CN103310307A

CN103310307A - 基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法

Info

Publication number: CN103310307A
Application number: CN2013102497673A
Authority: CN
Inventors: 周保荣; 金小明; 陈建斌; 张东辉; 李蓉蓉; 张沛; 侯恺; 贾宏杰
Original assignee: Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
Current assignee: CSG Electric Power Research Institute; Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN103310307B

Abstract

本发明是一种基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法。包括：1）根据电力系统的网络拓扑结构与未来需求制定候选规划方案；2）根据电力系统历史数据及未来预测确定各规划方案面临的不确定因素及其概率特性；3）对各候选规划方案，根据不确定因素及其概率特性计算风险指标，进行风险定量评估；4）根据风险指标评估规划方案的灵活性高低，风险指标低的候选规划方案应对未来各类不确定因素的能力高，灵活性较好；反之亦然；5）根据候选规划方案的风险指标，结合候选规划方案的可靠性和经济性指标，确定规划方案。本发明将风险评估方法用于处理系统面临不确定性因素概率特性及其对电力系统的影响，可以对规划方案的灵活性进行评估。

Description

基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法

技术领域

本发明是一种基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，属于基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法的创新技术。

背景技术

电力系统规划评估是一项复杂的系统工程，必须充分考虑电力供求关系、电网建设与经济发展协调、电网发展不确定性等许多因素。因此，对规划方案不可能从一个单一角度进行评估，而应综合考虑各类因素，形成全面的综合评估标准。传统的电力系统规划评估主要从可靠性、经济型两方面进行。

可靠性评估主要针对用户供电的充足性和安全性。其中，充足性是指系统满足一定数量负荷用电的不间断性，而安全性是指系统在保持向用户安全稳定供电时能够承受故障扰动的严重程度。通过可靠性评估，可以对规划方案的供电可靠性进行定量评估分析，找出当前系统的薄弱环节，对比规划方案实施前后可靠性差异，为最终决策提供科学依据。

规划方案的可靠性评估方法只重视最严重的事故，以最坏的情况进行校验，因此其确定的系统运行点过于保守，评估结果不能满足电力系统的经济性要求。同时，考虑到电力系统是一个具有随机特性的系统，负荷水平的波动、元件故障等都具有随机性，可靠性评估方法难以考虑各种电力系统中的各类不确定性因素，因此评估结果存在较大偏差，不能作为对规划方案进行评估的唯一标准。

传统的规划评估方法还包括经济性评估，经济性评估主要包括电力系统建设经济性及运行经济性。其中，建设经济性是指通过优化的规划建设方案，尽可能降低电力建设资金投入，增加经济效益产出；运行经济性是指在保证电网安全运行和满足供电需求的基础上，通过调整电网运行方式，最大限度的降低网络损耗，充分利用电网设备，以达到最佳的经济效益。

通过对电力系统规划方案进行经济性评估，可有效判断规划方案的建设以及运行中的经济性。然而，经济性评估仅从经济角度衡量规划方案是否能够节约更多成本、创造更多价值，但其同样无法衡量规划方案应对各类不确定性因素的能力，因而无法对规划方案未来面临的风险大小及其应对能力做出评估，因而经济性评估同样需要其他评估方法作为补充。

基于传统电力系统的可靠性及经济性评估无法对各类不确定性因素进行量化评估的不足，提出电力系统规划的灵活性评估思想。灵活性评估主要是针对电力系统规划遇到的诸多的不确定因素。电力系统规划方案在实际建设实施过程中，系统中电源、负荷及网络情况将可能发生某些变化，规划方案应能够在修改不大的情况下仍然满足应有的可靠性、经济性指标；此外，在规划方案建成运行后，应保证电网和厂、所电气主接线以及有功、无功电源能够在各种正常运行、检修包括事故情况下灵活地调度以应付各种元件的投退，从而保证系统安全稳定地向用户供应充足的电力。因此，灵活性评估是衡量一个规划方案是否能够适应未来电力系统发展面临的各类不确定因素的一个重要标准。

目前，对于电力系统规划方案的灵活性评估，尚无普遍认可的评估方法和指标。由于当前电力系统发展过程中遇到的不确定性因素越来越多，对规划方案的灵活性要求也越来越高，因此有必要提出一种能够对规划方案的灵活性做出较准确评估的方法或指标。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能体现电力系统规划方案建设实施及建成投产后应对各类不确定性因素的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法。本发明能保证可靠性及经济性要求，能够为规划方案的改进提供良好指导。

本发明的技术方案是：本发明的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，包括有以下步骤：

1）根据当前电力系统的网络拓扑结构与未来需求制定候选规划方案；

2）根据电力系统历史数据及未来预测，确定各规划方案面临的不确定因素及其概率特性；

3）对各候选规划方案，根据所述不确定因素及其概率特性，计算风险指标，进行风险定量评估；

4）根据风险指标评估规划方案的灵活性高低，风险指标低的候选规划方案应对未来各类不确定因素的能力高，灵活性较好；反之，风险指标高的候选规划方案灵活性较差；

5）根据候选规划方案的风险指标，结合候选规划方案的可靠性和经济性指标，确定规划方案。

上述步骤2）中将电力系统中单元件故障作为不确定因素。

上述步骤2）中利用电力系统中线路、变压器等元件的历史故障统计数据，计算得到各元件的平均不可用率，作为单元件故障的发生概率。

上述步骤3）中风险指标包括过载风险指标I_PRI,O，电压越界概率风险指标I_PRI,N，电压稳定概率风险指标I_PRI,V和甩负荷概率风险指标I_PRI,L。

上述步骤4）中，将过载风险指标、电压越界概率风险指标、电压稳定概率风险指标及甩负荷概率风险指标按其单位指标数值对系统造成的经济损失加权求和，判断候选规划方案的灵活性。

本发明用一种基于风险评估技术的规划方案灵活性评估方法，确定电力系统规划方案的灵活性。本发明通过对规划方案实际实施过程中，抵御系统中电源供电能力变化、系统负荷波动、网架结构改变及各类事故影响等多方面不确定性因素的能力，衡量规划方案在系统面对各类不确定性因素时能够保持可靠性和经济性的能力，给出规划方案的灵活性定量指标，从灵活性角度为电力系统规划方案的选择和优化提供参考数据。为了对电力系统规划方案作出更加精确可信的评估，本发明采用概率风险评估技术，该技术考虑了各类不确定因素对系统安全稳定运行及经济运行的影响，同时，对各类不确定性因素的概率特征进行分析，综合二者提出了概率风险指标，作为电力系统规划方案的灵活性评估指标。本发明是一种方便实用的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法。

附图说明

图1为本发明电力系统规划方案概率风险指标计算流程图；

图2为本发明概率风险指标在电力系统规划评估中的运用流程图

图3为24节点IEEE RTS模型；

图4为添加支路6-8后的24节点IEEE RTS系统模型；

图5为添加支路6-9后的24节点IEEE RTS系统模型；

图6为24节点IEEE RTS系统风险指标计算结果；

图7为添加支路6-8后的24节点IEEE RTS系统风险指标计算结果；

图8为添加支路6-9后的24节点IEEE RTS系统风险指标计算结果。

具体实施方式

本发明中提出的基于风险评估的电力系统规划评估方法，用于电力系统规划方案的灵活性评估中。在该方法中，将概率风险指标作为对电力系统规划方案的灵活性评估指标，通过该指标可以对各规划方案应对各类不确定性因素的能力进行评估比较。灵活性评估是衡量一个规划方案是否能够适应未来电力系统发展面临的各类不确定因素的一个重要标准，但是对于电力系统规划方案的灵活性评估，尚无普遍认可的评估方法和指标。为解决该问题，将风险评估理论引入电力系统规划方案，通过历史数据预测规划方案面临的几类不确定性因素的概率特征，同时通过计算得到各类不确定性因素对电力系统的影响，综合上述两方面数据，利用概率风险评估算法可以计算得出电力系统规划方案的概率风险评估指标，利用该指标可以对电力系统规划方案的灵活性做出直观、可靠的评估，为规划方案的优选和改进提供参考依据。

结合附图、附表，以24节点IEEE RTS系统为例，对基于风险评估的电力系统规划方案评估方法详细说明如下：

第一步：根据当前电力系统的网络拓扑结构与未来需求制定候选规划方案。

以图3所示24节点IEEE RTS系统模型为例进行算例分析。对该系统进行N-1校验，发现当支路6-10断开后，对测试系统的可靠性影响较大：节点6的电压将低于0.7pu，同时会导致线路2-6、变压器3-24及变压器9-12过载。针对该问题的解决方案有很多，为了展示不同规划方案灵活性的差异，本发明将针对以下两种不同的规划方案进行分析计算：

方案一：如图4所示，在节点6与节点8之间添加一条线路；

方案二：如图5所示，在节点6与节点9之间添加一条线路。

第二步：根据系统历史数据及未来预测，确定各规划方案面临的不确定因素及其概率特性。

本发明可以计算任意N-k阶故障对应的系统概率风险指标。为了与传统电力系统规划方案的可靠性评估对接，本算例将单元件故障作为不确定因素集合，计算24节点IEEE RTS系统的概率风险指标。

为了确定各不确定性事件的概率特征，可以利用历史数据推算各元件的故障率，进而推算不确定因素的概率特征。本算例针对单元件故障，因此可用24节点IEEE RTS系统各元件的故障率作为不确定性因素的发生概率。

第三步：对各候选规划方案，进行风险定量评估，计算风险指标。

针对不同的不确定因素应采用不同的指标进行衡量其对系统的造成的影响，本发明从线路过载、电压越界、电压稳定性和甩负荷四个方面衡量各类不确定因素对电力系统的影响。因此，具体的概率风险指标包括：

1) 过载风险指标I _PRI,O

（1.1）

式中：P _ACC,i为第i个突发事件的发生概率；A _IMP,i为第i个突发事件所引发的所有过载线路过负荷值的总和，单位为MVA；S _LO为一系列引发线路过载的突发事件的集合。

2) 电压越界概率风险指标I _PRI,N

（1.2）

式中：P _ACC,i为第i个突发事件的发生概率；V _IMP,i为第i个突发事件所引发的所有节点电压偏离上下限值的总和，单位为kV；S _VN为一系列引发电压越界的突发事件的集合。

3) 电压稳定概率风险指标I _PRI,V

Figure 2013102497673100002DEST_PATH_IMAGE003

（1.3）

式中：P _ACC,i为第i个突发事件的发生概率；若第i个突发事件导致电压失稳，则V _IMP,Si等于1，否则等于0；S _VS为一系列引发系统电压失稳的突发事件的集合。

4) 甩负荷概率风险指标I _PRI,L

（1.2）

式中：P _ACC,i为第i个突发事件的发生概率；L _IMP,Li为第i个突发事件所引发的所有节点甩负荷值的总和，单位为MW；S _LR为一系列引发甩负荷的突发事件的集合。

第四步：根据风险指标评估规划方案的灵活性高低，低的规划方案应对未来各类不确定因素的能力高，灵活性较好；反之，风险指标高的规划方案灵活性较差。

为了对各规划方案进行更好的对比，本算例将按照上文确定的不确定性因素结合对24节点IEEE RTS系统及两个规划方案进行概率风险指标计算。其中：24节点IEEE RTS系统风险指标计算结果如图6所示；添加支路6-8后的24节点IEEE RTS系统风险指标计算结果如图7所示；添加支路6-9后的24节点IEEE RTS系统风险指标计算结果如图8所示

图中给出了各个规划方案的过载、电压越界、电压稳定及甩负荷概率风险指标。由于本算例仅考虑单元件故障，因此原始方案与两个规划方案均无电压失稳及甩负荷问题，因此该两项指标均为零。图中还给出了综合概率风险指标，该指标是由过载、电压越界、电压稳定及甩负荷概率风险指标加权整合得到，作为对方案的灵活性的整体评价指标。

由图6、图7及图8可知，原始方案、规划方案一及规划方案二的概率风险指标计算结果如下表所示：

由上表可知，通过方案一及方案二的改进，可以使原始方案的电压越界概率风险指标及过载概率风险指标得到有效地降低，因此可以说明方案一及方案二使原始方案存在的问题得到了有效解决，灵活性得到提升。

此外，通过方案一与方案二的对比可以看出，方案二的各项概率风险指标相对更低，因而可以说明该方案的灵活性更好。

第五步：将候选规划方案的灵活性高低用于指导候选规划方法的比选。

由上文可知，各方案二的灵活性更好，因此若两方案均能通过可靠性及经济性校验，则应选取方案二作为最终优选方案。

本发明将风险评估思想引入电力系统规划评估中，解决了之前的评估体系无法对规划方案灵活性进行评估的问题。本发明利用概率风险指标对规划方案的灵活性做出定量评估，综合考虑各类不确定性因素的概率特征及对电力系统的影响，在提高灵活性评估精确度及可信度的同时，为电力系统规划方案的选择和优化提供方便直观的数据参考。通过基于风险理论的规划方案灵活性评估，将电力系统的规划工作与调度工作联系起来，在规划工作中对未来调度运行中各类不确定性因素进行评估，大大减少了未来调度工作中不确定因素对电力系统的影响。

Claims

1.一种基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，其特征在于包括有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，其特征在于上述步骤2）中将电力系统中单元件故障作为不确定因素。

3.根据权利要求1所述的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，其特征在于上述步骤2）中利用电力系统中线路、变压器等元件的历史故障统计数据，计算得到各元件的平均不可用率，作为单元件故障的发生概率。

4.根据权利要求1所述的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，其特征在于上述步骤3）中风险指标包括过载风险指标I_PRI,O，电压越界概率风险指标I_PRI,N，电压稳定概率风险指标I_PRI,V和甩负荷概率风险指标I_PRI,L。

5.根据权利要求1所述的基于概率风险评估的电力系统规划方案灵活性评估方法，其特征在于上述步骤4）中，将过载风险指标、电压越界概率风险指标、电压稳定概率风险指标及甩负荷概率风险指标按其单位指标数值对系统造成的经济损失加权求和，判断候选规划方案的灵活性2。