CN104376506B - 一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，综合考虑了系统受到扰动后的潮流转移与节点电压的变化，提出更加完善的电网脆弱性综合分析指标。本发明包括以下步骤：1)分析系统拓扑结构，计算系统稳态运行与扰动后的潮流分布，包括各支路的有功潮流和无功潮流、各节点电压及其相角差。2)计算所述评估体系中各评估指标，包括预风险评估因子和网络综合风险评估因子。3)根据设定的指标等级对电力系统进行风险评估。本发明的电力系统风险评估方法，更加全面的反映了系统的风险信息，对系统可能存在的潮流越限、电压失稳和连锁故障做出统一指标风险决策，有利于运行人员做出快速、准确地判断，及时采取措施保证系统安全稳定运行。

Description

一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法

技术领域

本发明提出一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，涉及电网风险评估领域。

背景技术

近年来，世界范围内发生了多次大规模停电事故，造成了非常大的影响。这些事故大多是由于一个或几个正在运行元件的故障引起大范围的潮流转移，导致部分线路过载跳闸、电压崩溃，继而发生连锁故障。实际上，在潮流转移初期，并不是所有线路都会过载，而是只有部分潮流急剧变化，甚至引发连锁跳闸。电力系统是一个复杂的非线性系统，如何在系统受到扰动后及时的发现这些脆弱部分，也就是辨识电网中关键节点和关键线路，具有重要的应用研究价值。

在以往的确定性评估方法中，一般只采用故障前后有功潮流的各种因子来进行电网的脆弱性评估，而假设系统中的无功充足、节点电压的变化情况忽略不计。实际上，当电网发生故障时，一条线路的断开必然使本线路的潮流转移至其余线路，这样其余线路的有功潮流可能会显著增加，由此导致的电流增加还会使得输电线路上的无功损耗增加，加重了线路上的电压损耗，在没有充足的无功补偿时，节点电压必然会下降，严重时甚至会发生电压崩溃，同样会导致电网的大面积停电。所以节点电压权重因素也需要引入脆弱性评估因子中。

因此，为避免电力系统发生大规模停电事故，必须建立更准确、全面的电力系统风险评估体系，及时对脆弱部分采取相应措施，保证系统更加安全稳定的运行。

发明内容

为了克服上述评估体系中的不足，本发明提出了一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，充分考虑了系统受到扰动后电网的各电气量特征，包括线路潮流传输裕度、节点电压情况。能够更加准确的判断系统的脆弱部分，进而采取相应措施保证系统安全稳定运行。

本发明采取的技术方案为：

一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，包括如下步骤:

1)、分析系统拓扑结构，计算系统稳态运行与扰动后的潮流分布，包括各支路的有功潮流、无功潮流、节点运算负荷、各节点的电压和它们之间的电压相角差；

2)、计算所述评估体系中各评估因子；包括预风险评估因子和网络综合风险评估因子。

3)、根据设定的因子等级对电力系统进行风险评估。

所述预风险评估因子中包括：有功风险因子、有功增量因子、电压风险因子、电压增量因子、视在分析因子。

有功增量因子λ_ij可以很直观的反应当电网受到扰动后转移潮流在各支路的分布情况，能够初步识别出因扰动受到影响比较大的部分，λ_ij值越大，说明该线路有功潮流受系统扰动影响越明显。电压增量因子γ_ij可以很直观的反应当电网受到扰动后各节点的电压分布情况，能够初步识别出因扰动受到影响比较大的部分，γ_ij值越大，说明该线路两端电压受系统扰动影响越明显。

有功风险因子直接反应扰动后输电线路承载风险，J_ij值越大，说明该线路运行时潮流越限风险越大。电压风险因子直接反应扰动后输电线路电压稳定情况，K_ij值越大，说明该线路运行时电压失稳风险越大。

视在分析因子表达式选取类似于视在功率表达式：综合了有功风险因子和电压风险因子，更加准确、全面的反映了系统的脆弱程度。ω_ij最大值应为1，越接近1，说明当系统受到扰动后，相应线路越脆弱，越容易出现问题。

网络综合风险评估因子W_ij则是通过对有功增量因子、电压增量因子及视在分析因子设定不同的风险权重系数：W_ij＝a₁λ_ij+a₂γ_ij+a₃ω_ij，权重系数a₁、a₂、a₃根据系统风险评估的侧重点不同进行选取，从而将本发明评估方法推广到不同的系统中，使之具有更强的适用性。

根据设定的网络综合风险评估因子等级对评估结果进行分级，如：坚强(抵抗冲击能力大)、正常(基本在额定运行状态)、轻度告警、危险，为运行人员进行风险控制提供依据。

本发明提供一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，充分体现了系统受到扰动后潮流的转移情况，将线路的承载能力与节点电压的变化情况结合起来，利用更加准确、全面的风险评估因子来辨识系统中的脆弱部分，建立了更为可靠的电力系统风险评估体系，为运行人员进行风险控制，保障电网的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

图2为本发明风险评估因子计算流程图。

图3为本发明电压风险因子计算参数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，通过利用电网参数计算系统指标来识别电网关键部分，从而进行系统风险评估。本实施方式以IEEE-39节点系统作为仿真研究对象，但不是限定性的。

步骤1：利用潮流计算得到系统扰动前后各支路的有功潮流P_ij′、P_ij和无功潮流Q_i′_j、Q_ij，各节点运算负荷无功功率Q_j，以及扰动后各节点电压值V_i、V_j和它们之间的电压相角δ_ij。

步骤2：利用步骤1得到的扰动前后的潮流值计算有功增量因子和电压增量因子。这两个因子可以初步反映系统各部分受扰动影响的大小。其中，有功增量因子P_Lim为输电线路最大承受潮流。有功潮流增量因子反应当系统受到扰动后转移潮流在各支路的分布情况，最大值为1，λ_ij值越大，说明该线路有功潮流受系统扰动越大。类似的，电压增量因子V_Lim为节点极限运行电压。它反应了电网受到扰动后各节点电压的变化情况，能够初步识别出节点电压受扰动影响比较大的部分，其最大值也为1，γ_ij值越大，说明该节点电压受系统扰动影响越明显。V_N为系统额定电压，V_i、V_j分别为系统已经出现扰动后，输电线路两侧节点i、节点j的电压值。

依次对IEEE-39节点系统各条线路进行断开攻击，计算其它线路有功增量因子λ_ij与电压增量因子γ_ij，若其它线路中存在以上两个指标数值较大的情况，则可以初步判断出受攻击的线路对系统其它部分影响较大，即为关键线路。表1列出部分关键线路及受其断开影响最大线路的λ_ij和γ_ij。

表1关键线路及其参数

本次实施例中，初步得到的非关键线路如6-11、7-8、8-9、11-12、12-15、23-24、24-25、3-4、1-2等。攻击断开这些非关键线路计算得到的其它线路有功增量因子λ_ij和电压增量因子γ_ij数值都非常小，证明了初步判断关键线路与非关键线路的有效性。

步骤3：计算系统综合分析因子。首先得到有功风险因子J_ij和电压风险因子K_ij。有功风险因子采用很直观的表达式：

P_N为该线路额定传输有功。有功风险因子直接反应扰动后输电线路承载风险，J_ij值越大，说明该线路运行时风险越大。

电压风险因子：

该因子通过潮流计算得到某线路两端节点电压、相角和传输功率等变量，推导出节点电压的关系式再根据二次方程有解的判别式得到。各参数在图3中示出。其中线路阻抗Z_L＝R_L+jX_L。K_ij越接近1表示该线路越接近电压不稳定，反应扰动后输电线路电压稳定情况。其中Z_L、R_L、X_L分别为输电线路阻抗、电阻、电抗。

定义视在分析因子ω_ij

采用这种综合的形式更加明确、全面的反映了系统的脆弱程度。ω_ij最大值应为1，越接近1，说明当系统受到扰动后，相应线路越脆弱，越容易出现问题。

步骤4：定义网络综合风险评估因子W_ij＝a₁λ_ij+a₂γ_ij+a₃ω_ij。

网络综合风险评估因子综合了有功增量因子、电压增量因子与视在分析因子。不仅考虑了系统扰动后有功潮流转移与节点电压的初步变化情况，还计及了系统本身的脆弱程度。其中a₁、a₂、a₃为风险分析权重系数，对于不同侧重的风险评估系统可通过改变风险权重系数来实现，从而增强了其适用性。本次实施例采用的是标准IEEE-39节点测试系统，没有侧重考虑单独某个因素的影响，权重系数a₁、a₂、a₃均取为1/3。利用步骤2得到的关键线路计算各自网络综合风险评估因子，按从大到小顺序进行排列，结果示于表2：

表2关键线路及综合风险评估因子

从表中可以看出，排序靠前的线路如16-17、17-18属于系统中比较重要的联络线路，这些线路的断开必然会导致系统受到很大的影响。若多条重要联络线的断开甚至会导致孤岛的产生。而线路10-11、21-22、2-25等属于发电机功率输出的重要通道，这些线路的断开会导致功率的较大损失，对系统潮流的分布也会产生较大的影响。

步骤5：根据设定的网络综合风险评估因子等级对步骤4所得系统各部分网络综合风险评估因子进行排序。网络脆弱性共分为四个等级：

(1)、坚强：抵抗冲击能力大，W_ij≤R1；

(2)、正常：基本上达到额定运行状态，R1<W_ij≤R2；

(3)、轻度告警：超过额定运行状态，有功功率和节点电压还没有达到极限运行状态，R2<W_ij≤R3；

(4)、危险：有功功率或节点电压存在达到极限运行状态，R3<W_ij≤1.0；

其中R1、R2、R3为风险评估阈值，根据系统脆弱性评估的着重点不同可以重新分配，本专利并不限制。最后统计系统各部分网络综合风险评估因子W_x，其中x为各线路编号，如x＝ij、ik、...，并对它们分别按照大小排序，排序靠前的说明是受影响较大的线路。运行人员可以根据最终的排序结果及时做出反应。对处于危险等级的部分应立即采取相应措施，以防止事故发生或者扩大发展成连锁故障导致大面积停电。对处于轻度告警等级的部分也要进行相应的操作控制，防止事故发生，保障电网安全稳定运行。

Claims (8)

1.一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于包括如下步骤:

1)、分析系统拓扑结构，计算系统稳态运行与扰动后的潮流分布，包括各支路的有功潮流、无功潮流、节点运算负荷、各节点的电压和它们之间的电压相角差；

2)、计算评估体系中各评估因子,包括风险评估因子和网络综合风险评估因子；

3)、根据设定的因子等级对电力系统进行风险评估；

所述风险评估因子中包括：有功风险因子J_ij、有功增量因子λ_ij、电压风险因子K_ij、电压增量因子γ_ij、视在分析因子及网络综合风险评估因子；

有功风险因子有功增量因子电压风险因子电压增量因子视在分析因子及网络综合风险评估因子W_ij＝a₁λ_ij+a₂γ_ij+a₃ω_ij；

上述各式中，P_ij′、P_ij为系统扰动前后各支路的有功潮流；P_N为输电线路额定传输有功功率；P_Lim为输电线路最大承受潮流；Z_L、R_L、X_L分别为输电线路阻抗、电阻、电抗；V_i、Q_j为各节点的电压与无功功率；δ_ij为线路两端电压相位差；V_N为系统额定电压；V_Lim为节点极限运行电压；a₁、a₂、a₃为风险分析权重系数。

2.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于，有功增量因子λ_ij反应当电网受到扰动后转移潮流在各支路的分布情况，初步识别出因扰动受到影响比较大的部分，λ_ij值越大，说明该线路有功潮流受系统扰动影响越明显。

3.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于，电压增量因子γ_ij反应当电网受到扰动后各节点的电压分布情况，初步识别出因扰动受到影响比较大的部分，γ_ij值越大，说明该线路两端电压受系统扰动影响越明显。

4.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于，有功风险因子J_ij直接反应扰动后输电线路承载风险，J_ij值越大，说明该线路运行时潮流越限风险越大。

5.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，电压风险因子K_ij直接反应扰动后输电线路电压稳定情况，K_ij值越大，说明该线路运行时电压失稳风险越大。

6.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于，视在分析因子表达式选取类似于视在功率表达式：综合了有功风险因子和电压风险因子，ω_ij最大值为1，越接近1，说明当系统受到扰动后，相应线路越脆弱，越容易出现问题。

7.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于，网络综合风险评估因子W_ij则是通过对有功增量因子λ_ij、电压增量因子γ_ij及视在分析因子设定不同的风险权重系数：W_ij＝a₁λ_ij+a₂γ_ij+a₃ω_ij，权重系数a₁、a₂、a₃根据系统风险评估的侧重点不同进行选取。

8.根据权利要求1所述一种基于确定性分析的电力系统风险评估方法，其特征在于，根据设定的网络综合风险评估因子等级对评估结果进行分级。