輸電斷面識(shí)別的電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

華北電力大學(xué)（北京） 碩士學(xué)位論文 基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的電力系統(tǒng)脆弱性分析 姓名：潘軒 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：張建華 20080101

本文將脆弱性概念與風(fēng)險(xiǎn)理論相結(jié)合,提出了一種應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)電力系統(tǒng)脆弱性分析的方法。該方法基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法將電力系統(tǒng)5定義為一個(gè)脆弱的系統(tǒng),以不同的安全指標(biāo)建立風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)行電力系統(tǒng)的脆弱性評(píng)估。

電力系統(tǒng)的根本任務(wù)就是為用戶提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)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(dòng)化、智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)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(yùn)行是能否保障用戶安全、經(jīng)濟(jì)用電的基礎(chǔ)。近些年國(guó)內(nèi)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(guó)的專家學(xué)者也一直都重視電力系統(tǒng)安全方面的研究，但對(duì)電力系統(tǒng)的故障停電風(fēng)險(xiǎn)研究還不夠深入，對(duì)此需要引起重視。

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展,社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)電力提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電力系統(tǒng)停電風(fēng)險(xiǎn),阻礙電力的可持續(xù)供應(yīng)。為了滿足市場(chǎng)的用電需求,電力行業(yè)必須對(duì)停電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,采取有效的應(yīng)急舉措,提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。本文將具體探討電力系統(tǒng)停電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)及方法,希望能為相關(guān)人士提供一些參考。

電力系統(tǒng)的安全關(guān)系到國(guó)家的安全、社會(huì)的穩(wěn)定以及人民的生活。本文首先對(duì)電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述，其次詳細(xì)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(duì)電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行分析，最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，提出一種基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(fēng)險(xiǎn)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(jī)理,提出了以切機(jī)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(jié)構(gòu)、負(fù)荷水平、故障分布、故障在線路的位置、故障切除時(shí)間等6個(gè)影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的隨機(jī)因素的概率分布模型,最后提出了考慮上述隨機(jī)因素的暫態(tài)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法。該算法以蒙特卡洛模擬為基礎(chǔ),以切機(jī)期望的方差系數(shù)作為抽樣結(jié)束的判據(jù)。仿真結(jié)果表明切機(jī)期望作為系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)衡量指標(biāo)是合理的,負(fù)荷水平和故障切除時(shí)間對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有明顯影響,其他因素的影響很小。

風(fēng)電是一種綠色可再生能源,在工業(yè)和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天,對(duì)能源的發(fā)展和電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整起著非常重要的作用。同時(shí)風(fēng)電又具有間歇性、波動(dòng)性和反調(diào)峰特性,對(duì)電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估造成了一定的影響。因此在傳統(tǒng)電源規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,加入風(fēng)電場(chǎng)這個(gè)不確定因素,考慮風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電源規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速及強(qiáng)迫停運(yùn)建立了風(fēng)電場(chǎng)的可靠性模型,在此基礎(chǔ)上,將蒙特卡洛模擬技術(shù)與最小費(fèi)用評(píng)估模型結(jié)合起來(lái),形成了含風(fēng)電場(chǎng)的最小費(fèi)用模型,通過(guò)算例仿真計(jì)算比較不同方案的系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),結(jié)果表明風(fēng)電場(chǎng)的容量和位置對(duì)系統(tǒng)電源規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響很大。

文章首先概述了電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念及基本理論,然后詳細(xì)介紹了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證了電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析在電力系統(tǒng)中的有效性、可實(shí)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(fēng)險(xiǎn)更加復(fù)雜,風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生造成的危害和損失也越來(lái)越嚴(yán)重。為此,從電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理的角度出發(fā),提出一個(gè)包含資源風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、需求側(cè)風(fēng)險(xiǎn)和電網(wǎng)側(cè)風(fēng)險(xiǎn)的新能源電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。進(jìn)而將模糊集合、物元模型和可拓分析理論相結(jié)合,提出一種基于模糊物元可拓的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(duì)新能源電力系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)的不確定性進(jìn)行描述,同時(shí)兼顧了主客觀因素。算例的結(jié)果表明了該模型的有效性,同時(shí)也為新能源電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提出一個(gè)新的思路。

冰雪災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)造成的破壞與威脅不容忽視,分析覆冰對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),制定合理的應(yīng)對(duì)措施就顯得尤為重要。文章介紹了國(guó)內(nèi)外冰雪災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的影響,從基于覆冰動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的元件故障概率模型入手,結(jié)合電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,對(duì)冰雪災(zāi)害下的電力系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究,為制定融冰策略提供參考依據(jù)。

利用預(yù)想事故的時(shí)間裕度和發(fā)生概率定義了預(yù)想事故的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),然后據(jù)此提出了一種對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行暫態(tài)安全評(píng)估的方法。該方法使得將某類型預(yù)想事故的評(píng)價(jià)結(jié)果聯(lián)合起來(lái)評(píng)估全系統(tǒng)在該類型預(yù)想事故集合下的暫態(tài)安全性成為可能。計(jì)算實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性。

基于風(fēng)險(xiǎn)的電力系統(tǒng)靜態(tài)安全性評(píng)估綜述

采用多任務(wù)多機(jī)分?jǐn)偛⑿杏?jì)算的模式,利用計(jì)算機(jī)集群實(shí)現(xiàn)了一種求取電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的方法。首先提出了一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo),利用該指標(biāo)的可加和性,將求取故障極限切除時(shí)間的海量計(jì)算任務(wù)分配到計(jì)算機(jī)集群的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行并行計(jì)算,然后在協(xié)調(diào)機(jī)上匯總計(jì)算結(jié)果得到綜合的全系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。該方法既可用于運(yùn)行方式部門進(jìn)行離線的暫態(tài)安全分析,又可供調(diào)度人員進(jìn)行在線暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)的快速預(yù)警。

基于風(fēng)險(xiǎn)的安全性評(píng)估方法在當(dāng)前電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和電力市場(chǎng)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的定義,闡述了其研究?jī)?nèi)容和方法,并探討了其應(yīng)用范圍與發(fā)展趨勢(shì),為深入研究電力系統(tǒng)安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

我國(guó)電力行業(yè)是壟斷性的行業(yè)，在這種壟斷性的運(yùn)營(yíng)模式下，其輸電系統(tǒng)中的投資規(guī)劃最主要是對(duì)其安全性和可靠性做一個(gè)保障的，其次才是系統(tǒng)能夠帶給電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的基本需求都離不開(kāi)電能源的支持，所以，為了保障我國(guó)的發(fā)展和人們的生活，對(duì)電力市場(chǎng)進(jìn)行了改革和更新，結(jié)果確實(shí)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(duì)電力系統(tǒng)的輸電投資評(píng)估模型的可靠性價(jià)值進(jìn)行了簡(jiǎn)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(yàn)仿真結(jié)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(píng)估體系,使研究人員能詳細(xì)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(lái)源及后驗(yàn)仿真對(duì)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(píng)估方法,并分析了對(duì)模型有效性進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估的重要性。最后給出了具體的指標(biāo)動(dòng)態(tài)修正流程,便于該評(píng)估體系用于生產(chǎn)實(shí)踐。

為了適應(yīng)日趨復(fù)雜的繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境,克服傳統(tǒng)id3決策樹(shù)不能準(zhǔn)確處理二義性數(shù)據(jù)的局限性,針對(duì)運(yùn)行故障的多樣性和實(shí)際運(yùn)行的復(fù)雜環(huán)境,將繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分為正常、注意、異常和嚴(yán)重狀態(tài),結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò),在id3決策樹(shù)的基礎(chǔ)上建立了基于多狀態(tài)貝葉斯決策樹(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。對(duì)南方電網(wǎng)某地區(qū)2014年到2017年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,數(shù)據(jù)涉及到的繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置有智能終端、合并單元、測(cè)控裝置、保護(hù)裝置等。案例分析表明,基于多狀態(tài)貝葉斯決策樹(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型是有效和實(shí)用的,該模型以少許時(shí)間增長(zhǎng)為代價(jià),有效提高了模型的準(zhǔn)確性。

本文分析了繼電保護(hù)模型對(duì)于電力系統(tǒng)動(dòng)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(hù)模型的建模方法，討論了用于電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性分析的繼電保護(hù)模型接口仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)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(hù)模型，初步實(shí)現(xiàn)了含繼電保護(hù)模型的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算仿真。仿真結(jié)果表明，含線路保護(hù)模型的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真能夠更加真實(shí)地反映實(shí)際電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。

文章主要對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制模型工作效益進(jìn)行研究。本文綜合系統(tǒng)資料分析了電力系統(tǒng)機(jī)爐仿真模型的構(gòu)建框架并在上述基礎(chǔ)上對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)爐仿真模型功能板進(jìn)行探究。文章以孤立電網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)仿真為主,結(jié)合控制仿真模型對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)爐控制模型效益進(jìn)行分析,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本文對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)爐控制模型的完善具有一定的貢獻(xiàn)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(yán)重但發(fā)生概率較低的故障來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電壓穩(wěn)定的校驗(yàn),其結(jié)果過(guò)于保守。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法能較好地克服以上缺點(diǎn)。提出了一種計(jì)及多種不確定因素的暫態(tài)電壓穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(yán)重度,并基于所得到的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)事故進(jìn)行了篩選與排序。ieee-9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果證明了所提方法的可行性。

風(fēng)功率的隨機(jī)波動(dòng)特性要求電網(wǎng)合理安排運(yùn)行備用容量。評(píng)估大規(guī)模風(fēng)電接入后電力系統(tǒng)的運(yùn)行備用風(fēng)險(xiǎn)成為合理安排電網(wǎng)運(yùn)行備用需要解決的首要問(wèn)題。提出了一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間分割法的含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)運(yùn)行備用評(píng)估方法。該方法可以處理風(fēng)機(jī)多狀態(tài)模型,同時(shí)考慮了風(fēng)機(jī)自身的隨機(jī)停運(yùn)和風(fēng)速預(yù)測(cè)的不確定性,將全狀態(tài)空間劃分為2個(gè)區(qū)域,分別采用枚舉法和模擬法對(duì)2個(gè)子空間的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行選擇,從而實(shí)現(xiàn)快速精確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)我國(guó)某實(shí)際區(qū)域電網(wǎng)的計(jì)算分析驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性。

結(jié)合具體工程實(shí)例,通過(guò)影響支護(hù)方案選擇指標(biāo)體系的建立和指標(biāo)間相對(duì)模糊權(quán)重的確定,利用多層次模糊綜合評(píng)判法的原理進(jìn)行了支護(hù)方案的選擇,保障了施工安全,提高了施工效率。