CN101282041A - 基于实用动态安全域的输电系统的动态安全风险评估与优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险评估与优化方法，其中：风险评估方法是通过建立基于实用动态安全域的动态不安全风险评估模型，在动态不安全风险计算中计及了系统安全控制措施和节点注入功率的不确定性对风险的影响；风险优化方法是通过确定和划分预想事故集合Γ＝Γ₁∪Γ₂，进行风险控制优化，建立针对主导预想事故集的风险控制的最优化模型。风险评估模型在输电系统动态风险评估中能够计及节点注入功率的不确定性，极大地降低动态安全风险评估的计算量。动态风险优化模型针对采取控制措施前的期望运行点和安全控制预想事故集Γ₁中的预想事故，实现综合控制措施的优化计算。优化计算结果可用于进行预防控制和紧急控制决策的指导。

Description

基于实用动态安全域的输电系统的动态安全风险评估与优化方法

技术领域

本发明涉及基于实用动态安全域的电力输电系统，特别是涉及一种对该电力输电系统的进行安全风险的动态监视、评估和优化的方法。

背景技术

与很多实际应用一样，本领域现有技术也存在着经济和技术安全两方面的相互制约。一方面，在市场竞争和经济利益的驱使下，用户希望其电力系统的运行状态越来越接近系统的稳定极限，也就是希望使用效率越高越好，这样一来，导致了系统可靠性的下降。另一方面，电力系统不能忽视技术安全方面的监控，电力工业系统多年来采用的N-1准则目前已不足以保持系统合理的可靠性水平，但是对于更高的电力系统稳定边界N-2或N-3的规划原则，在实际应用中，业界又认为其缺乏经济上的合理性。在这样的情况下，对于电力系统设计者来说，一种可行的选择就是在电力系统规划和运行中引进风险管理方法，以使系统的风险水平保持在可接受的范围之内。因此有必要开发在线概率安全风险评估系统。

但是，在线概率安全风险评估系统能实时给出输电系统短期内的系统风险水平，需要考虑各种不确定因素，计算量大，计算速度要求高。定义于注入功率空间的实用动态安全域(PDSR)把安全域表达为注入功率的线性组合的不等式约束形式，从而可以大大降低概率的安全性评估计算量，可使一大类电力系统调度最优化问题中暂态稳定约束难以处理这一棘手的问题变得十分简易。因此有必要基于实用动态安全域以及输电系统中存在的各种不确定因素，来实现输电系统概率风险评估。此外，预防控制和紧急控制措施是对系统风险有很大影响的，通过预防控制和紧急控制措施以及事故集合的合理划分可以提供最优的系统风险水平和最优的控制方案，用于辅助运行人员，通过综合考虑经济和系统安全控制指标，进行预防控制和紧急控制决策。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提出了一种基于实用动态安全域的输电系统的动态安全风险评估与优化方法，首先，通过建立一种基于实用动态安全域的动态不安全风险评估和优化模型，在动态不安全风险计算中计及了系统安全控制措施和节点注入功率的不确定性对风险的影响，

其次，本发明借助一种确定和划分预想事故集合Γ＝Γ₁∪Γ₂的方法，并以系统动态不安全风险最小为目标，建立了针对主导预想事故集的一种风险控制的最优化模型。风险优化可分为两层进行，外层为对预想控制集合的优化(即确定优化的(Γ_1p，Γ_1e))，内层为针对一个既定的事故子集(Γ_1p，Γ_1e)进行的综合安全控制成本的优化，最优化模型中以实用动态安全域的临界超平面为暂态稳定约束。

本发明提出了一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险评估方法，通过建立基于实用动态安全域的动态不安全风险评估模型，在动态不安全风险计算中计及了系统安全控制措施和节点注入功率的不确定性对风险的影响，该方法包括如下步骤：

步骤1：从EMS采集所需要的电力系统数据，进行事故扫描确定动态安全风险评估的初始预想事故集；

步骤2：基于采集到的电力系统数据和预想事故集中的每个既定预想事故，求取实用动态安全域的临界超平面系数；

步骤3：按照事故对系统动态不安全概率的贡献作为排序指标进行排序，将初始预想事故集中事故的动态不安全概率与动态不安全概率截断阈值ε进行比较，去除小于动态不安全概率截断阈值的事故，得到如下定义的主导预想事故集Γ

Γ：＝{E_i|Pr(DIS∩E_i)≥ε}

式中应用超平面形式的实用动态安全域计算动态不安全概率，E_i为预想事故集合中的第i个事故发生的事件；DIS表示系统动态不安全；

步骤4：将主导预想事故集Γ继续划分为两部分，其中一部分事故需要采取预防控制措施或紧急控制措施，以保证该预想事故集中的事故发生后系统是动态安全的，这些事故构成安全控制事故集Γ₁；集合Γ中不采取预防控制或紧急控制措施的其它事故构成无安全控制事故集Γ₂，再根据采取安全控制措施的不同，将安全控制事故集Γ₁进一步划分为两个子集，预防控制稳定事故集Γ_1p和紧急控制稳定事故集Γ_1e，对Γ_1p中的事故采取预防控制措施保证暂态稳定，对Γ_1e中的事故采取紧急控制措施保证暂态稳定。Γ_1p和Γ_1e的定义为

${\mathrm{\Γ}}_{1p}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d\left(E_i\right),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}$

${\mathrm{\Γ}}_{1e}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d(E_i,e_i),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}$

式中Ω_d(E_i)为事件E_i的基本实用动态安全域，e_i为针对事件E_i采取的紧急控制措施，Ω_d(E_i，e_i)为采取紧急控制措施e_i后的扩展实用动态安全域，y＝y₀+ζ为再调度后的节点有功注入向量，y₀为再调度前的节点有功注入功率向量，ζ为再调度功率向量；其中再调度是指采取预防控制/紧急控制措施；

集合Γ_1p和Γ_1e是针对注入功率向量y₀的期望值所确定的，其中y₀是随机向量。

步骤5：计算动态不安全风险

计及节点注入功率不确定性的影响后，系统动态不安全风险由下式计算

$R\left(y\right)=\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}(\mathrm{DIS}\∩E_i)\mathrm{Im}(y,E_i)={\mathrm{Im}}^{\mathrm{pre}}\left(y\right)+\underset{E_i\∈{\mathrm{\Γ}}_{1e}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(E_i\right){\mathrm{Im}}^{\mathrm{emer}}(E_i,e_i)$

$+\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(E_i\right)\mathrm{Pr}\left(\mathrm{DIS}\right|E_i){\mathrm{Im}}^{\mathrm{out}}\left(E_i\right)$

式中前两项为针对预想事故集合Γ_1p和Γ_1e中的事故分别采取预防控制和紧急控制措施的期望控制成本，其根据控制前的期望注入功率计算，第三项为计及节点注入功率不确定性后安全控制无效的影响，其中第三项的计算采用实用动态安全域(PDSR)的临界超平面计算。

本发明还提出了一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险优化方法，通过确定和划分预想事故集合Γ＝Γ₁∪Γ₂，进行风险控制优化，建立针对主导预想事故集的一种风险控制的最优化模型，该方法包括以下步骤：

步骤1：首先进行初始风险计算。令初始安全控制预想事故集合Γ₁＝Γ，进行预防控制和紧急控制控制成本优化，计算期望预防控制成本和期望紧急控制成本、控制无效影响和系统总风险；其中预防控制和紧急控制成本优化需要分两步进行，一是求取对于给定的Γ_1p和Γ_1e进行控制成本的优化计算，即选择控制总成本最小的预防控制和紧急控制方案；二是对预想事故集合Γ₁＝Γ_1p∪Γ_1e(其中Γ_1p∩Γ_1e是空集)进行优化划分；

步骤2：对Γ₁中的事故按影响大小排序，将其中影响最小的事故并入无安全控制事故集Γ₂中，形成新的安全控制事故集Γ₁；

步骤3：针对采取控制措施前的期望运行点和新的安全控制事故集Γ₁中的预想事故，重新进行综合控制措施的优化计算，计算期望预防控制成本和期望紧急控制成本、控制无效影响和系统总风险；

步骤4：计算Γ₁中预想事故由于负荷不确定性产生的系统控制无效的风险值和Γ₂中预想事故的风险值，得到系统总的风险；

步骤5：判断系统总的风险是否比上次减小，若减小则转回步骤2，继续计算；否则结束计算，输出系统风险值、控制成本、紧急控制措施e、再调度运行点y和安全控制事故集合Γ₁等优化结果。

其中：在风险评估方法的步骤3和步骤5中采用实用动态安全域计算输电系统概率安全指标和风险指标，能够比较容易地计及节点注入功率的不确定性，可以极大地降低动态安全风险评估的计算量，在风险优化方法中以实用动态安全域的临界超平面为暂态稳定约束。此类约束为线性不等式方程形式，在风险控制优化问题中非常容易处理暂态稳定约束。

本发明与现有技术相比，本发明能够比较容易地计及节点注入功率的不确定性，可以极大地降低动态安全风险评估的计算量，优化模型中以实用动态安全域的临界超平面为暂态稳定约束，此类约束为线性不等式方程，在优化问题中比较容易处理；并且，在实施效果方面，不仅能够兼顾电力系统的预防控制和紧急控制决策等系统安全控制指标，而且能够兼顾电力系统的更大经济效益的保证。

附图说明

图1是动态不安全风险计算流程图；

图2是输电系统动态安全风险控制最优化计算流程图；

图3是IEEE39节点系统结构图；

图4为风险指标与综合安全控制事故个数关系图；

表1为预想事故的排序结果；

表2为不同控制方案系统风险比较；

表3为优化后的紧急控制子集和控制措施。

具体实施方式

首先，对基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险评估方法的技术方案的步骤1至步骤4进行具体描述：

步骤1：通过EMS数据接口程序采集所需要的电力系统数据，例如，包括网络的物理接线和潮流分布状态，进行事故扫描，对每一个事故进行短时间仿真，生成该事故的能量裕度特征向量，对特征向量进行聚类分析得到k值，k值大于分界值的故障为严重的事故，由事故扫描的选出的严重事故组成动态安全风险评估的初始预想事故集；

步骤2：基于采集到的电力系统数据和预想事故数据集合中的每个既定预想事故，求取实用动态安全域的临界超平面系数；确定临界超平面系数时，首先用数值仿真计算求解出一个基本临界注入点，然后在这个注入点上，分别通过对事故前、事故中和事故后系统进行有功功率的小扰动分析，推导出动态安全域临界面的法线方向，进而利用点法式的方法确定PDSR的临界面方程：

$\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{P}_k=1$

式中a_k为临界面方程系数；P_k为描述系统暂态功角稳定的临界节点注入有功功率；

步骤3：按照事故对系统动态不安全概率的贡献作为排序指标进行排序，将初始预想事故集中事故的动态不安全概率与动态不安全概率截断阈值ε进行比较，去除小于动态不安全概率截断阈值的事故，得到如下定义的主导预想事故集Γ

Γ：＝{E_i|Pr(DIS∩E_i)≥ε}

式中应用超平面形式的实用动态安全域计算动态不安全概率，E_i为预想事故集合中的第i个事故发生的事件；DIS表示系统动态不安全；

步骤4：将主导预想事故集Γ继续划分为两部分，其中一部分事故需要采取预防控制措施或紧急控制措施，以保证该预想事故集中的事故发生后系统是动态安全的，这些事故构成安全控制事故集Γ₁；集合Γ中不采取预防控制或紧急控制措施的其它事故构成无安全控制事故集Γ₂，再根据采取安全控制措施的不同，将安全控制事故集Γ₁进一步划分为两个子集，预防控制稳定事故集Γ_1p和紧急控制稳定事故集Γ_1e，对Γ_1p中的事故采取预防控制措施保证暂态稳定，对Γ_1e中的事故采取紧急控制措施保证暂态稳定。Γ_1p和Γ_1e的定义为

${\mathrm{\Γ}}_{1p}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d\left(E_i\right),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}$

${\mathrm{\Γ}}_{1e}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d(E_i,e_i),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}$

式中Ω_d(E_i)为事件E_i的基本实用动态安全域，e_i为针对事件E_i采取的紧急控制措施，Ω_d(E_i，e_i)为采取紧急控制措施e_i后的扩展实用动态安全域，y＝y₀+ζ为再调度后的节点有功注入向量，y₀为再调度前的节点有功注入功率向量，ζ为再调度功率向量；其中再调度是指采取预防控制或紧急控制措施；

集合Γ_1p和Γ_1e是针对注入功率向量y₀的期望值所确定的，其中y₀是随机向量。

下面结合附图及实施例，对本发明作详细说明。

1动态安全风险评估模型

1.1动态不安全风险的定义

动态不安全风险是由于事故发生后系统失去暂态稳定产生的。事故发生后的影响包括切机、切负荷以及系统崩溃造成的直接损失和间接损失(社会、政治影响)。动态不安全风险指标可由下式计算

$R\left(y\right)=\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}(\mathrm{DIS}\∩E_i)\mathrm{Im}(y,E_i)---\left(1\right)$

式中R表示动态不安全风险；DIS表示系统动态不安全；Im表示影响y＝y₀+ζ为再调度后的节点有功注入向量，y₀为再调度前的节点有功注入功率向量，ζ为再调度功率向量；Pr(DIS∩E_i)为给定事件E_i的系统动态不安全概率；E_i为预想事故集合中的第i个事故发生的事件；Γ为预想事故集。

式(1)中的Pr(DIS∩E_i)可由下式计算

Pr(DIS∩E_i)＝Pr(E_i)Pr(DIS|E_i)                     (2)

式中Pr(E_i)为事件E_i发生的概率；Pr(DIS|E_i)为给定事件E_i的系统动态不安全条件概率。

式(2)中的第二项的计算，应用超平面形式的实用动态安全域，可以比较容易地计及节点注入功率y的不确定性。

1.2预想事故集合的确定

首先从EMS采集所需要的电力系统数据，进行事故扫描确定动态安全风险评估的初始预想事故集。然后按照事故对系统动态不安全概率的贡献作为排序指标进行排序，将初始预想事故集中事故的动态不安全概率与动态不安全概率截断阈值ε进行比较，略去小于动态不安全概率截断阈值的事故，即预想事故集合中只计入系统不安全概率指标贡献较大的事故，得到如下定义的主导预想事故集Γ

Γ：＝{E_i|Pr(DIS∩E_i)≥ε}                                   (3)

式中ε为动态不安全概率截断阈值。

在线安全风险评估时，还需要对由式(3)得到的预想事故集合Γ继续划分。这里将Γ分为两部分，其中一部分事故需要采取预防控制措施或紧急控制措施，以保证该集合中的事故发生后系统是动态安全的，这些事故构成集合Γ₁；集合Γ中不采取预防控制或紧急控制措施的其它事故构成集合Γ₂。显然集合Γ₁中的事故的发生概率和事故后的动态不安全概率应比较大，而集合Γ₂中的事故的发生概率和事故后的动态不安全概率相对较小，因此对此集合中的事故可以不采取安全控制措施(事实上不可能对所有的事故均保证系统安全)。称集合Γ₁为安全控制事故集，称集合Γ₂为无安全控制事故集。

能够采取的安全控制措施包括预防控制措施和紧急控制措施两种。根据采取安全控制措施的不同，进一步可以将预想事故集合Γ₁分为两个子集，分别定义为

1)采取预防控制措施保证暂态稳定事故集

${\mathrm{\Γ}}_{1p}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d\left(E_i\right),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}---\left(4\right)$

式中Ω_d(E_i)为事故E_i的基本实用动态安全域(BPDSR)。

2)采取紧急控制措施保证暂态稳定事故集

${\mathrm{\Γ}}_{1e}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d(E_i,e_i),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}---\left(5\right)$

式中e_i为针对事件E_i采取的紧急控制措施，Ω_d(E_i，e_i)为采取紧急控制措施e_i后的扩展实用动态安全域(EPDSR)。

由于采取控制措施前的注入功率向量y₀是随机向量，为了便于进行划分，集合Γ_1p和Γ_1e是针对注入y₀的期望值所确定的。将集合Γ_1p和Γ_1e分别称为预防控制稳定事故集和紧急控制稳定事故集。

对某些事故采用预防性控制保证系统是暂态稳定的，实际是通过再调度等措施改变系统的运行点使其拉回到基本实用动态安全域内；而对某些事故采用紧急控制措施保证系统是暂态稳定的，是通过切机、切负荷来扩大基本实用动态安全域，从而使运行点位于扩展实用动态安全域内。实际进行安全控制时，为了降低总的安全控制成本可以把两种控制方法结合起来进行。首先用预防控制把运行点y₀拉到集合Γ_1p中的预想事故的安全域的一点y，或接近该域。对于后一情况，需要为Γ_1e中的每一事故选择一种紧急控制措施，使事故相应的扩展动态安全域能包含y。本发明采用综合控制的方法进行安全控制。

表1

1.3动态不安全风险的计算

由于当事故发生后系统不会任其自由发展，而是会采取一定的紧急控制措施以尽量减小事故所造成的影响，因此在动态不安全风险计算中也需要计及各种紧急控制的作用和成本。根据对预想事故的分类，系统动态不安全风险的计算分为预防控制成本(影响)，紧急控制成本(影响)和控制无效事故的影响三种情况。动态不安全风险计算流程如图1所示。

(1)预防控制成本Im^pre(y)

预防控制针对预防控制事故集合Γ_1p中的事故进行。由于不管预想的事故是否发生均需要采取预防控制，因此取事故发生概率为1。预防控制成本包括备用容量成本C^res(z)和再调度成本C^red(ζ)，即有

Im^pre(y)＝C^res(z)+C^red(ζ)                                        (6)

(2)紧急控制成本Im^emer(E_i，e_i)

对事故i采取紧急控制措施e_i的控制成本包括停机和启动成本、替代成本和负荷中断成本三部分。

${\mathrm{Im}}^{\mathrm{emer}}(E_i,e)={\mathrm{Im}}^{\mathrm{repl}}(E_i,e)+{\mathrm{Im}}^{\mathrm{repair}}(E_i,e)+{\mathrm{Im}}^{\mathrm{load}}(E_i,e),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_{1e}---\left(7\right)$

式中Im^repl(E_i，e)为替代成本，Im^repair(E_i，e)为停机和启动成本，Im^load(E_i，e)为负荷中断成本。

(3)安全控制措施无效的社会影响Im^out(E_i)

对某一事故安全控制无效造成的社会损失，需要综合考虑如下两方面的因素：未供能量损失，社会和政治影响。Im^out(E_i)可表示为

Im^out(E_i)＝B×t_i×P(i)×(1+C(E_i))                                (8)

式中B为单位损失电量的平均损失价值，可由电力系统对以往事故的统计资料获得；t_i为停电时间；P(i)为停电负荷总功率；C(E_i)为Im^out(E_i)中反映系统安全控制无效造成的社会、政治影响的因子。

当不考虑节点注入功率的不确定性时，若预防控制后的系统运行点y位于事故E_i的基本实用动态安全域

内，或者对任一i∈Γ_1e，紧急控制e_i后的系统运行点y₀位于事故E_i的扩展实用动态安全域Ω_d(E_i，e_i)内，则Im^out(E_i)＝0。当计及节点注入功率的不确定性时，采取预防/紧急控制措施后，系统仍有一定的动态不安全概率。因此对于集合Γ_1p和Γ_1e中的事故，还会产生一定的控制无效造成的影响，需要在安全控制措施无效的影响中计入这部分影响。

根据式(6)-(8)的计算，计及节点注入功率不确定性的影响后，系统动态不安全风险重新计算如下

$R\left(y\right)=\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}(\mathrm{DIS}\∩E_i)\mathrm{Im}(y,E_i)={\mathrm{Im}}^{\mathrm{pre}}\left(y\right)+\underset{E_i\∈{\mathrm{\Γ}}_{1e}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(E_i\right){\mathrm{Im}}^{\mathrm{emer}}(E_i,e_i)$

$+\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(E_i\right)\mathrm{Pr}\left(\mathrm{DIS}\right|E_i){\mathrm{Im}}^{\mathrm{out}}\left(E_i\right)---\left(9\right)$

式中前两项为针对预想事故集合Γ_1p和Γ_1e中的事故分别采取预防控制和紧急控制措施的期望控制成本(根据控制前的期望注入功率计算)，第三项为计及节点注入功率不确定性后安全控制无效的影响。

2风险控制最优化模型

显然不采取任何控制措施时，安全控制成本最小，事故造成的影响最大；采取一定的控制措施后事故造成的影响会降低，但需要一定的控制成本。因此计算风险时可以对采取不同控制措施的系统风险进行比较以得出最优的控制方案。

风险控制最优化的计算步骤如下

步骤1：首先进行初始风险计算。令初始安全控制预想事故集合Γ₁＝Γ，进行安全控制成本优化，计算综合控制成本、控制无效影响和系统总风险；

步骤2：对Γ₁中的事故按影响大小排序，将其中影响最小的事故并入无安全控制事故集Γ₂中，形成新的安全控制事故集Γ₁；

步骤3：针对采取控制措施前的期望运行点和Γ₁中的预想事故，进行预防控制和紧急控制措施的优化计算，得到优化后的期望控制成本/风险；

步骤4：计算Γ₁中预想事故由于负荷不确定性产生的系统控制无效的风险值和Γ₂中预想事故的风险值，得到系统总的风险；

步骤5：判断系统总的风险是否比上次减小。若减小则转步骤2，继续计算；否则结束计算，输出系统风险值、控制成本、紧急控制措施e、再调度运行点y和安全控制事故集合Γ₁等优化结果。

系统风险控制最优化计算流程如图2所示。由于对于给定的节点注入功率期望值y₀和预想事故集合Γ，随着安全控制事故集合中事故数目的减少，控制成本单调降低，控制无效风险单调增加，因此最优解一定存在。由于影响越严重的事故所产生的控制无效风险越大，因此系统风险的最优解(即Γ₁和Γ₂的分割点)应该在控制无效风险小的一端。步骤2的处理可以使我们能够尽快地找到系统总风险的最优解。

优化计算中的预防控制和紧急控制最优化需要分两步进行。一是求取针对每一种控制措施的控制成本的优化计算，二是对预想事故集合Γ₁＝Γ_1p∪Γ_1e(其中Γ_1p∩Γ_1e是空集)进行优化划分。安全性综合控制优化模型是一个有动态约束的混合非线性双层优化问题。外层优化决定约束的动态变化，它把预想事故集Γ分解为Γ_1p和Γ_1e，为内层优化提供固定的约束集；内层优化是对于给定的Γ_1p和Γ_1e，选择控制总成本最小的预防控制和紧急控制方案。模型中以实用动态安全域的临界超平面为暂态稳定约束。此类约束为线性不等式方程，在优化问题中比较容易处理。

3实施例

本实施例以10机39节点系统为例，对本发明建立的模型和算法进行检验。系统接线图如图3所示。

本实施例的数据可以直接输入。首先由事故扫描程序确定初始预想事故集，结果如表1所示。确定预想事故集合Γ时，针对系统日最大负荷，计算N-1、N-2以及N-3事故的动态不安全概率，根据事故对系统不安全概率贡献大小(严重程度和概率大小)的进行排序，由动态不安全概率截断阈值确定主导预想事故集Γ。动态不安全概率截断阈值ε可由运行人员根据实际情况确定，本实施例暂定ε为1.0×10^-16。预想事故的排序结果如表1所示。根据给定的动态不安全概率截断阈值ε，主导预想事故集Γ由41个事故组成，其中有N-1事故17个，N-2事故18个，N-3事故6个。针对既定的系统拓扑，采用离线计算的方法确定主导预想事故集，供在线风险评估时使用。

图4给出了系统风险随着安全控制事故数量变化的趋势。从图中可以看出，进行安全控制后，一开始系统风险下降明显，随后随着安全控制预想事故集合中的事故数量增加，风险缓慢下降，而安全控制成本逐步增加。当进行安全控制的事故个数为20个时，系统总风险达到最小。

表2给出了按照不同控制方案进行系统风险控制的比较。

表2

从表2中可以看出当对预想事故不采取控制措施时，系统的总风险较高，采用预防控制或紧急控制措施后系统的风险水平会有明显的下降。通过对预防控制和综合控制进行比较，综合控制的总控制成本、控制无效的风险值和系统的总风险均较小，因此采用综合控制有比较明显的优势。

经过对预防控制措施的优化，能够得到再调度后的系统运行工况。通过对紧急控制措施的优化计算，可以得到为紧急控制子集中的每个事故准备的一套紧急控制措施，当事故一旦发生时可以采取该紧急措施，使系统能够保持稳定运行。优化后的紧急控制措施可以用于指导运行人员进行紧急准备。

表3为综合控制中的紧急控制子集Γ_1e和相应的紧急控制措施。

                    表3

                                                             

紧急控制子集事故编号              紧急控制措施

                                                             

52                                切除31号节点的1台机

36                                切除31号节点的1点机

49                                切除31号节点的1台机

                                                             

最后以10机39节点系统为实施例对所建立模型的合理性及算法的可行性进行了验证。算例表明，采取一定的安全控制措施后可以大大降低系统的风险水平，与仅采取预防控制的风险控制相比较，经过优化后的综合控制效果更好。风险控制优化可用于辅助运行人员，通过综合考虑经济和系统安全控制指标，进行预防控制和紧急控制决策。

Claims (2)

1.一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险评估方法，通过建立基于实用动态安全域的动态不安全风险评估模型，在动态不安全风险计算中计及系统安全控制措施和节点注入功率的不确定性对风险的影响，该方法包括如下步骤：

步骤1：从EMS采集所需要的电力系统数据，进行事故扫描确定动态安全风险评估的初始预想事故集；

步骤2：基于采集到的电力系统数据和预想事故集中的每个既定预想事故，求取实用动态安全域的临界超平面系数；

步骤3：按照事故对系统动态不安全概率的贡献作为排序指标进行排序，将初始预想事故集中事故的动态不安全概率与动态不安全概率截断阈值ε进行比较，去除小于动态不安全概率截断阈值的事故，得到如下定义的主导预想事故集Γ

Γ：＝{E_i|Pr(DIS ∩E_i)≥ε}

式中应用超平面形式的实用动态安全域计算动态不安全概率，E_i为预想事故集合中的第i个事故发生的事件；DIS表示系统动态不安全；

步骤4：将主导预想事故集Γ继续划分为两部分，其中一部分需要采取预防控制措施或紧急控制措施的事故，以保证该预想事故集中的事故发生后系统是动态安全的，这些事故构成安全控制事故集Γ₁；集合Γ中不采取预防控制或紧急控制措施的其它事故构成无安全控制事故集Γ₂，再根据采取安全控制措施的不同，将安全控制事故集Γ₁进一步划分为两个子集，预防控制稳定事故集Γ_1p和紧急控制稳定事故集Γ_1e，对Γ_1p中的事故采取预防控制措施保证暂态稳定，对Γ_1e中的事故采取紧急控制措施保证暂态稳定。Γ_1p和Γ_1e的定义为

${\mathrm{\Γ}}_{1p}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d\left(E_i\right),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}$

${\mathrm{\Γ}}_{1e}:=\left\{E_i\right|y=y_0+\mathrm{\ζ}\∈{\mathrm{\Ω}}_d(E_i,e_i),\∀i\∈{\mathrm{\Γ}}_1\}$

式中Ω_d(E_i)为事件E_i的基本实用动态安全域，e_i为针对事件E_i采取的紧急控制措施，Ω_d(E_i，e_i)为采取紧急控制措施e_i后的扩展实用动态安全域，y＝y₀+ζ为再调度后的节点有功注入向量，y₀为再调度前的节点有功注入功率向量，ζ为再调度功率向量；其中再调度是指采取预防控制/紧急控制措施；

集合Γ_1p和Γ_1e是针对注入功率向量y₀的期望值所确定的，其中y₀是随机向量。

步骤5：计算动态不安全风险

计及节点注入功率不确定性的影响后，系统动态不安全风险由下式计算

$R\left(y\right)=\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}(\mathrm{DIS}\∩E_i)\mathrm{Im}(y,E_i)={\mathrm{Im}}^{\mathrm{pre}}\left(y\right)+\underset{E_i\∈{\mathrm{\Γ}}_{1e}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(E_i\right){\mathrm{Im}}^{\mathrm{emer}}(E_i,e_i)$

$+\underset{E_i\∈\mathrm{\Γ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(E_i\right)\mathrm{Pr}\left(\mathrm{DIS}\right|E_i){\mathrm{Im}}^{\mathrm{out}}\left(E_i\right)$

式中前两项为针对预想事故集合Γ_1p和Γ_1e中的事故分别采取预防控制和紧急控制措施的期望控制成本，其根据控制前的期望注入功率计算，第三项为计及节点注入功率不确定性后安全控制无效的影响，其中第三项的计算采用实用动态安全域(PDSR)的临界超平面计算。

2.一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险优化方法，通过确定和划分预想事故集合Γ＝Γ₁∪Γ₂，进行风险控制优化，建立针对主导预想事故集的一种风险控制的最优化模型，该方法包括以下步骤：

步骤1：首先进行初始风险计算。令初始安全控制预想事故集合Γ₁＝Γ，进行安全控制成本优化，计算期望预防控制成本和期望紧急控制成本、控制无效影响和系统总风险；

步骤2：对Γ₁中的事故按影响大小排序，将其中影响最小的事故并入无安全控制事故集Γ₂中，形成新的安全控制事故集Γ₁；

步骤3：针对采取控制措施前的期望运行点和Γ₁中的预想事故，进行综合控制措施的优化计算，得到优化后的期望控制成本/风险。综合控制措施优化分两步进行。一是求取针对每一种控制措施的控制成本的优化计算，二是对预想事故集合Γ₁＝Γ_1p∪Γ_1e进行优化划分，其中Γ_1p∩Γ_1e是空集；

步骤4：计算Γ₁中预想事故由于负荷不确定性产生的系统控制无效的风险值和Γ₂中预想事故的风险值，得到系统总的风险；

步骤5：判断系统总的风险是否比上次减小。若减小则转步骤2，继续计算；否则结束计算，输出优化结果。

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