CN103714387A - 一种精细化电网风险评估方法 - Google Patents

Abstract

一种精细化电网风险评估方法，包括以下步骤：步骤S10，建立待评估电网的基础数据库；步骤S20，抽样得到当前系统状态，采用最优潮流模型，计算其后果，并根据599号令判断该故障后果是否构成事故以及事故级别，并记录该次故障情况；步骤S30，针对构成事故的故障事件，根据记录的故障情况，获取故障元件故障率参数等，计算该事件发生的概率及持续时间，进而计算该次事故的风险；以及重复步骤S20及S30，直到仿真时间达到T_max，从而得到全部事故的风险评估结果。本发明通过模拟电网运行状况，计算各种可能故障的后果并进行事故定级，能够有效筛选出构成事故的故障事件，并且该评估方法具有普遍适用性。

Description

一种精细化电网风险评估方法

技术领域

本发明属于电力系统规划与可靠性技术领域，尤其涉及发输电系统风险评估方法技术领域。

背景技术

随着电力系统规模不断扩大，电网拓扑结构日益复杂，由于发输电系统元件可能发生随机停运，威胁电力系统的安全稳定运行。电力系统可靠性评估可以有效定量对电网的安全性和充裕性进行评估，对于指导电网规划、运行均具有重要意义。但是可靠性评估指标仅反应了电网充裕性或安全性的平均水平，无法较好反映低概率严重后果的事件。

国务院颁布的《电力安全事故应急处置和调查处理条例》（599号令）中将电力安全事故进行分级：特别重大事故、重大事故、较大事故、一般事故，对于一般事故以下，南方电网将其分为若干级事件。对于事故，除了停电损失之外，电力公司还要面临更大的经济处罚甚至法律制裁。因此事故虽然发生概率较低，但是后果相当严重，需要引起特别重视。

传统可靠性评估模拟电网运行情况，在一定初始潮流条件及网架信息下，不断模拟电网故障情况，计算故障后果，最终将多次计算结果进行汇总，得到总的可靠性指标。然而这些指标仅能评价电网的总体可靠性水平，无法给出某个具体故障情况，即无法获得一些严重后果的事件。虽然有些系统可靠性较高，但是不能排除也存在一些低概率严重后果的事件。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够反映电网极端故障事件的风险评估方法。

一种精细化电网风险评估方法，包括以下步骤：

步骤S10，建立待评估电网的基础数据库，包括节点信息、初始潮流信息、网架拓扑及参数信息、发电机信息和控制参数，并设定仿真时间长度T_max及系统初始状态；

步骤S20，抽样得到当前系统状态，采用最优潮流模型，计算其后果，并根据设定的事故判断标准，判断该故障后果是否构成电力安全事故以及相应事故等级，并记录该次故障情况；

步骤S30，针对构成事故的故障事件，根据记录的故障情况，获取故障元件故障率参数等，计算该事件发生的概率及持续时间，进而计算该次事故的风险；

步骤S40，重复步骤S20及S30，直到仿真时间达到T_max，从而得到全部事故的风险评估结果。

本发明根据电网传统可靠性计算的结果，进行事故定级及风险计算。

本发明所述电网传统可靠性计算方法包括：首先，对系统元件进行抽样，获取系统状态；其次，根据抽样得到的系统状态，采用最优潮流模型进行计算，得到切负荷后果。

本发明对系统元件抽样方法为：首先，假设所有元件组成一个集合{1，2，…，N}，代表N个元件；其次，假设元件k的故障率和修复率分别为λ_k和μ_k，则其停运概率为：

${\mathrm{PF}}_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_k}{{\mathrm{\λ}}_k+{\mathrm{\μ}}_k}$

最后，生成0-1之间的随机数R_k，根据式（2）获取元件k的状态（0代表停运，1代表运行）：

$s_k=\left\{\begin{array}{c}0,R_k<{\mathrm{PF}}_k\\ 1,R_k\&GreaterEqual;{\mathrm{PF}}_k\end{array}\right.$

本发明最优潮流计算模型如下：

$\min \underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}T\left(S\right)=A\left(S\right)(\mathrm{PG}-\mathrm{PD}+C)\\ \underset{i\&Element;\mathrm{NG}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{PG}}_i+\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{PD}}_i\\ {\mathrm{PG}}_i^{\min }\&le;{\mathrm{PG}}_i\&le;{\mathrm{PG}}_i^{\max }(i\&Element;\mathrm{NG})\\ 0\&le;C_i\&le;{\mathrm{PD}}_i(i\&Element;\mathrm{ND})\\ \left|T_k\left(S\right)\right|\&le;T_k^{\max }(k\&Element;L)\end{array}\right.$

式中T(S)是停运状态的有功潮流矢量；PG和PD分别是发电输出和负荷功率矢量；A(S)是停运状态S的有功潮流和注入功率间的关系矩阵；C是负荷削减矢量；

和

分别是发电输出和线路潮流的限值；NG，NL和L分别是系统发电母线、负荷母线以及支路的集合。

求取的最优潮流模型，可获取该次事件切负荷总量C，如下式所示：

$C=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i$

本发明基于599号令进行事故定级并进行风险计算方法包括：首先，根据599号令确定事故切负荷比例阈值；其次，将切负荷总量与该区域负荷总量相比，得到切负荷比例，与上述阈值相比，确定切负荷事件是否构成事故以及事故级别；最后，根据事故情况计算事故概率及后果，并计算风险。

本发明概率计算方法如下：

$r_P=1/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{1}{r_i}$

${\mathrm{\&lambda;}}_P=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Pi;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i/r_P$

p=λ_Pr_P

r_p为事故的停电时间，λ_p为事故的发生频率（单位为：次/年），p为事故概率。

本发明风险计算方法为：R=p×Cr_P。C表示故障造成的负荷损失量。

本发明通过模拟电网运行状况，计算各种可能故障的后果并进行事故定级，能够有效筛选出构成事故的故障事件，并且该评估方法具有普遍适用性。

附图说明

图1为本发明提供的一种精细化电网风险评估方法流程图。

图2为本发明提供的基础数据库中bus表信息内容示意图。

图3为本发明提供的基础数据库中line表信息内容示意图。

图4为本发明提供的基础数据库中gen表信息内容示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

参阅图1，图1为本发明提供的一种精细化电网风险评估方法流程图，主要包括如下步骤：

步骤S10，建立待评估电网的基础数据库，包括节点信息、初始潮流信息、网架拓扑及参数信息、发电机信息和控制参数，并根据评估电网负荷情况及《电力安全事故应急处置和调查处理条例》确定事故切负荷比例阈值，设定仿真时间长度及系统初始状态。

故障后果计算需要用到最优潮流模型，因此需要提供电网的全部信息。本发明约定这些信息存储于三个表中，分别为bus、line、gen表，表示了电网节点、支路和发电机信息。各表包含的信息如下：

（1）bus表：节点编号、节点类型、有功注入、无功注入、有功负荷、无功负荷、电压、相角、电压下限、电压上限；

（2）line表：支路编号、支路起点编号、支路终点编号、电阻、电抗、对地电纳、额定容量、变比（针对变压器支路，非变压器支路为1）、故障率、修复率、支路类型；

（3）gen表：发电机编号、发电机接入节点编号、额定功率、无功下限、无功上限、故障率、修复率。

各信息表的数据格式参见图2-图4。

最后设定仿真时间长度为T_max以及系统初始状态，一般初始状态为所有元件均正常运行。

步骤S20，抽样得到当前系统状态，采用最优潮流模型，计算其后果，并根据事先确定的事故切负荷比例阈值判断该故障后果是否构成事故以及事故级别，并记录该次故障情况。

对line表和gen表中的所有元件进行抽样，其抽样过程如下：

（1）假设所有元件组成一个集合{1，2，…，N}，代表N个元件；

（2）假设元件k的故障率和修复率分别为λ_k和μ_k，则其停运概率为：

${\mathrm{PF}}_k=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_k}{{\mathrm{\&lambda;}}_k+{\mathrm{\&mu;}}_k}---\left(1\right)$

生成0-1之间的随机数R_k，根据式（2）获取元件k的状态（0代表停运，1代表运行）：

$s_k=\left\{\begin{array}{c}0,R_k<{\mathrm{PF}}_k\\ 1,R_k\&GreaterEqual;{\mathrm{PF}}_k\end{array}\right.---\left(2\right)$

（3）重复进行步骤2，直到所有元件的状态均抽样确定。

针对上述抽样得到的系统状态，判断是否有元件停运，若无元件停运，仿真时间加1，转入下一次循环中；若有元件停运，则按照式（3）所示的最优潮流模型计算故障后果：

$\min \underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}T\left(S\right)=A\left(S\right)(\mathrm{PG}-\mathrm{PD}+C)\\ \underset{i\&Element;\mathrm{NG}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{PG}}_i+\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{PD}}_i\\ {\mathrm{PG}}_i^{\min }\&le;{\mathrm{PG}}_i\&le;{\mathrm{PG}}_i^{\max }(i\&Element;\mathrm{NG})\\ 0\&le;C_i\&le;{\mathrm{PD}}_i(i\&Element;\mathrm{ND})\\ \left|T_k\left(S\right)\right|\&le;T_k^{\max }(k\&Element;L)\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中T(S)是停运状态的有功潮流矢量；PG和PD分别是发电输出和负荷功率矢量；A(S)是停运状态S的有功潮流和注入功率间的关系矩阵；C是负荷削减矢量；

和

分别是发电输出和线路潮流的限值；NG，NL和L分别是系统发电母线、负荷母线以及支路的集合。

求取式（3）的最优潮流模型，可获取该次事件切负荷总量C，如式（4）所示：

$C=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i---\left(4\right)$

根据电网信息bus表的内容，可以获得电网总负荷值P_load，计算切负荷比例k=C/P_load，根据表1进行事故定级：

表1事故分级表

其中，k₁、k₂、k₃、k₄分别为一般事故、较大事故、重大事故、特别重大事故的切负荷比例阈值。

若该事件构成事故，则记录该事件具体故障元件情况。

步骤S30，针对构成事故的故障事件，根据记录的故障情况，获取故障元件故障率参数等，计算该事件发生的概率及持续时间，进而计算该次事故的风险。

假设停运元件有m个，第i个元件的故障频率和修复时间分别为λ_i（单位为：次/年）和r_i，按照式（5）计算该事件的概率：

$r_P=1/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{1}{r_i}$

${\mathrm{\&lambda;}}_P=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Pi;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i/r_P---\left(5\right)$

p=λ_Pr_P

其中，r_p为事故的停电时间，λ_p为事故的发生频率（单位为：次/年），p为事故概率。根据风险的计算思想，事故的风险可以由概率和后果乘积来体现，后果如果单纯用切负荷量过于片面，还应考虑其持续时间，因此按照式（6）计算该事件的风险：

R=p×Cr_P         （6）

步骤S40，重复步骤S20及步骤S20，直到仿真时间等于T_max，从而得到所有造成事故的事件风险评估结果。

实施例一

本发明所述的电网风险评估方法基于我国南方某省会城市电网数据进行模拟计算，具体步骤如下：

（1）建立电网基础数据库。根据该省电网公司提供的BPA数据，进行潮流计算，并将其结果解析为bus、line和gen数据表的格式，设置仿真时间长度为100000小时，得知该城市负荷为4250MW，根据《电力安全事故应急处置和调查处理条例》可知一般事故、较大事故、重大事故、特别重大事故的切负荷比例阈值分别为10%、20%、40%和60%。设置初始仿真时刻为0，并假定系统元件均运行在正常状态。

（2）对系统元件进行抽样，获取下一时刻系统状态，并根据最优潮流计算模型，计算下一状态系统是否有切负荷发生。如果没有切负荷发生，则仿真时间加1，转入下一次抽样中；如果有切负荷发生，计算其总切负荷量C，并根据表1判断该次事件是否构成事故以及进行事故定级，记录事故具体明细，转入步骤（3）。

（3）根据事故具体明细，计算该次事故的发生概率，并且该次事故发生次数加1，仿真时间加1，如果仿真时间到达总时间，仿真结束；如果仿真未结束，则转入步骤（2）。本次仿真结果如表2和表3所示，其中节点名称为BPA中节点名称（由于结果较多，仅截取部分结果）。

表2系统可靠性计算结果

表3系统风险计算结果

从上述计算过程可知，本发明提供的一种精细化电网风险评估方法，根据不同地市负荷情况，确定事故切负荷比例阈值，能够很灵活应用到各地电力系统中。切负荷计算中应用最优潮流模型，能够获取最佳切负荷策略，计算结果能够为电网规划部门提供较强的指导意义，计算思路清晰，通用性较好，适合推广使用。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种精细化电网风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10，建立待评估电网的基础数据库，包括节点信息、初始潮流信息、网架拓扑及参数信息、发电机信息和控制参数，并设定仿真时间长度T_max及系统初始状态；

步骤S20，抽样得到当前系统状态，采用最优潮流模型，计算其后果，并根据设定的事故判断标准，判断该故障后果是否构成电力安全事故以及相应事故等级，并记录该次故障情况；

步骤S30，计算该事件发生的概率及持续时间，进而计算该次事故的风险；

步骤S40，重复步骤S20及S30，直到仿真时间达到T_max，从而得到全部事故的风险评估结果。

2.如权利要求1所述一种精细化电网风险评估方法，其特征在于，步骤S20，对系统元件抽样方法为：首先，假设所有元件组成一个集合{1，2，…，N}，代表N个元件；其次，假设元件k的故障率和修复率分别为λ_k和μ_k，则其停运概率为：

${\mathrm{PF}}_k=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_k}{{\mathrm{\&lambda;}}_k+{\mathrm{\&mu;}}_k}$

最后，生成0-1之间的随机数R_k，根据式（2）获取元件k的状态（0代表停运，1代表运行）：

$s_k=\left\{\begin{array}{c}0,R_k<{\mathrm{PF}}_k\\ 1,R_k\&GreaterEqual;{\mathrm{PF}}_k\end{array}\right..$

3.如权利要求1所述一种精细化电网风险评估方法，其特征在于，步骤S20，最优潮流计算模型如下：

$\min \underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}T\left(S\right)=A\left(S\right)(\mathrm{PG}-\mathrm{PD}+C)\\ \underset{i\&Element;\mathrm{NG}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{PG}}_i+\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{PD}}_i\\ {\mathrm{PG}}_i^{\min }\&le;{\mathrm{PG}}_i\&le;{\mathrm{PG}}_i^{\max }(i\&Element;\mathrm{NG})\\ 0\&le;C_i\&le;{\mathrm{PD}}_i(i\&Element;\mathrm{ND})\\ \left|T_k\left(S\right)\right|\&le;T_k^{\max }(k\&Element;L)\end{array}\right.$

式中T(S)是停运状态的有功潮流矢量；PG和PD分别是发电输出和负荷功率矢量；A(S)是停运状态S的有功潮流和注入功率间的关系矩阵；C是负荷削减矢量；和分别是发电输出和线路潮流的限值；NG，NL和L分别是系统发电母线、负荷母线以及支路的集合；

求取的最优潮流模型，可获取该次事件切负荷总量C，如下式所示：

$C=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_i.$

4.如权利要求1所述一种精细化电网风险评估方法，其特征在于，步骤S30，概率计算方法如下：

$r_P=1/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{1}{r_i}$

${\mathrm{\&lambda;}}_P=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Pi;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i/r_P$

p=λ_Pr_P

r_p为事故的停电时间，λ_p为事故的发生频率（单位为：次/年），p为事故概率。

5.如权利要求1所述一种精细化电网风险评估方法，其特征在于，步骤S40，

风险计算方法为：R=p×Cr_P；C表示故障造成的负荷损失量。

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