輸電斷面識別的電力系統(tǒng)連鎖故障風險評估模型

華北電力大學（北京） 碩士學位論文 基于風險評估的電力系統(tǒng)脆弱性分析 姓名：潘軒 申請學位級別：碩士 專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化 指導教師：張建華 20080101

本文將脆弱性概念與風險理論相結合,提出了一種應用風險評估對電力系統(tǒng)脆弱性分析的方法。該方法基于風險評估方法將電力系統(tǒng)5定義為一個脆弱的系統(tǒng),以不同的安全指標建立風險后果模型,從脆弱源發(fā)生事故的概率和造成的后果兩方面入手進行電力系統(tǒng)的脆弱性評估。

電力系統(tǒng)的根本任務就是為用戶提供安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質的電力。但是在現(xiàn)代電力系統(tǒng)不斷向特高壓、大容量、自動化、智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)結構越來越復雜。輸配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的末端直接與用戶連接，其安全穩(wěn)定運行是能否保障用戶安全、經(jīng)濟用電的基礎。近些年國內外不斷發(fā)生的大面積停電事件也給我們敲響了警鐘，我國的專家學者也一直都重視電力系統(tǒng)安全方面的研究，但對電力系統(tǒng)的故障停電風險研究還不夠深入，對此需要引起重視。

我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展,社會生產(chǎn)生活對電力提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)的運行中,經(jīng)常會出現(xiàn)電力系統(tǒng)停電風險,阻礙電力的可持續(xù)供應。為了滿足市場的用電需求,電力行業(yè)必須對停電風險進行評估,采取有效的應急舉措,提升電力系統(tǒng)的運行效率。本文將具體探討電力系統(tǒng)停電風險評估指標及方法,希望能為相關人士提供一些參考。

電力系統(tǒng)的安全關系到國家的安全、社會的穩(wěn)定以及人民的生活。本文首先對電力系統(tǒng)安全風險評估的指標體系進行簡單的論述，其次詳細分析了基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)故障概率模型，然后對電力系統(tǒng)安全風險評估進行分析，最后對全文進行總結，提出一種基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)風險評估方法，該方法充分考慮了電力系統(tǒng)的不確定性、事故發(fā)生的概率及事故的后果，能較好的描述電力系統(tǒng)的安全風險水平，有效地克服了確定性方法的不足。

分析了電力系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)的機理,提出了以切機作為手段的暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制策略,建立了故障類型、系統(tǒng)結構、負荷水平、故障分布、故障在線路的位置、故障切除時間等6個影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的隨機因素的概率分布模型,最后提出了考慮上述隨機因素的暫態(tài)失穩(wěn)風險評估算法。該算法以蒙特卡洛模擬為基礎,以切機期望的方差系數(shù)作為抽樣結束的判據(jù)。仿真結果表明切機期望作為系統(tǒng)風險衡量指標是合理的,負荷水平和故障切除時間對風險有明顯影響,其他因素的影響很小。

風電是一種綠色可再生能源,在工業(yè)和經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天,對能源的發(fā)展和電力結構的調整起著非常重要的作用。同時風電又具有間歇性、波動性和反調峰特性,對電力系統(tǒng)的風險評估造成了一定的影響。因此在傳統(tǒng)電源規(guī)劃的風險評估中,加入風電場這個不確定因素,考慮風電場對電力系統(tǒng)電源規(guī)劃風險評估的影響。根據(jù)風電場的風速及強迫停運建立了風電場的可靠性模型,在此基礎上,將蒙特卡洛模擬技術與最小費用評估模型結合起來,形成了含風電場的最小費用模型,通過算例仿真計算比較不同方案的系統(tǒng)的風險指標,結果表明風電場的容量和位置對系統(tǒng)電源規(guī)劃風險評估的影響很大。

文章首先概述了電力系統(tǒng)風險評估的概念及基本理論,然后詳細介紹了風險評估中最為常用的蒙特卡洛法,主要分為序貫蒙特卡洛法和非序貫蒙特卡洛法。文章采用海南電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行風險評估分析,風險評估結果驗證了電力系統(tǒng)風險分析在電力系統(tǒng)中的有效性、可實踐性。

隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模的增加,新能源電力系統(tǒng)面臨的風險更加復雜,風險事件發(fā)生造成的危害和損失也越來越嚴重。為此,從電力系統(tǒng)風險管理的角度出發(fā),提出一個包含資源風險、技術風險、需求側風險和電網(wǎng)側風險的新能源電力系統(tǒng)風險評價指標體系。進而將模糊集合、物元模型和可拓分析理論相結合,提出一種基于模糊物元可拓的風險評價模型。該模型用模糊集合的方式將物元特征量值模糊化,使其可以更方便對新能源電力系統(tǒng)中風險的不確定性進行描述,同時兼顧了主客觀因素。算例的結果表明了該模型的有效性,同時也為新能源電力系統(tǒng)風險評價提出一個新的思路。

冰雪災害對電網(wǎng)造成的破壞與威脅不容忽視,分析覆冰對電網(wǎng)運行帶來的風險,制定合理的應對措施就顯得尤為重要。文章介紹了國內外冰雪災害對電力系統(tǒng)的影響,從基于覆冰動態(tài)增長的元件故障概率模型入手,結合電力系統(tǒng)風險評估模型,對冰雪災害下的電力系統(tǒng)進行風險評估研究,為制定融冰策略提供參考依據(jù)。

利用預想事故的時間裕度和發(fā)生概率定義了預想事故的風險指標,并定義了度量系統(tǒng)在特定類型事故集合下的暫態(tài)安全風險指標,然后據(jù)此提出了一種對系統(tǒng)進行暫態(tài)安全評估的方法。該方法使得將某類型預想事故的評價結果聯(lián)合起來評估全系統(tǒng)在該類型預想事故集合下的暫態(tài)安全性成為可能。計算實例驗證了該方法的有效性。

基于風險的電力系統(tǒng)靜態(tài)安全性評估綜述

采用多任務多機分攤并行計算的模式,利用計算機集群實現(xiàn)了一種求取電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定風險指標的方法。首先提出了一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)風險評估的指標,利用該指標的可加和性,將求取故障極限切除時間的海量計算任務分配到計算機集群的節(jié)點上進行并行計算,然后在協(xié)調機上匯總計算結果得到綜合的全系統(tǒng)風險指標。該方法既可用于運行方式部門進行離線的暫態(tài)安全分析,又可供調度人員進行在線暫態(tài)穩(wěn)定風險的快速預警。

基于風險的安全性評估方法在當前電力系統(tǒng)規(guī)模擴大和電力市場化改革深入的新情況下具有重要意義,從電力系統(tǒng)靜態(tài)安全性的角度介紹了電力系統(tǒng)安全性風險評估的定義,闡述了其研究內容和方法,并探討了其應用范圍與發(fā)展趨勢,為深入研究電力系統(tǒng)安全性風險評估奠定了基礎。

我國電力行業(yè)是壟斷性的行業(yè)，在這種壟斷性的運營模式下，其輸電系統(tǒng)中的投資規(guī)劃最主要是對其安全性和可靠性做一個保障的，其次才是系統(tǒng)能夠帶給電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。但是我國的經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的基本需求都離不開電能源的支持，所以，為了保障我國的發(fā)展和人們的生活，對電力市場進行了改革和更新，結果確實是將企業(yè)自身的效益最大化了，但卻忽略了其輸電系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此，本文針對電力系統(tǒng)的輸電投資評估模型的可靠性價值進行了簡單的研究。

只有提高模型及其參數(shù)的有效性才能提高先驗仿真結果的可信度。因此提高仿真可信度的第1步工作就是要建立模型有效性評估體系,使研究人員能詳細掌握所有模型及其參數(shù)的情況。分析了模型的建模理論、參數(shù)的來源及后驗仿真對模型有效性的影響,提出了基于這3方面因素的模型有效性評估方法,并分析了對模型有效性進行動態(tài)評估的重要性。最后給出了具體的指標動態(tài)修正流程,便于該評估體系用于生產(chǎn)實踐。

為了適應日趨復雜的繼電保護系統(tǒng)運行環(huán)境,克服傳統(tǒng)id3決策樹不能準確處理二義性數(shù)據(jù)的局限性,針對運行故障的多樣性和實際運行的復雜環(huán)境,將繼電保護設備運行狀態(tài)分為正常、注意、異常和嚴重狀態(tài),結合貝葉斯網(wǎng)絡,在id3決策樹的基礎上建立了基于多狀態(tài)貝葉斯決策樹的繼電保護系統(tǒng)風險評估模型。對南方電網(wǎng)某地區(qū)2014年到2017年的數(shù)據(jù)進行分析和處理,數(shù)據(jù)涉及到的繼電保護系統(tǒng)裝置有智能終端、合并單元、測控裝置、保護裝置等。案例分析表明,基于多狀態(tài)貝葉斯決策樹的繼電保護系統(tǒng)風險評估模型是有效和實用的,該模型以少許時間增長為代價,有效提高了模型的準確性。

本文分析了繼電保護模型對于電力系統(tǒng)動態(tài)仿真的重要意義，提出了電力系統(tǒng)仿真程序中繼電保護模型的建模方法，討論了用于電網(wǎng)動態(tài)特性分析的繼電保護模型接口仿真平臺的設計方案；利用psasp自帶的用戶程序接口功能，在psasp中引入了距離保護模型，初步實現(xiàn)了含繼電保護模型的暫態(tài)穩(wěn)定計算仿真。仿真結果表明，含線路保護模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真能夠更加真實地反映實際電力系統(tǒng)發(fā)生故障時的動態(tài)特性。

文章主要對電力系統(tǒng)機爐協(xié)調控制模型工作效益進行研究。本文綜合系統(tǒng)資料分析了電力系統(tǒng)機爐仿真模型的構建框架并在上述基礎上對電力系統(tǒng)機爐仿真模型功能板進行探究。文章以孤立電網(wǎng)頻率動態(tài)仿真為主,結合控制仿真模型對電力系統(tǒng)機爐控制模型效益進行分析,對仿真結果進行驗證。本文對電力系統(tǒng)機爐控制模型的完善具有一定的貢獻性作用。

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析都是采用確定性分析方法。這種方法以最嚴重但發(fā)生概率較低的故障來對系統(tǒng)進行電壓穩(wěn)定的校驗,其結果過于保守。風險評估的方法能較好地克服以上缺點。提出了一種計及多種不確定因素的暫態(tài)電壓穩(wěn)定風險評估方法。該方法將防止系統(tǒng)暫態(tài)電壓崩潰而采取的控制措施造成的控制成本作為系統(tǒng)失去暫態(tài)穩(wěn)定性的嚴重度,并基于所得到的風險指標對事故進行了篩選與排序。ieee-9節(jié)點系統(tǒng)的評估結果證明了所提方法的可行性。

風功率的隨機波動特性要求電網(wǎng)合理安排運行備用容量。評估大規(guī)模風電接入后電力系統(tǒng)的運行備用風險成為合理安排電網(wǎng)運行備用需要解決的首要問題。提出了一種基于擴展狀態(tài)空間分割法的含風電場的電力系統(tǒng)運行備用評估方法。該方法可以處理風機多狀態(tài)模型,同時考慮了風機自身的隨機停運和風速預測的不確定性,將全狀態(tài)空間劃分為2個區(qū)域,分別采用枚舉法和模擬法對2個子空間的系統(tǒng)狀態(tài)進行選擇,從而實現(xiàn)快速精確的風險評估。對我國某實際區(qū)域電網(wǎng)的計算分析驗證了該算法的正確性和有效性。

結合具體工程實例,通過影響支護方案選擇指標體系的建立和指標間相對模糊權重的確定,利用多層次模糊綜合評判法的原理進行了支護方案的選擇,保障了施工安全,提高了施工效率。