CN104156879A - 基于风险评估的电力系统防控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风险评估的电力系统防控方法，包括步骤：对电力系统进行风险评估，计算电网风险值；建立预防控制目标函数；输入电力系统运行状态及参数；根据预防控制目标函数和电网风险值，制定电力系统预防控制措施。本发明方法将风险理论运用到电力系统的预防控制中，解决了依靠调度员经验制定防控措施的问题，通过本发明方法可得出量化的防控措施，有效的实现电力系统安全防护控制。此外，本发明方法在风险评估的基础上，综合考虑控制成本，制定预防控制目标函数，根据目标函数制定量化的防控措施，在实现电力系统安全防护的前提下尽可能的减少了控制成本。

Description

基于风险评估的电力系统防控方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全防护技术领域，特别涉及一种基于风险评估的电力系统防控方法。 

背景技术

随着电力系统的大区互联和市场化，电网规模愈发庞大，导致扰动传播的范围也更大，区域电网在一定条件下，可能会受到附近电网故障的影响而发生连锁故障。这种连锁故障往往造成大面积的停电事故，甚至电网的彻底崩溃，因此，有效地防止电力系统连锁故障是避免大停电事故的关键。在研究电力系统静态安全预防控制问题时，传统采用确定性的潮流计算方法。由于该方法不能全面地反映电力系统的运行状态，且分析结果比较保守，不适用于发生故障后避免发生连锁故障的电力系统的安全防护。目前避免发生连锁故障的安全防护方法主要是调度员凭借经验制定预防控制策略，对调度员的技术要求比较高，而且制定的预防控制策略不够客观，因此预防控制的有效性有待提高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于风险评估的电力系统防控方法，通过本发明方法更好的防止连锁故障发生，有效的实现安全防护控制。 

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案： 

一种基于风险评估的电力系统防控方法，包括以下步骤： 

S10：对电力系统进行风险评估，计算电网风险值； 

S20：建立预防控制目标函数； 

S30：输入电力系统运行状态及参数，所述参数包括各节点发电机的有功源出力和无功源出力，各节点负荷的负荷量，电网输电线路的电阻、电抗及导纳参数； 

S40：根据预防控制目标函数和电网风险值，制定电力系统预防控制措施。 

进一步的，步骤S10中对电力系统进行风险评估，计算电网风险值，包括步骤： 

S102：根据电网发生故障的历史数据建立预想事故集； 

S103：根据预想事故集建立连锁故障模型； 

S104：计算各个预想事故发生的概率； 

S105：计算各个预想事故发生后的严重度，采用预想事故发生的概率和严重度的乘积进行电网风险评估，计算出电网风险值。 

进一步的，步骤S103中，根据预想事故集建立连锁故障模型包括以下步骤： 

S1031：根据预想事故集设定线路故障； 

S1032：根据发电机功角判断电力系统是否失稳，如果电力系统失稳，则进入步骤S1035，否则进入步骤S1033； 

S1033：求取非故障输电线路的F指标，其方法是：假设某条非故障线路为故障线路，则该故障输电线路的F指标为其中， 为输电线路k+1在T_i(j-1)环节和Ti_j环节发生前后的潮流变化量，为输电线路k+1在T_i(j-1)环节和T_ij环节发生后潮流极限裕度，为输电线路k+1受事故链 前面环节的影响度，分别为和的权重； 

S1034：选择F指标最大的非故障输电线路，完成一条事故链的建立，返回步骤S1031； 

S1035：完成所有事故链的建立，组成连锁故障模型。 

进一步的，所述步骤S20中，所述预防控制目标函数为h(P_g,Q_g)=g(P_g)+R_l(P_g,Q_g)+R_v(P_g,Q_g)，预防控制目标函数的约束条件为： 

$\begin{array}{c}{P}_i-V_i\underset{j\∈N}{\mathrm{\Σ}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}=0\\ Q_i-V_i\underset{j\∈N}{\mathrm{\Σ}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}=0\\ {\underset{\‾}{P}}_{\mathrm{gi}}\≤P_{\mathrm{gi}}\≤{\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{gi}},i\∈N_g\\ {\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{ri}}\≤Q_{\mathrm{ri}}\≤{\stackrel{\‾}{Q}}_{\mathrm{ri}},i\∈N_r\\ {\underset{\‾}{V}}_i\≤V_i\≤{\stackrel{\‾}{V}}_i,i\∈N\\ \left|S_l\right|\≤{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{msx}},l\∈N_l\end{array}$

目标函数和约束条件中的字母含义如上述表格所示。 

进一步的，所述S40中，根据预防控制目标函数和电网风险值，制定电力系统预防控制措施包括步骤： 

S401：判断各个预想事故的风险值是否小于设定的风险阈值，如果小于设定的风险阈值，则不做处理，否则进入步骤S402； 

S402：计算最优潮流，制定电力系统预防控制措施，确定发电机及负荷的调整量，包括以下步骤： 

S4021：找出连锁故障模型中过载最严重的输电线路； 

S4022：利用灵敏度计算方程组得到网络中各节点负荷对过载最严重的输电线路的静态有功灵敏度； 

S4023：根据静态有功灵敏度大小，按照设定的阈值界限，将节点负荷划分为三级控制点； 

S4024：选定第一级控制点，求取负荷的初始控制量； 

S4025：根据约束条件求取最优控制量； 

S4026：对发电机出力及负荷根据最优控制量的增减进行修正； 

S4027：判断该输电线路是否过载，如果该输电线路过载，则选定下一级控制点，扩大控制范围，求取负荷的初始控制量，然后返回步骤S4025；否者保存最优控制量。 

作为另一种实施方式，步骤S10中对电力系统进行风险评估，计算电网风险值，包括步骤： 

S201：选取需要融冰的输电线路； 

S202：建立预想事故集； 

S203：计算切除经过融冰处理的输电线路后电力系统的风险值； 

S204：计算最优潮流，并调整发电机和负荷； 

S205：切除需要进行融冰处理的输电线路，然后进行电网风险评估，并计算电网风险值。 

如果发生冰雪灾害，电网中某些输电线路可能会出现覆冰现象，为了保障电力系统安全，需要对覆冰的输电线路进行断线融冰并切除，然后再进行预防控制。根据不同环境进行区别处理，确保制定的预防控制措施能有效的进行安全防护。 

与现有技术相比，本发明的有益效果： 

风险评估方法能够反映评估对象的概率因素和后果因素，本发明方法将风险理论运用到电力系统的预防控制中，解决了依靠调度员经验制定防控措施的问题，通过本发明方法可得出量化的防控措施，提高了电力系统运行的可靠性，有利于防止电力系统连锁故障的发生，有效的实现电力系统安全防护控制。此外，本发明方法在风险评估的基础上，综合考虑控制成本，制定预防控制目标函数，根据目标函数制定量化的防控措施，在实现电力系统安全防护的前提下尽可能的减少了控制成本。 

附图说明：

图1为本发明基于风险评估的电力系统防控方法流程图。 

图2为建立连锁故障模型流程图。 

图3为计算最优潮流并求取发电机及负荷的调整量的流程图。 

图4为实施例中IEEE39节点系统图。 

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 

电力系统故障会造成重要电力设备的损坏，导致局部甚至大面积的停电。相对于传统按经验来进行的事故预想，风险评估具有累加整个电网中各元器件的风险指标，便于调度员和相关部门进行全局性把握，提供整个电网中各分区的风险变化信息，便于调度员监控，累加一定时段内的风险指标，也为检修计 划等运行方式的安排提供决策信息的优点。 

电力系统安全防护技术领域中一般将风险定义为“能导致伤害的灾难发生的可能性和这种伤害的严重程度”。从风险的概念可以看出，事故发生的可能性与事故后果的严重性是风险的两个重要因素，其两者的乘积用风险指标来表示。风险指标定量地描述了系统的安全状态，即：风险={事故发生的概率}×{事故产生的后果}。本发明方法基于风险评估制定电力系统防控策略，包括以下步骤： 

S10：发生故障后对电力系统进行风险评估，计算电网风险值。 

S20：输入电力系统运行状态及参数，所述参数包括各节点发电机的有功源出力和无功源出力，各节点负荷的负荷量，电网输电线路的电阻、电抗及导纳参数。 

S30：建立预防控制目标函数。 

在常规的最优潮流计算下，电力系统往往只是考虑了运行的经济型。在某些情况下，虽然系统运行正常，但是在随机扰动下，系统的风险指标并不能满足调度运行人员的要求，电力系统存在一定的安全隐患，此时系统调度人员需要通过预防控制措施来降低系统的运行风险，消除运行隐患。在步骤S10中，可以获得系统的线路过载和低电压的风险值，从一个角度反映了系统的安全性。在考虑了系统存在的随机扰动后，建立预防控制目标函数，提出基于风险的优化潮流方法对有功源和无功源的出力进行优化，减小系统运行的风险。预 

防控制目标函数为： 

h(P_g,Q_g)=g(P_g)+R_l(P_g,Q_g)+R_v(P_g,Q_g)      (1) 

预防控制目标函数的约束条件为： 

$\begin{array}{c}{P}_i-V_i\underset{j\∈N}{\mathrm{\Σ}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}=0\\ Q_i-V_i\underset{j\∈N}{\mathrm{\Σ}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}=0\\ {\underset{\‾}{P}}_{\mathrm{gi}}\≤P_{\mathrm{gi}}\≤{\stackrel{\‾}{P}}_{\mathrm{gi}},i\∈N_g\\ {\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{ri}}\≤Q_{\mathrm{ri}}\≤{\stackrel{\‾}{Q}}_{\mathrm{ri}},i\∈N_r\\ {\underset{\‾}{V}}_i\≤V_i\≤{\stackrel{\‾}{V}}_i,i\∈N\\ \left|S_l\right|\≤{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{msx}},l\∈N_l\end{array}---\left(2\right)$

目标函数和约束条件中的字母含义如表1所示： 

表1 

上述目标函数的制定既考虑了电力系统风险问题，又顾及了实施控制的成本问题，在保障电力系统安全的基础上实现最低成本控制。 

S40：根据目标函数和电网风险值，制定电力系统预防控制措施。 

如果发生冰雪灾害，电网中某些输电线路可能会出现覆冰现象，为了保障电力系统安全，需要对覆冰的输电线路进行断线融冰并切除，然后再进行预防控制。因此本发明方法考虑了融冰状态下的输电线路和非融冰状态下的输电线路两种情况进行预防控制，下面分别针对两种情况对本发明方法中风险评估过程进行说明。 

参考图1，对于电网中非融冰状态下的输电线路，本发明基于风险评估的电力系统防控方法中风险评估步骤（即步骤S10）包括如下步骤： 

S101：判断电网中元器件是否发生故障（发生N-1故障，表示元器件发生一次故障，发生N-m故障，表示元器件发生m次连锁故障），如果元器件发生故障则进入步骤S102，否则进入步骤S400。 

S102：建立预想事故集。预想事故集通过对电网发生的故障的历史数据统计得出。 

S103：建立连锁故障模型。参考图2，连锁故障模型建立过程包括以下步骤： 

S1031：根据预想事故集设定线路故障。 

S1032：根据发电机功角判断电力系统是否失稳，如果电力系统失稳，则进入步骤S1035，否则进入步骤S1033。 

S1033：求取非故障输电线路（即未发生故障的输电线路）的F指标。假设某条非故障输电线路为故障线路，故该障线路F指标的确定方法是： 

电力系统出现线路故障后，最优传输路径的变化使得潮流重新分配，潮流转移、线路相继过载、并行输电断面的完整性遭到破坏，导致了连锁故障大停电。因此事故链中间环节的预测需要涉及三个方面：预测输电线路的潮流变化、潮流极限裕度（或称为过负荷裕度）以及事故链前面环节对预测线路的影响，分别由 和三个指标进行评价。 

设第d条事故链在T_d(f-2)环节失效的输电线路是k-2，T_d(f-1)环节失效的输电线路是k-1，T_df环节失效的输电线路是k，T_d(f+1)为预测环节，待预测线路为k+l。由于连续开断对一条输电线路的影响效果具有叠加作用，因此预测中均考虑了前两个事故链环节的影响。 

输电线路k+1的指标反映该输电线路在T_d(f-1)环节和T_df环节发生前后潮流变化的量，该指标越大则该输电线路潮流波动越大。由于无功功率的急剧变化同样会引起保护设备的误动作，因此通过和来表达，为  ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{df}}^{k+1}=\left|\frac{S_{\mathrm{df}}^{k+1}-S_{d(f-2)}^{k+1}}{S_{d(f-2)}^{k+1}}\right|+\left|\frac{S_{d(f-1)}^{k+1}-S_{d(f-2)}^{k+1}}{S_{d(f-2)}^{k+1}}\right|,$ 和分别表示事故链d在T_df、T_d(f-1)和T_d(f-2)环节发生后输电线路k+1上的复功率。 

输电线路k+1的指标表示输电线路在T_d(f-1)环节和T_df环节发生后潮流极 限裕度，其中，是线路k+1的极限功率。该指标越大，则输电线路过载的可能性就越大。 

输电线路k+1的指标表示事故链前面环节对预测线路的影响， 反映了T_d(f-1)环节和T_df环节发生后线路k+1的潮流变化量与输电线路k-1和输电线路k的原有潮流之间的关系，即反映了故障线路与待预测线路之间的关系。其中，分别代表事故链d在T_d(f-1)、T_d(f-2)环节发生后输电线路k、输电线路k-1上的复功率。该指标值越大，则线路k+1受事故链前一环节故障线路影响较大，甚至是与故障线路处于同一重要输电断面。 

引入复杂网络拓扑结构的边权将这三个反映故障后的网络潮流转移的指标进行归一化处理。 

$R_{\mathrm{df}}^{k+1}=\frac{\left|S_{\mathrm{df}}^{k+1}\right|}{\underset{u=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|S_{\mathrm{df}}^u\right|}$

将拓扑网络的边权转化为各个部分的权重系数，则和的权重分别由给出： 

${\mathrm{\&omega;}}_1^{k+1}=\left\{\begin{array}{cc}0& S_{\mathrm{df}}^{k+1}<S_{d(f-2)}^{k+1}\&cap;S_{d(f-1)}^{k+1}<S_{d(f-1)}^{k+1}\\ R_{\mathrm{df}}^{k+1}& \end{array}\right.$

${\mathrm{\&omega;}}_2^{k+1}=\left\{\begin{array}{cc}{R}_{\mathrm{df}}^{k+1}& S_{\mathrm{df}}^{k+1}<S_{\max }^{k+1}\\ 1& S_{\mathrm{df}}^{k+1}>S_{\max }^{k+1}\end{array}\right.$

${\mathrm{\&omega;}}_2^{k+1}=\left\{\begin{array}{cc}{R}_{\mathrm{df}}^{k+1}& {\mathrm{\&Delta;S}}_{\mathrm{df}}^{k+1}<S_{d(f-1)}^{k+1}\\ 1& {\mathrm{\&Delta;S}}_{\mathrm{df}}^{k+1}>S_{d(f-1)}^{k+1}\end{array}\right.$

归一化处理后T_d(f+1)环节的失效线路由中间环节预测指标F进行确定，中间环节预测指标F定义为： 

$F_{d(f+1)}^{k+1}={\mathrm{\&omega;}}_1^{k+1}{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{df}}^{k+1}+{\mathrm{\&omega;}}_2^{k+1}{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{df}}^{k+1}+{\mathrm{\&omega;}}_3^{k+1}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{df}}^{k+1}---\left(3\right)$

式中，代表事故链d在T_d(f+1)环节的输电线路k+1的预测值。指标F值越大，则非故障线路受到网络潮流的影响越大，因此选取具有最大指标F值的非故障线路作为事故链下一级预测环节。当某一初始故障下的事故链中间环节均得到，则生成一条事故链，当所有初始设定的故障全部计算完毕，则得到事故链集合。 

S1034：选择F指标最大的非故障输电线路，完成一条事故链的建立，返回步骤S1031。 

S1035：完成所有事故链的建立，组成事故链集合，即完成连锁故障模型建立。 

S1036：判断是否完成电网中所有输电线路的事故链建立，如果是则进入步骤S1037，否则返回步骤S1031。 

S1037：进行事故链量化分析，形成连锁事故链顺序（或称为连锁故障模型序列）。 

S104：计算各个预想事故发生的概率，并按照各个预想事故发生的概率的大小依次排序。 

电力系统连锁性故障通常表现为一系列元器件连锁跳闸，导致系统解列、频率或电压崩溃。根据美国大停电的历史数据，提出了确定电力元器件发生故障的概率，公式如下： 

$\begin{array}{c}P\left(T_n\right)=p_I(x_1,x_2)=\frac{1}{1+e^{14.09-6.98x_1-11.26x_2}}\\ x_1=\frac{\left|F_I\right|}{F_{I\max }}\\ x_2=\frac{|F_I-{F_I}^{\&prime;}|}{F_{I\max }}\end{array}---\left(4\right)$

式中：T_n表示第n个预想事故；P(T_n)表示第n个预想事故发生的概率；F_Imax表示支路I极限传输功率；F_I表示故障元件切除之前支路I的传输功率；F_I'表示故障元件切除之后支路I的传输功率。 

S105：分别判断各个预想事故发生的概率是否小于设定的概率阈值，如果小于设定的概率阈值，则进入步骤S106，否则进入步骤S107。 

SS106：进行预防控制，降低风险，然后进入步骤S400。根据预想事故发生的概率不同，采取不同的预防措施。如果预想事故发生的概率小于设定的概率阈值，表示预想事故可以被接受，故采取预防控制措施。如果预想事故发生的概率大于或等于设定的概率阈值，则采取紧急控制措施，有效的应对可能发生的预想故障。预防控制和紧急控制的标准和措施为现有技术，此处不再赘述。 

S107：进行紧急控制，然后进入步骤S400。 

S400：进行电网风险评估，并计算风险值。 

根据风险的定义，风险={事故发生的概率}×{事故产生的后果}有，预想事故的风险值={预想事故发生的概率}×{预想事故产生的后果}，相应的可表示为Risk=P′Sev，Risk表示预想事故的风险值；P表示预想事故发生的概率；Sev表示预想事故发生后造成影响的严重度。 

本发明方法从母线低电压和输电线路过载两个方面分析了预想事故的风 险。在电力系统中，通常用最大输送容量或最大输送功率来表示输电线路的最大输送能力。为了保障输电线路的安全运行，为每条输电线路设定了一个输送阀值，成为功率风险阈值，功率风险阈值与最大输送功率值之间有一定的安全裕度。将输电线路发生故障后造成影响的严重度用支路功率与功率风险阈值差比支路满载功率极限与功率风险阈值差表示，对应的输电线路过载的严重程度函数表达式为： 

$\mathrm{Sev}\left(p_J\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& P_d\&GreaterEqual;p_J\\ {\mathrm{\&beta;}}_J\frac{p_J-P_d}{P_{\lim }-P_d}& P_d<p_J\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中：β_J表示支路J的权重；p_J表示支路J的有功功率；P_lim表示支路J的满载功率极限，满载功率即为最大输送功率；P_d表示功率风险阈值，通常取满载功率极限P_lim的90%。 

电力系统中母线电压水平是反映电力系统安全性的一个重要指标，所有母线都持续地保持可接受的电压对于电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。将母线低电压的严重度用发生故障后节点电压与额定电压之间的偏移量比低电压极限与额定电压之间的偏移量表示，对应的每个节点低电压严重度函数表达式为： 

$\mathrm{Sev}\left(u_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& u_i=U_N\\ {\mathrm{\&alpha;}}_i\frac{U_N-u_i}{U_N-U_{\min }}& u_i<U_N\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中：u_i表示节点i的电压；α_i表示节点i的权重；U_N表示额定电压；u_min表示节点i低电压极限值，通常取额定电压U_N的90%。 

综合预想事故T_n造成的线路过载和节点低电压这两方面对电网的影响，预想事故T_n产生的后果函数表达式为： 

Sev(T_n)=ΣSev(p_J)+ΣSev(U_I)           (7) 

因此预想事故T_n的风险指标的计算公式表示为： 

Risk=P×Sev=P(T_n)×Sev(T_n)            (8) 

根据上述公式（8）分别计算出各个预想事故的风险值（即风险指标）。 

S500（本步骤同发明内容部分中所述步骤S401）：判断每个预想事故的风险值是否小于设定的风险阈值，如果小于设定的风险阈值，则完成电网风险评估，否则进入步骤S600。 

S600（本步骤同发明内容部分中所述步骤S402）：计算最优潮流，调整发电机及负荷，然后返回步骤S400。 

参考图3，计算最优潮流，得出发电机及负荷的调整量的过程包括以下步骤： 

S601：找出连锁故障模型序列支路中过载最严重的输电线路。 

S602：利用灵敏度计算方程组得到网络中各节点负荷对该过载的输电线路的静态有功灵敏度。 

静态有功灵敏度分析模型：潮流灵敏度描述了电力系统潮流变量之间的线性关系，是潮流调整计算的有用工具，本实施例中以电力系统潮流计算中的直流潮流法为基础，用到的是电力系统中节点的发电机有功功率及用电负荷对输电线路有功功率的静态有功灵敏度，计算静态有功灵敏度时采用的数学模型如下： 

$\left\{\begin{array}{c}P=B\&CenterDot;\mathrm{\&theta;}\\ P_{\mathrm{IJ}}=-b_{\mathrm{IJ}}\&CenterDot;{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}\\ S_{q-\mathrm{IJ}}=\frac{a{P}_{\mathrm{IJ}}}{a{P}_q}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{IJ}}}{\mathrm{\&Delta;}{P}_q}\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，p为节点注入功率向量，P_q=P_Gq-P_Dq，P_Gq和P_Dq分别为节点的发电 机出力和负荷；θ为节点电压相角向量；B为节点导纳矩阵的虚部；P_IJ为支路I-J的有功潮流；b_IJ为支路I-J导纳的虚部；θ_ij为节点i电压相角与节点j电压相角的电压相角差；S_q-IJ为节点q注入有功功率对支路I-J潮流的静态有功灵敏度。 

静态有功灵敏度计算模型（9）通过变形，可写为： 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;P}=B\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;\&theta;}\\ \mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{IJ}}=-b_{\mathrm{IJ}}\&CenterDot;(\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&theta;}}_i-\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&theta;}}_j)\\ S_{q-\mathrm{IJ}}=\frac{a{P}_{\mathrm{IJ}}}{a{P}_q}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{IJ}}}{\mathrm{\&Delta;}{P}_q}\end{array}\right.---\left(10\right)$

其中，ΔP=B·Δθ即为： 

假设节点1注入有功功率改变量为ΔP₁=1MW，则通过式（11）可以得到Δθ，再将Δθ带入到数学模型（9）中的第二式，可得到任一条支路有功潮流的变化量，进而利用数学模型（9）中的第三式，可得到节点1注入有功功率对网络中任一支路的静态有功灵敏度。重复上述步骤就可以得到电网中任一节点注入有功功率对任意一条支路的静态有功灵敏度。根据节点注入功率的定义（注入该节点的电能功率），可得到某节点发电机和负荷对任意一条支路的静态有功灵敏度。 

S603：根据静态有功灵敏度大小，按照设定的阈值界限，将节点负荷点划分为三级控制点。 

S604：选定第一级控制点，求取负荷的初始控制量。 

以第一级控制点，线路g过载为例来说明初始控制量的求取方法。对可调机 组而言：将所有满足第一级控制点要求的发电机构成一个集合J_G1，集合J_G1称为可调机组集合。对可控负荷而言：将所有满足第一级控制点要求的负荷构成一个集合J_L1，集合J_L1为可控负荷集合。ΔP_Gmin为可调机组集合J_G1中灵敏度绝对值最小的发电机的控制量。ΔP_Fmin为可控负荷集合J_L1中灵敏度绝对值最小的负荷的控制量，且令|ΔP_Gmin|=|ΔP_Fmin|。 

设该条过载支路g的过载量为Q，则利用下面的方程组（12）可解得控制量ΔP_Gmin和ΔP_Fmin。 $i^{\&prime;}\&Element;J_{G1},j^{\&prime;}\&Element;J_{G1},m^{\&prime;}\&Element;J_{L1},n^{\&prime;}\&Element;J_{L1}.$

$\left\{\begin{array}{c}-Q=\underset{i^{\&prime;}\&Element;J_{G1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{G{i}^{\&prime;}\mathrm{Lg}}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{P}_{G{i}^{\&prime;}}+\underset{i^{\&prime;}\&Element;J_{L1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{F{m}^{\&prime;}\mathrm{Lg}}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{P}_{F{m}^{\&prime;}}\\ \frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{G{i}^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Delta;}{P}_{G{j}^{\&prime;}}}=\frac{S_{G{i}^{\&prime;}\mathrm{Lg}}}{S_{G{j}^{\&prime;}\mathrm{Lg}}}\\ \frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{F{m}^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Delta;}{P}_{F{n}^{\&prime;}}}=\frac{S_{F{m}^{\&prime;}\mathrm{Lg}}}{S_{F{n}^{\&prime;}\mathrm{Lg}}}\\ \left|\mathrm{\&Delta;}{P}_{G\min }\right|=\left|\mathrm{\&Delta;}{P}_{F\min }\right|\end{array}\right.---\left(12\right)$

利用方程组（12）求得的控制量即为初始控制量。方程组（12）中，S_Gi'Lg、ΔP_Gi'、S_Fm'Lg、ΔP_Fm'分别为发电机i'的静态有功灵敏度，发电机i'的可控量，负荷m'的静态有功灵敏度，负荷m'的可控量。 

S605：根据约束条件求取最优控制量。 

由于步骤604中求得的控制量只是初始控制量，并没有考虑系统的各个约束条件，然而，为了保证电力系统安全稳定运行，必须考虑约束条件对控制量的影响的。如果利用上述方程组求得的结果（步骤S604获取的初始控制量可能是控制发电机的出力，也可能是控制节点的负荷）是需要控制发电机i'的出力，则将受第i'台发电机影响明显的非故障线路总体定义为集合M。设定一个门槛值K_M，S_GiLz为节点i发电机对线路z的有功灵敏度，令Z为所有线路组成的集合，若有 

$\frac{\left|S_{\mathrm{GiLz}}\right|}{S_{\mathrm{MAxGi}}}>K_M,z\&Element;Z---\left(13\right)$

则将线路z划入集合M中。 

同样，当方程组求得的结果是需要控制节点i的负荷时，将受节点i负荷影响明显的非故障线路总体定义为集合N。设定一个门槛值K_N，S_FiLz为节点i的负荷对线路z的有功灵敏度，令S_MAxFi=MAX{|S_FiLz|,z∈Z}，若有 

$\frac{\left|S_{\mathrm{FiLz}}\right|}{S_{\mathrm{MAxFi}}}>K_N,z\&Element;Z---\left(14\right)$

则将线路z划入集合N中。 

求得集合M后，设第l条非故障线路（l∈M）的最大可增量为(不过载),线路l对应的发电机i'的控制量为： 

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{F{m}^{\&prime;}l}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_l^{\mathrm{MAX}}}{S_{F{m}^{\&prime;}\mathrm{Ll}}}---\left(15\right)$

令ΔP_Gi''=min{ΔP_Gi'l,l∈M}，则为了防止线路l在控制过程中发生过载，发电机i'的最优控制量应取min{ΔP_Gi',ΔP_Gi''}。 

求得集合N后，设第l条非故障线路（l∈N）的最大可增量为(不过载),线路l对应的负荷m'的控制量为： 

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{F{m}^{\&prime;}l}=\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_l^{\mathrm{MAX}}}{S_{F{m}^{\&prime;}\mathrm{Ll}}}---\left(15\right)$

令ΔP_Fm''=min{ΔP_Fm'l,l∈N}，则为了防止线路l在控制过程中发生过载，负荷m'的控制量应取min{ΔP_Fi,ΔP_Fm''}。 

S606：根据求得的最优控制量修正电力系统潮流，即对发电机出力及负荷 根据最优控制量的增减进行修正。 

S607：判断该输电线路是否过载，如果该输电线路过载，则进入步骤S609，否者进入步骤S608。 

S608：保存最优控制量。 

S609：选定下一级控制点，扩大控制范围，求取负荷的初始控制量，然后返回步骤S605。 

参考图1，对于电网中融冰状态下的输电线路，本发明基于风险评估的电力系统防控方法中风险评估步骤（即步骤S10）包括如下步骤： 

S201：选取需要融冰的输电线路。冰雪灾害之后，对于覆冰的输电线路需要进行融冰处理，选取需要融冰的输电线路，进行融冰处理。 

S202：建立预想事故集。预想事故集的建立方法同步骤S102。 

S203：计算切除经过融冰处理的输电线路后电力系统的风险值。风险值的计算方法同步骤S400。 

S204：计算最优潮流，并调整发电机和负荷。最优潮流的计算方法同步骤S600。 

S205：切除需要进行融冰处理的输电线路，然后进入步骤S400。 

S400：进行电网风险评估，并计算风险值。 

S500：判断风险值是否小于设定的风险阈值，如果小于设定的风险阈值，则完成电网风险评估，否则进入步骤S600。 

S600：计算最优潮流，调整发电机及负荷，然后返回步骤S400。 

参考图4，为验证本发明方法的可靠性，以IEEE39节点作为算例，基于风险评估计算当电力系统发生N-1故障下的防控措施。当电力系统发生N-1故障时为防止连锁事故发生，在IEEE39节点下的预防控制措施。假设支路25发生断线故障,为防止发生N-2故障,采取防控措施。 

当系统刚发生断线故障时,系统各台发电机出力基本保持不变,系统出力如表2所示: 

表2发电机原始出力 

由于只调整发电机无法满足风险指标要求，需要采取切机、切负荷的防控策略，经计算，15、16号节点负荷作为切负荷点，切负荷措施如表3所示,发电机调整如表4所示，系统支路风险指标和系统节点风险指标分别如表5、表6所示。 

表3切负荷措施 

表4发电机调整出力 

表5系统支路风险指标 

表6系统节点风险指标 

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。 

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。 

Claims (6)

1.一种基于风险评估的电力系统防控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：对电力系统进行风险评估，计算电网风险值；

S20：建立预防控制目标函数；

S30：输入电力系统运行状态及参数，所述参数包括各节点发电机的有功源出力和无功源出力，各节点负荷的负荷量，电网输电线路的电阻、电抗及导纳参数；

S40：根据预防控制目标函数和电网风险值，制定电力系统预防控制措施。

2.根据权利要求1所述的基于风险评估的电力系统防控方法，其特征在于，所述步骤S10中对电力系统进行风险评估，计算电网风险值，包括步骤：

S102：根据电网发生故障的历史数据建立预想事故集；

S103：根据预想事故集建立连锁故障模型；

S104：计算各个预想事故发生的概率；

S105：计算各个预想事故发生后的严重度，采用预想事故发生的概率和严重度的乘积进行电网风险评估，计算出电网风险值。

3.根据权利要求2所述的基于风险评估的电力系统防控方法，其特征在于，所述步骤S103中，根据预想事故集建立连锁故障模型包括以下步骤：

S1031：根据预想事故集设定线路故障；

S1032：根据发电机功角判断电力系统是否失稳，如果电力系统失稳，则进入步骤S1035，否则进入步骤S1033；

S1033：求取非故障输电线路的F指标，其方法是：假设某条非故障线路为故障线路，则该故障输电线路的F指标为其中，为输电线路k+1在T_i(j-1)环节和T_ij环节发生前后的潮流变化量，为输电线路k+1在T_i(j-1)环节和T_ij环节发生后潮流极限裕度，为输电线路k+1受事故链前面环节的影响度，分别为和的权重；

S1034：选择F指标最大的非故障输电线路，完成一条事故链的建立，返回步骤S1031；

S1035：完成所有事故链的建立，组成连锁故障模型。

4.根据权利要求1所述的基于风险评估的电力系统防控方法，其特征在于，所述步骤S20中，所述预防控制目标函数为

h(P_g,Q_g)=g(P_g)+R_l(P_g,Q_g)+R_v(P_g,Q_g)，

预防控制目标函数的约束条件为：

$\begin{array}{c}{P}_i-V_i\underset{j\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}=0\\ Q_i-V_i\underset{j\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}=0\\ {\underset{\&OverBar;}{P}}_{\mathrm{gi}}\&le;P_{\mathrm{gi}}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_{\mathrm{gi}},i\&Element;N_g\\ {\underset{\&OverBar;}{Q}}_{\mathrm{ri}}\&le;Q_{\mathrm{ri}}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{Q}}_{\mathrm{ri}},i\&Element;N_r\\ {\underset{\&OverBar;}{V}}_i\&le;V_i\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{V}}_i,i\&Element;N\\ \left|S_l\right|\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{S}}_{\mathrm{msx}},l\&Element;N_l\end{array}$

目标函数和约束条件中的字母含义如上述表格所示。

5.根据权利要求1所述的基于风险评估的电力系统防控方法，其特征在于，所述步骤S40中，根据预防控制目标函数和电网风险值，制定电力系统预防控制措施包括步骤：

S401：判断各个预想事故的风险值是否小于设定的风险阈值，如果小于设定的风险阈值，则不做处理，否则进入步骤S402；

S402：计算最优潮流，制定电力系统预防控制措施，确定发电机及负荷的调整量，包括以下步骤：

S4021：找出连锁故障模型中过载最严重的输电线路；

S4022：利用灵敏度计算方程组得到网络中各节点负荷对过载最严重的输电线路的静态有功灵敏度；

S4023：根据静态有功灵敏度大小，按照设定的阈值界限，将节点负荷划分为三级控制点；

S4024：选定第一级控制点，求取负荷的初始控制量；

S4025：根据约束条件求取最优控制量；

S4026：对发电机出力及负荷根据最优控制量的增减进行修正；

S4027：判断该输电线路是否过载，如果该输电线路过载，则选定下一级控制点，扩大控制范围，求取负荷的初始控制量，然后返回步骤S4025；否者保存最优控制量。

6.根据权利要求1所述的基于风险评估的电力系统防控方法，其特征在于，所述步骤S10中对电力系统进行风险评估，计算电网风险值，包括步骤：

S201：选取需要融冰的输电线路；

S202：建立预想事故集；

S203：计算切除经过融冰处理的输电线路后电力系统的风险值；

S204：计算最优潮流，并调整发电机和负荷；

S205：切除需要进行融冰处理的输电线路，然后进行电网风险评估，并计算电网风险值。