩，等 . 考虑风电不确定性的电力系统恢复全过程两阶段鲁棒优化方法［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 21 ）： 5462 - 5477 .

GU Xueping ， BAI Yansong ， LI Shaoyan ， et al . Two stage robust optimization method for the whole-process power system restoration considering wind power uncertainty ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 21 ）： 5462 - 5477 .

余鹏飞，熊小伏，朱继忠，等 . 基于储能参与的电网连锁跳闸主动防控方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 1 ）： 119 - 130 .

YU Pengfei ， XIONG Xiaofu ， ZHU Jizhong ， et al . Active prevention and control method against power grid cascading tripping based on participation of energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 119 - 130 .

国家标准化管理委员会 . 风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

Standardization Administration of the People’s Republic of China . Technical specification for connecting wind farm to power system： Part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

张晶晶，杨洋，李小燕，等 . 考虑安全和经济的电力系统连锁故障协调控制模型［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 16 ）： 4784 - 4791 .

ZHANG Jingjing ， YANG Yang ， LI Xiaoyan ， et al . Coordinated control model of power system cascading failure considering security and economy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 16 ）： 4784 - 4791 .

BAO Z J ， JIANG Z W ， WU Lei . Evaluation of bi-directional cascading failure propagation in integrated electricity-natural gas system ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 121 ： 106045 ．

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Risk Assessment of Cascading Failures in Electricity-Gas Interconnection System Considering Multi-states of Components

Topology and Control Strategy of Soft Open Point Integrated with Photovoltaic and Energy Storage for Medium-voltage Grid Connection

Identification of Expanded Key Links for Cascading Failures Based on Structural Relationship and Risk Quantification

Related Author

NAN Lu

MA Yiyang

HE Chuan

WANG Jingyue

ZHU Di

LIU Chuang

SUN Heyang

LUO Chenhao

Related Institution

College of Electrical Engineering, Sichuan University

School of Electrical Engineering, Northeast Electric Power University

School of Electrical Engineering, Sichuan University

Human Resources Development and Archives Center of Sichuan Provincial Water Resources

Wuxi Power Supply Company of State Grid Jiangsu Electric Power Company

⁰