CN102663522B - 电网在线风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电网控制技术领域中的一种电网在线风险评估方法。包括：确定每个负荷条件下的风险事件出现的条件概率；确定动态安全风险事件的严重度、备用风险事件的严重度、越限风险事件的严重度和一次能源缺额风险事件的严重度；计算电网在线风险。本发明能够对电网运行过程中出现的风险事件进行实时的监控，并根据风险事件出现的概率适时地调控电网运行方式，有效减少或避免停电事故的发生。

Description

电网在线风险评估方法

技术领域

本发明属于电网控制技术领域，尤其涉及一种电网在线风险评估方法。

背景技术

现阶段，电网运行部门实现对电网运行方式的部署和安全预控主要借助SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)系统、EMS(Energy Management System，能量管理系统)等系统的监测和分析结果。这些系统仅能依据确定性的安全准则(DSC)，如N-1，对电网的安全状况进行分析。确定性的准则虽然易理解、易部署，但由于故障的筛选主要依赖运行人员和专家经验，不能真实有效的反应系统运行环境和设备本身的随机行为，因此不能充分度量系统的风险状况。现有的风险评估方法同时综合考虑了故障发生的可能性与后果的严重程度，通过故障筛选和故障损失的双重度量给出能够真实反应系统风险状况的指标均值或概率分布，再配合专家系统和神经网络对相关运行部门的管理经验的量化，整体上能够很好的对电网风险状况给予诠释。经过多年研究与实践，电网风险评估方法不断臻于完善，但也应该注意到，对于不同结构的电网，由于所处地理环境和设计、运行、维护手段上的差异，其面临的风险状况也有所区别，因此，为能够满足当地电网运行部门对电网风险的准确把握，因地制宜的建立电网风险评价方法和评价指标具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有的电网风险评估方法不适应各种电网结构，进而导致电网风险评估不准确的问题，提出一种电网在线风险评估方法，用以改进常用的电网风险评估方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种电网在线风险评估方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：确定每个负荷条件下的风险事件出现的条件概率；

步骤2：确定风险事件的严重度；

步骤3：计算电网在线风险。

所述确定每个负荷条件下的风险事件出现的概率的计算公式为：其中，P(U＜0)是每个负荷条件下的风险事件出现的概率，U＜0表示当电网电压U的值小于0时出现风险事件，N(·，·)为服从正态分布的概率函数，μ₀和μ分别为线路的额定荷载和实际荷载，σ₀和σ分别为估计参数，σ₀的取值范围为0.5-2.0，σ的取值范围为0.5-2.0。

所述电网在线风险的计算公式为

$\mathrm{Risk}\left(\mathrm{Sev}\right|X_{t,f})=\underset{f}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Pr}\left(X_{t,j}\right|X_{t,f})\·\left\{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\right[\mathrm{Pr}\left(E_i\right|X_{t,j})\·\mathrm{Sev}(E_j,X_{t,j})\left]\right\};$ 其中，X_t，f为待评估时刻t的当前运行方式f下的系统状态，X_t，j是由负荷预测得到的概率分布中产生的第j个负荷条件，E_i是第i个风险事件，Pr(X_t，j|X_t，f)是当前运行方式f下系统状态为X_t，f时出现负荷条件X_t，j的条件概率，Pr(E_i|X_t，j)是第j个负荷条件下风险事件E_i出现的条件概率，Sev(E_j，X_t，j)是风险事件Ej在负荷条件_Xt，j下的严重度。

所述风险事件包括动态安全风险事件、备用风险事件、越限风险事件和一次能源缺额风险事件。

所述动态安全风险事件的严重度的计算公式为： $R_s\left(V\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\left(V\right)}{N}& N<d;\\ R_2& N\&GreaterEqual;d\end{array}\right.$

其中，R_s(V)为动态安全风险事件的严重度，N为发生电压越限的母线个数， $R_i\left(V\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& |\mathrm{index}-1|\&le;{\mathrm{set}}_1\\ \mathrm{\&alpha;}|\mathrm{index}-1|& {\mathrm{set}}_1<|\mathrm{index}-1|\&le;{\mathrm{set}}_2,\\ {\mathrm{set}}_2& |\mathrm{index}-1|>{\mathrm{set}}_2\end{array}\right.$ inedx_i为第i个发生电压越限的母线的电压、频率或发电机功角的标幺量测值，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，set₁和set₂为预设的动态风险容忍度且set₂＞set₁，d为预设值， $\mathrm{\&alpha;}=\frac{R_2-R_1}{{\mathrm{set}}_2-{\mathrm{set}}_1}.$

所述备用风险事件的严重度的计算公式为： $R\left(\mathrm{res}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{res}>{\mathrm{res}}_1\\ \mathrm{\&beta;}(\mathrm{res}-{\mathrm{res}}_2)+R_2& {\mathrm{res}}_2\&le;\mathrm{res}\&le;{\mathrm{res}}_1;\\ {\mathrm{res}}_2& \mathrm{res}<{\mathrm{res}}_2\end{array}\right.$ 其中，R(res)为备用风险事件的严重度，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，res为系统备用容量，res₁和res₂为预设的备用风险容忍度的上限和下限，

所述越限风险事件的严重度的计算公式为： ${\mathrm{EX}}_s=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\left(\mathrm{ex}\right)}{M}& M<g;\\ R_2& M\&GreaterEqual;g\end{array}\right.$ 其中，EX_s为越限风险事件的严重度，M为发生电压越限的母线个数，ex为功率越限量标幺值，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，ex₁和ex₂为预设的越限风险容忍度的上限和下限，g为预设值，

所述一次能源缺额风险事件的严重度计算公式为： $R_e\left(\mathrm{day}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{day}>{\mathrm{day}}_1\\ \mathrm{\&rho;}(\mathrm{day}-{\mathrm{day}}_2)& {\mathrm{day}}_2\&le;\mathrm{day}\&le;{\mathrm{day}}_1;\\ R_2& \mathrm{day}<{\mathrm{day}}_2\end{array}\right.$ 其中，Pow_i为第i个发电厂的发电量，K为发电厂的个数，L_max为负荷预测最大值，day₁和day₂分别为预设的一次能源缺额天数的容忍度的上限和下限，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，

本发明能够对电网运行过程中出现的风险事件进行实时的监控，并根据风险事件出现的概率适时地调控电网运行方式，有效减少或避免停电事故的发生。

附图说明

图1是电网在线风险评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是电网在线风险评估方法流程图。图1中，电网在线风险评估方法包括：

步骤1：确定每个负荷条件下的风险事件出现的条件概率。

自然灾害风险诱因较为复杂，但从统计的角度来看，可以将其分析过程作如下简化：以架空线覆冰停运风险为例，根据元件可靠性理论，可以认为覆冰实测厚度L超过设计冰厚L₀，就会诱发线路停运。一般可以认为受设计、制造、量测等多方面误差的影响，设计冰厚和实测冰厚的真实值都在给出值或量测值附近波动，进而可以假设其服从正态分布，即L₀和L分别服从和N(μ，σ²)分布，其中μ₀和μ分别是线路设计冰风荷载额定值和理论计算值，σ₀和σ可以从工程样本数据中获得，一般可取为0.5-2.0。由于L₀和L相互独立，则从而线路的故障概率可以由下式表征：

$P(U<0)=N(-{\mathrm{\&mu;}}_0+\mathrm{\&mu;},{\mathrm{\&sigma;}}_0^2+{\mathrm{\&sigma;}}^2)---\left(1\right)$

对于其它风险因素，可以参照同样的建模思路，只需对额定荷载和实际荷载作相应的调整即可。因此，上式即为每个负荷条件下的风险事件出现的概率的计算公式，其中的P(U＜0)是每个负荷条件下的风险事件出现的概率，U＜0表示当电网电压U的值小于0时出现风险事件，N(·，·)为服从正态分布的概率函数，μ₀和μ分别为线路的额定荷载和实际荷载，σ₀和σ分别为估计参数，σ₀的取值范围为0.5-2.0，σ的取值范围为0.5-2.0。

步骤2：确定风险事件的严重度。

风险事件包括动态安全风险事件、备用风险事件、越限风险事件和一次能源缺额风险事件。

电网的动态安全风险事件是指系统在某一事件影响下发生系统失稳的风险事件。系统失稳的风险事件的严重度可以通过母线电压V、系统频率f和发电机功角ω的稳定裕度进行衡量。其计算方法为首先从EMS读取N-1或者基态的电压V、系统频率f或发电机功角ω标幺量测值，之后用符号index代表电压V、系统频率f或发电机功角ω标幺量测值中的任意一种，index与其标幺额定值1之差的绝对值|index-1|作为index的偏离严重度。该偏离度通过线性关系R＝α·|index-1|映射为风险值。式(2)为动态安全风险事件在负荷条件X_t，j下的严重度的计算公式，

$R_s\left(V\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\left(V\right)}{N}& N<d\\ R_2& N\&GreaterEqual;d\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，R_s(V)为动态安全风险事件的严重度，N为发生电压越限的母线个数。对于全网电压风险严重度R_s(V)来说，需要进一步区分电压越限设备R_i(V)数量的多寡，从而最终确定全网的电压风险严重度，其计算公式如式(3)，

$R_i\left(V\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& |\mathrm{index}-1|\&le;{\mathrm{set}}_1\\ \mathrm{\&alpha;}|\mathrm{index}-1|& {\mathrm{set}}_1<|\mathrm{index}-1|\&le;{\mathrm{set}}_2\\ {\mathrm{set}}_2& |\mathrm{index}-1|>{\mathrm{set}}_2\end{array}\right.---\left(3\right)$

index_i为第i个发生电压越限的母线的电压、频率或发电机功角的标幺量测值，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，set₁和set₂为预设的动态风险容忍度且set₂＞set₁，d为预设值，

备用类风险能够体现系统遭受诸如机组停机、负荷异常波动等随机扰动时，保持系统供需平衡的能力。备用风险事件在负荷条件X_t，j下的严重度的计算公式为：

$R\left(\mathrm{res}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{res}>{\mathrm{res}}_1\\ \mathrm{\&beta;}(\mathrm{res}-{\mathrm{res}}_2)+R_2& {\mathrm{res}}_2\&le;\mathrm{res}\&le;{\mathrm{res}}_1\\ {\mathrm{res}}_2& \mathrm{res}<{\mathrm{res}}_2\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，R(res)为备用风险事件的严重度，R₂为风险等级阈值上限，R1为风险等级阈值下限，res为系统备用容量，res₁和res₂为预设的备用风险容忍度的上限和下限， $\mathrm{\&beta;}=\frac{R_2-R_1}{{\mathrm{res}}_2-{\mathrm{res}}_1}.$

功率越限风险能够反应系统某一设备(支路、主变)或者断面的供电压力。其严重度计算过程与电压风险类似，单元件(断面)的越限风险严重度的计算表达式为

在得到全网单设备或断面的越限信息后，通过式(6)计算全网越限风险严重度，即越限风险事件在负荷条件X_t，j下的严重度的计算公式为：

${\mathrm{EX}}_s=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\left(\mathrm{ex}\right)}{M}& M<g\\ R_2& M\&GreaterEqual;g\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，Ex_s为越限风险事件的严重度，M为发生电压越限的母线个数。ex为功率越限量标幺值，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，ex₁和ex₂为预设的越限风险容忍度的上限和下限，g为预设值，

本文所指的一次能源仅包括水电和火电。该风险用于度量当前系统满足未来较长的时间(3×24小时)范围内供电需求的能力。

一次能源缺额风险严重度R_e(day)的计算方法为：首先根据各个水、火电厂的库容C_i(存煤)和发电量Pow_i的历史曲线，通过线性回归拟合出两者的函数关系Pow_i＝f(C_i)＝μ₀+μ₁·C_i，该函数关系可以用来预测当前一次能源存贮量下的

系统最大可用发电功率，再通过负荷预测的最大值L_max，利用式(7)

$\mathrm{day}=\left(\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{Pow}}_i\right)/L_{\max }---\left(7\right)$

求解得到最小的可用天数。进而利用式(8)得到系统风险严重度。

$R_e\left(\mathrm{day}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{day}>{\mathrm{day}}_1\\ \mathrm{\&rho;}(\mathrm{day}-{\mathrm{day}}_2)& {\mathrm{day}}_2\&le;\mathrm{day}\&le;{\mathrm{day}}_1\\ R_2& \mathrm{day}<{\mathrm{day}}_2\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，Pow_i为第i个发电厂的发电量，K为发电厂的个数，L_max为负荷预测最大值，day₁和day₂分别为预设的一次能源缺额天数的容忍度的上限和下限，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，

步骤3：计算电网在线风险。电网在线风险的计算公式为：

$\mathrm{Risk}\left(\mathrm{Sev}\right|X_{t,f})=\underset{f}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{Pr}\left(X_{t,j}\right|X_{t,f})\&CenterDot;\left\{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\right[\mathrm{Pr}\left(E_i\right|X_{t,j})\&CenterDot;\mathrm{Sev}(E_j,X_{t,j})\left]\right\}$

其中，X_t，f为待评估时刻t的当前运行方式f下的系统状态，X_t，j是由负荷预测得到的概率分布中产生的第j个负荷条件，E_i是第i个风险事件，Pr(X_t，j|X_t，f)是当前运行方式f下系统状态为X_t，f时出现负荷条件X_t，j的条件概率，Pr(E_i|X_t，j)是第j个负荷条件下风险事件Ei出现的条件概率，Sev(E_j，X_t，j)是风险事件Ej在负荷条件X_t，j下的严重度。

本发明能够对电网的运行过程中的风险状况进行实时的监控，包括基态类，N-1情况下电压、断面以及主变的越限风险，一次常规能源缺额风险，电网实时备用风险，电网动态稳定风险。为电网的在线调度决策提供电网安全的辅助信息，协助运行方式调控，有效减少或避免了停电事故的发生。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电网在线风险评估方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：确定每个负荷条件下的风险事件出现的条件概率；

所述确定每个负荷条件下的风险事件出现的概率的计算公式为：其中，P(U<0)是每个负荷条件下的风险事件出现的概率，U<0表示当电网电压U的值小于0时出现风险事件，N(·,·)为服从正态分布的概率函数，μ₀和μ分别为线路的额定荷载和实际荷载，σ₀和σ分别为估计参数，σ₀的取值范围为0.5-2.0，σ的取值范围为0.5-2.0；

步骤2：确定风险事件的严重度；

所述风险事件包括动态安全风险事件、备用风险事件、越限风险事件和一次能源缺额风险事件；

所述动态安全风险事件的严重度的计算公式为： $R_s\left(V\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\left(V\right)}{N}& N<d\\ R_2& N\&GreaterEqual;d\end{array}\right.;$ 其中，R_s(V)为动态安全风险事件的严重度，N为发生电压越限的母线个数， $R_i\left(V\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& |{\mathrm{index}}_i-1|\&le;{\mathrm{set}}_1\\ \mathrm{\&alpha;}|{\mathrm{index}}_i-1|& {\mathrm{set}}_1<|{\mathrm{index}}_i-1|\&le;{\mathrm{set}}_2\\ {\mathrm{set}}_2& |{\mathrm{index}}_i-1|>{\mathrm{set}}_2\end{array}\right.,$ index_i为第i个发生电压越限的母线的电压、频率或发电机功角的标幺量测值，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，set₁和set₂为预设的动态风险容忍度且set₂>set₁，d为预设值，

步骤3：计算电网在线风险；

所述电网在线风险的计算公式为：

$\mathrm{Risk}\left(\mathrm{Sev}\right|X_{t,f})=\underset{f}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{Pr}\left(X_{t,j}\right|X_{t,f})\&CenterDot;\left\{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\right[\mathrm{Pr}\left(E_i\right|X_{t,j})\&CenterDot;\mathrm{Sev}(E_j,X_{t,j})\left]\right\};$

其中，X_t,f为待评估时刻t的当前运行方式f下的系统状态，X_t,j是由负荷预测得到的概率分布中产生的第j个负荷条件，E_i是第i个风险事件，Pr(X_t,j|X_t,f)是当前运行方式f下系统状态为X_t,f时出现负荷条件X_t,j的条件概率，Pr(E_i|X_t,j)是第j个负荷条件下风险事件E_i出现的条件概率，Sev(E_j,X_t,j)是风险事件E_j在负荷条件X_t,j下的严重度。

2.根据权利要求1所述的电网在线风险评估方法，其特征是所述备用风险事件的严重度的计算公式为： $R\left(\mathrm{res}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{res}>{\mathrm{res}}_1\\ \mathrm{\&beta;}(\mathrm{res}-{\mathrm{res}}_2)+R_2& {\mathrm{res}}_2\&le;\mathrm{res}\&le;{\mathrm{res}}_1\\ {\mathrm{res}}_2& \mathrm{res}<{\mathrm{res}}_2\end{array}\right.;$ 其中，R(res)为备用风险事件的严重度，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，res为系统备用容量，res₁和res₂为预设的备用风险容忍度的上限和下限， $\mathrm{\&beta;}=\frac{R_2-R_1}{{\mathrm{res}}_2-{\mathrm{res}}_1}.$

3.根据权利要求1所述的电网在线风险评估方法，其特征是所述越限风险事件的严重度的计算公式为： ${\mathrm{EX}}_s=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\left(\mathrm{ex}\right)}{M}& M<g\\ R_2& M\&GreaterEqual;g\end{array}\right.;$ 其中，EX_s为越限风险事件的严重度，M为发生电压越限的母线个数，ex为功率越限量标幺值，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，ex₁和ex₂为预设的越限风险容忍度的上限和下限，g为预设值，

4.根据权利要求1所述的电网在线风险评估方法，其特征是所述一次能源缺额风险事件的严重度的计算公式为： $R_e\left(\mathrm{day}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{day}>{\mathrm{day}}_1\\ \mathrm{\&rho;}(\mathrm{day}-{\mathrm{day}}_2)& {\mathrm{day}}_2\&le;\mathrm{day}\&le;{\mathrm{day}}_1\\ R_2& \mathrm{day}<{\mathrm{day}}_2\end{array}\right.;$ 其中，Pow_i为第i个发电厂的发电量，K为发电厂的个数，L_max为负荷预测最大值，day₁和day₂分别为预设的一次能源缺额天数的容忍度的上限和下限，R₂为风险等级阈值上限，R₁为风险等级阈值下限，