CN102509018A - 电力系统设备重要性评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统设备重要性评价系统的方法，它采用C/S架构的客户端程序和后台关系数据库；其中，客户端程序包括电力系统蒙特卡罗模拟模块和风险评估模块；电力系统蒙特卡罗模拟模块对各个设备的运行状态进行随机取样，确定系统运行状态后，分析电力系统的功率流动和节点电压，判断当前系统的运行状态是否满足相应约束，如不满足，则还需模拟电力系统中再调度的过程，以确定最小切负荷量；风险评估模块用于定量计算当前系统运行方式下，整个电网的经济、安全、环境等方面的运行风险；后台关系数据库用于原始数据、计算结果的存储以及模拟结果的统计和汇总。

Description

电力系统设备重要性评价系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统设备重要性评价系统及方法，从整个电力系统角度出发，提出一种经济、安全、环境折中的，符合经济规律的设备重要性定量评价方法。

背景技术

电气设备的正常工作是保证电力系统稳定持续运行的重要因素，电力系统维修策略的制订，需要依据电气设备的当前状态，并计及该设备在电力系统中的相对重要性，综合进行决策。

目前，电气设备重要性的评判研究主要集中在对发电厂设备，对输变电设备重要性评价较少，且故障后果的判断大都从经济方面进行，很少考虑设备故障后对安全、环境等的影响。

当前，在电力市场化改制的进程中，电力系统在结构、运行和管理方面正发生着巨大的变化。在政治、经济、社会和环境的制约下，电力公用事业面临着越来越大的不确定性，检修安排计划制订时，检修设备的顺序必须从系统的角度出发，从经济、安全、环境方面综合计及设备退出后的影响。

以可靠性为中心的检修(RCM)的一个基本概念是：系统设备的价值取决于当其从系统中失去时所带来的损失。根据设备从系统中缺失后对系统造成的损失风险来评价设备的重要性。每个设备缺失所造成的影响，在由于其他设备同时强迫停运而形成的不同系统状态下是不同的，可以用所有可能系统状态概率与后果相结合而形成的风险指标来量化这种影响。通过评估某个设备退出运行，所有其余设备仍处于运行状态，但可能随机失效状态下的系统风险(某设备退出运行所造成的系统风险期望增加与该设备故障概率的乘积)，对需要排序的所有设备逐一进行计算，按照计算得到的风险指标进行排序，以反映各设备退出运行对于系统风险的影响程度，并可以此作为确定设备检修顺序的决策依据。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前电力系统中在进行检修决策时只能依靠经验对检修时机进行安排的现状，提供一种电力系统设备重要性评价系统及方法，它有效提高设备检修时电网的安全性和可靠性，在电力系统可靠性分析和风险评估的基础上，充分考虑设备缺失后对整个电力系统的影响，以可能造成的系统期望指标变化的大小来衡量该设备对整个电力系统的价值，综合计及故障发生的概率和所造成的影响，得到相应的经济、安全、环境风险指标，并以此为依据对设备的重要性进行排序，实现对检修工作的辅助决策。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统设备重要性评价系统，它基于蒙特卡罗模拟方法，从经济、安全、环境方面定量评价设备退出后电力系统的运行风险，并以设备缺失后系统风险的增加来衡量设备在系统中的重要性；采用C/S架构的客户端程序和后台关系数据库；其中，

客户端程序包括电力系统蒙特卡罗模拟模块和风险评估模块；

电力系统蒙特卡罗模拟模块对各个设备的运行状态进行随机取样，确定系统运行状态后，分析电力系统的功率流动和节点电压，判断当前系统的运行状态是否满足相应约束，如不满足，则还需模拟电力系统中再调度的过程，以确定最小切负荷量；

风险评估模块用于定量计算当前系统运行方式下，整个电网的经济、安全、环境等方面的运行风险；

后台关系数据库用于原始数据、计算结果的存储以及模拟结果的统计和汇总。

一种采用电力系统设备重要性评价系统的方法，具体步骤为：

第1步确定需要评价的设备；

第2步顺序选定一个需要评价的元件，并在待评价的设备序列中消去；

第3步保存系统初始化运行环境数据；

第4步还原系统初始化运行环境；

第5步年度电力系统风险评估；

第6步判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求；如果达到指定运行次数或计算精度要求，则进入第7步，统计系统可靠性与风险指标；否则，返回第4步，重新取样计算；

第7步统计系统可靠性与风险指标，包括非计划切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第8步判断所有需要评价的元件是否完成；如果完成，则进入第9步，进行元件重要性指标计算并按其重要性进行排序；否则，返回第2步，对下一个元件进行评价；

第9步统计元件重要性指标，并进行排序；综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

所述第3步中，在对系统进行年度风险评估时，系统中的线路、断路器的运行状态在模拟过程中，随机取样，系统的运行数据发生变化；当开始新的年度风险模拟的时候，需要还原系统的初始运行环境。

所述第5步中，年度电力系统风险评估过程为，

第1)步，状态持续时间抽样；

第2)步，采集某个时刻系统的断面数据；利用状态持续时间抽样结果，获取该时刻的系统状态，并结合发电模式与负荷模式预测信息，形成该时刻的系统断面数据；

第3)步，判断某个系统断面是否计算过；新得到的系统断面与历史断面相比较，如果能够找到相似断面，则直接获取该历史断面的计算结果，作为本断面的计算结果；否则，进入下一步；

第4)步，对各场站进行拓扑分析，生成系统接线图；

第5)步，潮流计算；利用拓扑分析结果和相应发电、负荷信息，进行交流潮流计算；如果潮流计算不收敛，进入优化程序；如果潮流计算收敛，计算得到节点电压、线路载流等信息；

第6)步，是否收敛并满足约束；判断潮流计算是否收敛，或潮流计算收敛，潮流计算信息量是否满足约束条件，二者只要有一个不满足，则进入优化程序；

第7)步，优化潮流计算；对于潮流计算不收敛或者潮流不满足约束，则进行发电机再调度；

第8)步，判断系统的所有断面是否计算完成；如果完成，则结束本年度的模拟，统计该年度的风险指标；否则，返回第二步，继续进行该年度的模拟；

第9)步，统计该年度的风险指标，包括期望切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第10)步，结算本年度的模拟。

所述第1)步中，按照时序，在一个时间跨度上进行模拟，采用状态持续时间抽样法：首先以系统初始运行环境断面作为模拟初始状态，对每一原件停留在当前状态的持续时间进行抽样，不断进行抽样，直至得到每一元件整个年度的状态样本。

所述经济指标为：

待评价设备的经济指标为设备故障概率即个体性能与其故障后经济损失的乘积，其中，故障后经济损失为设备故障停运后，电网的失负荷费用与其个体维修或更换费用的和，如下式所示：

式中：

EENS_i  -待评价设备退出运行前厂站i的期望缺供电量

EENS_i′-待评价设备退出运行后厂站i的期望缺供电量

C_kWh，i-厂站i单位失负荷成本

E_C1    -待评价设备维修单价的期望

P      -待评价设备的故障概率

n_厂站  -系统中总的变电站数

其中，期望缺供电量和设备故障概率是模拟计算的结果；设备维修单价的期望值根据设备的电压等级和设备类型，由经验给出；单位失负荷成本位为设定值。

所述环境指标为：

待评价设备的环境指标为设备故障概率即个体性能与其故障后可能会对环境引起的污染程度的乘积，其中各设备污染程度的给定参照《国家电网公司输变电设备风险评估导则》，

R_EN＝E_C2·P

式中：

E_C2-待评价设备故障对环境影响的期望值

P-待评价设备的故障概率

其中，设备故障概率由模拟计算的结果得到；设备损坏对环境影响的期望值则需要依据设备类型、电压等级、工作原理因素综合得到该设备损坏后对环境的影响度即：轻度污染、中度污染、严重污染确定

环境影响度	轻度污染	中度污染	严重污染
				取值范围EC2i	3	6	9

。

所述安全指标为：

式中：

EENS_i′-某设备退出运行后，变电站i的期望缺供电量

EENS_i  -某设备正常运行时，变电站i的期望缺供电量

C_kWh，i-变电站i单位失负荷对安全的影响因子

n_厂站  -系统中总的变电站数

R₃     -待评价设备正常运行时的安全指标

其中，各变电站期望缺供电量由模拟计算的结果得到；单位切负荷对安全的影响根据各变电站的负荷构成设定，故障发生后对安全的影响需要考虑人身和电网两个方面，各占50％的权重，得到各个变电站每单位一、二、三类负荷缺失后对安全的影响因子：

对于各个变电站，可根据其各类负荷所占比重，利用下式综合获得其每单位负荷缺失对环境的影响因子，

$C_{\mathrm{kWhi}}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}0.5\·(C_{\mathrm{kWhi}1}+C_{\mathrm{kWhi}1})\·W_i$

式中：

i＝1～3-负荷类型，1-一类负荷，2-二类负荷，3-三类负荷

W_i     -变电站i中各类负荷所占比重。

所述综合指标：采取综合排名的方法对设备在电网中的重要性进行排序，即分别按照经济指标、环境指标和安全指标进行排序，然后对各个设备的序号加权相加，得到最终的综合指标，其中经济指标、环境指标和安全指标的权重分别为：0.4、0.4、0.2。

本发明的有益效果是：从电网的角度出发，定量分析设备缺失后造成电网可靠性的降低，以此来衡量待评价设备在电网中的重要程度，用于探寻电网薄弱环节以及指导电力系统检修与运行协调决策。

附图说明

图1为系统结构图；

图2为设备重要性评价流程图；

图3为年度电力系统风险评估图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，一种电力系统设备重要性评价系统，它基于蒙特卡罗模拟方法，从经济、安全、环境方面定量评价设备退出后电力系统的运行风险，并以设备缺失后系统风险的增加来衡量设备在系统中的重要性；采用C/S架构的客户端程序和后台关系数据库；其中，

客户端程序包括电力系统蒙特卡罗模拟模块和风险评估模块；

电力系统蒙特卡罗模拟模块对各个设备的运行状态进行随机取样，确定系统运行状态后，分析电力系统的功率流动和节点电压，判断当前系统的运行状态是否满足相应约束，如不满足，则还需模拟电力系统中再调度的过程，以确定最小切负荷量；

风险评估模块用于定量计算当前系统运行方式下，整个电网的经济、安全、环境等方面的运行风险；

后台关系数据库用于原始数据、计算结果的存储以及模拟结果的统计和汇总。

一种采用电力系统设备重要性评价系统的方法，具体步骤为：

第1步确定需要评价的设备；

第2步顺序选定一个需要评价的元件，并在待评价的设备序列中消去；

第3步保存系统初始化运行环境数据；

第4步还原系统初始化运行环境；

第5步年度电力系统风险评估；

第6步判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求；如果达到指定运行次数或计算精度要求，则进入第7步，统计系统可靠性与风险指标；否则，返回第4步，重新取样计算；

第7步统计系统可靠性与风险指标，包括非计划切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第8步判断所有需要评价的元件是否完成；如果完成，则进入第9步，进行元件重要性指标计算并按其重要性进行排序；否则，返回第2步，对下一个元件进行评价；

第9步统计元件重要性指标，并进行排序；综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

所述第3步中，在对系统进行年度风险评估时，系统中的线路、断路器的运行状态在模拟过程中，随机取样，系统的运行数据发生变化；当开始新的年度风险模拟的时候，需要还原系统的初始运行环境。

所述第5步中，年度电力系统风险评估过程为，

第1)步，状态持续时间抽样；

第2)步，采集某个时刻系统的断面数据；利用状态持续时间抽样结果，获取该时刻的系统状态，并结合发电模式与负荷模式预测信息，形成该时刻的系统断面数据；

第3)步，判断某个系统断面是否计算过；新得到的系统断面与历史断面相比较，如果能够找到相似断面，则直接获取该历史断面的计算结果，作为本断面的计算结果；否则，进入下一步；

第4)步，对各场站进行拓扑分析，生成系统接线图；

第5)步，潮流计算；利用拓扑分析结果和相应发电、负荷信息，进行交流潮流计算；如果潮流计算不收敛，进入优化程序；如果潮流计算收敛，计算得到节点电压、线路载流等信息；

第6)步，是否收敛并满足约束；判断潮流计算是否收敛，或潮流计算收敛，潮流计算信息量是否满足约束条件，二者只要有一个不满足，则进入优化程序；

第7)步，优化潮流计算；对于潮流计算不收敛或者潮流不满足约束，则进行发电机再调度；

第8)步，判断系统的所有断面是否计算完成；如果完成，则结束本年度的模拟，统计该年度的风险指标；否则，返回第二步，继续进行该年度的模拟；

第9)步，统计该年度的风险指标，包括期望切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第10)步，结算本年度的模拟。

所述第1)步中，按照时序，在一个时间跨度上进行模拟，采用状态持续时间抽样法：首先以系统初始运行环境断面作为模拟初始状态，对每一原件停留在当前状态的持续时间进行抽样，不断进行抽样，直至得到每一元件整个年度的状态样本。

所述经济指标为：

待评价设备的经济指标为设备故障概率即个体性能与其故障后经济损失的乘积，其中，故障后经济损失为设备故障停运后，电网的失负荷费用与其个体维修或更换费用的和，如下式所示：

式中：

EENS_i  -待评价设备退出运行前厂站i的期望缺供电量

EENS_i′-待评价设备退出运行后厂站i的期望缺供电量

C_kWh，i-厂站i单位失负荷成本

E_C1    -待评价设备维修单价的期望

P      -待评价设备的故障概率

n_厂站  -系统中总的变电站数

其中，期望缺供电量和设备故障概率是模拟计算的结果；设备维修单价的期望值根据设备的电压等级和设备类型，由经验给出；单位失负荷成本位为设定值。

所述环境指标为：

待评价设备的环境指标为设备故障概率即个体性能与其故障后可能会对环境引起的污染程度的乘积，其中各设备污染程度的给定参照《国家电网公司输变电设备风险评估导则》，

R_EN＝E_C2·P

式中：

E_C2  -待评价设备故障对环境影响的期望值

P    -待评价设备的故障概率

其中，设备故障概率由模拟计算的结果得到；设备损坏对环境影响的期望值则需要依据设备类型、电压等级、工作原理因素综合得到该设备损坏后对环境的影响度即：轻度污染、中度污染、严重污染确定

环境影响度	轻度污染	中度污染	严重污染
				取值范围EC2i	3	6	9

。

所述安全指标为：

式中：

EENS_i′-某设备退出运行后，变电站i的期望缺供电量

EENS_i  -某设备正常运行时，变电站i的期望缺供电量

C_kWh，i-变电站i单位失负荷对安全的影响因子

n_厂站  -系统中总的变电站数

R₃-待评价设备正常运行时的安全指标

其中，各变电站期望缺供电量由模拟计算的结果得到；单位切负荷对安全的影响根据各变电站的负荷构成设定，故障发生后对安全的影响需要考虑人身和电网两个方面，各占50％的权重，得到各个变电站每单位一、二、三类负荷缺失后对安全的影响因子：

对于各个变电站，可根据其各类负荷所占比重，利用下式综合获得其每单位负荷缺失对环境的影响因子，

$C_{\mathrm{kWhi}}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}0.5\·(C_{\mathrm{kWhi}1}+C_{\mathrm{kWhi}1})\·W_i$

式中：

i＝1～3-负荷类型，1-一类负荷，2-二类负荷，3-三类负荷

W_i     -变电站i中各类负荷所占比重。

所述综合指标：采取综合排名的方法对设备在电网中的重要性进行排序，即分别按照经济指标、环境指标和安全指标进行排序，然后对各个设备的序号加权相加，得到最终的综合指标，其中经济指标、环境指标和安全指标的权重分别为：0.4、0.4、0.2。

Claims (9)

1.一种电力系统设备重要性评价系统，其特征是，它基于蒙特卡罗模拟方法，从经济、安全、环境方面定量评价设备退出后电力系统的运行风险，并以设备缺失后系统风险的增加来衡量设备在系统中的重要性；采用C/S架构的客户端程序和后台关系数据库；其中，

客户端程序包括电力系统蒙特卡罗模拟模块和风险评估模块；

电力系统蒙特卡罗模拟模块对各个设备的运行状态进行随机取样，确定系统运行状态后，分析电力系统的功率流动和节点电压，判断当前系统的运行状态是否满足相应约束，如不满足，则还需模拟电力系统中再调度的过程，以确定最小切负荷量；

风险评估模块用于定量计算当前系统运行方式下，整个电网的经济、安全、环境等方面的运行风险；

后台关系数据库用于原始数据、计算结果的存储以及模拟结果的统计和汇总。

2.一种采用权利要求1所述的电力系统设备重要性评价系统的方法，其特征是，具体步骤为：

第1步，确定需要评价的设备；

第2步，顺序选定一个需要评价的元件，并在待评价的设备序列中消去；

第3步，保存系统初始化运行环境数据；

第4步，还原系统初始化运行环境；

第5步，年度电力系统风险评估；

第6步，判断是否达到指定运行次数或满足计算精度要求；如果达到指定运行次数或计算精度要求，则进入第7步，统计系统可靠性与风险指标；否则，返回第4步，重新取样计算；

第7步，统计系统可靠性与风险指标，包括非计划切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第8步，判断所有需要评价的元件是否完成；如果完成，则进入第9步，进行元件重要性指标计算并按其重要性进行排序；否则，返回第2步，对下一个元件进行评价；

第9步，统计元件重要性指标，并进行排序；综合每个设备推出后造成的系统相应的经济、安全、环境指标，三者按照一定的权重进行叠加，得出这些设备对应的总的指标，然后进行排序。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述第3步中，在对系统进行年度风险评估时，系统中的线路、断路器的运行状态在模拟过程中，随机取样，系统的运行数据发生变化；当开始新的年度风险模拟的时候，需要还原系统的初始运行环境。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述第5步中，年度电力系统风险评估过程为，

第1)步，状态持续时间抽样；

第2)步，采集某个时刻系统的断面数据；利用状态持续时间抽样结果，获取该时刻的系统状态，并结合发电模式与负荷模式预测信息，形成该时刻的系统断面数据；

第3)步，判断某个系统断面是否计算过；新得到的系统断面与历史断面相比较，如果能够找到相似断面，则直接获取该历史断面的计算结果，作为本断面的计算结果；否则，进入下一步；

第4)步，对各场站进行拓扑分析，生成系统接线图；

第5)步，潮流计算；利用拓扑分析结果和相应发电、负荷信息，进行交流潮流计算；如果潮流计算不收敛，进入优化程序；如果潮流计算收敛，计算得到节点电压、线路载流等信息；

第6)步，是否收敛并满足约束；判断潮流计算是否收敛，或潮流计算收敛，潮流计算信息量是否满足约束条件，二者只要有一个不满足，则进入优化程序；

第7)步，优化潮流计算；对于潮流计算不收敛或者潮流不满足约束，则进行发电机再调度；

第8)步，判断系统的所有断面是否计算完成；如果完成，则结束本年度的模拟，统计该年度的风险指标；否则，返回第二步，继续进行该年度的模拟；

第9)步，统计该年度的风险指标，包括期望切负荷以及相应的经济、安全、环境指标；

第10)步，结算本年度的模拟。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述第1)步中，按照时序，在一个时间跨度上进行模拟，采用状态持续时间抽样法：首先以系统初始运行环境断面作为模拟初始状态，对每一原件停留在当前状态的持续时间进行抽样，不断进行抽样，直至得到每一元件整个年度的状态样本。

6.如权利要求2或4所述的方法，其特征是，所述经济指标为：

待评价设备的经济指标为设备故障概率即个体性能与其故障后经济损失的乘积，其中，故障后经济损失为设备故障停运后，电网的失负荷费用与其个体维修或更换费用的和，如下式所示：

式中：

EENS_i   -待评价设备退出运行前厂站i的期望缺供电量

EENS_i′ -待评价设备退出运行后厂站i的期望缺供电量

C_kWh，i -厂站i单位失负荷成本

E_C1     -待评价设备维修单价的期望

P       -待评价设备的故障概率

n_厂站   -系统中总的变电站数

其中，期望缺供电量和设备故障概率是模拟计算的结果；设备维修单价的期望值根据设备的电压等级和设备类型，由经验给出；单位失负荷成本位为设定值。

7.如权利要求2或4所述的方法，其特征是，所述环境指标为：

待评价设备的环境指标为设备故障概率即个体性能与其故障后可能会对环境引起的污染程度的乘积，其中各设备污染程度的给定参照《国家电网公司输变电设备风险评估导则》，

R_EN＝E_C2·P

式中：

E_C2  -待评价设备故障对环境影响的期望值

P    -待评价设备的故障概率

其中，设备故障概率由模拟计算的结果得到；设备损坏对环境影响的期望值则需要依据设备类型、电压等级、工作原理因素综合得到该设备损坏后对环境的影响度即：轻度污染、中度污染、严重污染确定

  环境影响度   轻度污染   中度污染   严重污染   取值范围E_C2i   3   6   9

。

8.如权利要求2或4所述的方法，其特征是，所述安全指标为：

式中：

EENS_i′-某设备退出运行后，变电站i的期望缺供电量

EENS_i  -某设备正常运行时，变电站i的期望缺供电量

C_kWh，i-变电站i单位失负荷对安全的影响因子

n_厂站  -系统中总的变电站数

R₃    -待评价设备正常运行时的安全指标

其中，各变电站期望缺供电量由模拟计算的结果得到；单位切负荷对安全的影响根据各变电站的负荷构成设定，故障发生后对安全的影响需要考虑人身和电网两个方面，各占50％的权重，得到各个变电站每单位一、二、三类负荷缺失后对安全的影响因子：

对于各个变电站，可根据其各类负荷所占比重，利用下式综合获得其每单位负荷缺失对环境的影响因子，

$C_{\mathrm{kWhi}}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}0.5\·(C_{\mathrm{kWhi}1}+C_{\mathrm{kWhi}1})\·W_i$

式中：

i＝1～3-负荷类型，1-一类负荷，2-二类负荷，3-三类负荷

W_i     -变电站i中各类负荷所占比重。

9.如权利要求2或4所述的方法，其特征是，所述综合指标：采取综合排名的方法对设备在电网中的重要性进行排序，即分别按照经济指标、环境指标和安全指标进行排序，然后对各个设备的序号加权相加，得到最终的综合指标，其中经济指标、环境指标和安全指标的权重分别为：0.4、0.4、0.2。

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