CN104537207A - 一种电网安全稳定分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电网安全稳定分析方法，包括基于灵敏度的电网计算、风险指标计算、基于《电力安全事故应急处置和调查处理条例》对比风险结果分析和对于风险价值进行风险防控和调整，本发明所述的电网安全稳定分析方法，根据设备故障概率和故障后果来分析风险源，利用灵敏度方法来对所有的故障设备进行排序，给出各个风险源的风险价值，进行风险防控，并根据《条例》给出风险等级，对地区电网进行安全稳定分析提供了重要依据。

Description

一种电网安全稳定分析方法

技术领域

本发明涉及一种电网安全稳定分析方法，属于电力分析技术领域。

背景技术

针对当前县局缺少独立运行方式业务应用系统，过多依赖地市的配网能量系统对电网进行安全管理，只能满足实时系统地要求，缺少对未来电网的稳定分析方法，因此需要对地区电网进行安全稳定分析，并进行风险防控。如果能提前发现电网运行过程中将要发生的事故，对电网的风险防控有巨大的意义。有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种电网安全稳定分析方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种电网安全稳定分析方法，基于《电力安全事故应急处置和调查处理条例》，根据设备故障概率和故障后果来分析风险源，利用灵敏度方法来对所有的故障设备进行排序，给出各个风险源的风险价值，进行风险防控。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种电网安全稳定分析方法，包括如下步骤：

步骤1、基于灵敏度的电网计算：通过开断法，摄动法或直接法采用灵敏度作为计算方法来显示电网中的潮流变化，得到电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ；

步骤2、风险指标计算：根据式(1)对电网进行风险指标计算，得到电网风险值R，

$R_{\mathrm{isk}}\left(X_f\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_r\left(E_i\right)\×S_{\mathrm{ev}}(E_i,X_f)---\left(1\right)$

其中P为事故概率，S为潮流计算和静态安全分析计算中的越限指标、负荷指标的后果，X表示某一类事项，函数的自变量，E为事项。

步骤3、基于《电力安全事故应急处置和调查处理条例》对比风险结果分析：根据步骤1灵敏度计算得到的电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ，以及步骤2得到的电网风险值R，对风险的结果进行各种相关性分析，寻找匹配的故障源，以及确定风险等级；

步骤4、对于风险价值进行风险防控和调整：根据步骤3得到的风险分析结果，针对故障确定电网切负荷量和风险等级，并根据事故后果严重性调整电网运行方式、设备等。

作为优选，上述步骤1中采用直接法进行灵敏度计算，线路ij有功潮流表达式为：

P_ij＝V_i ²g-V_i V_jg cosθ_ij-V_i V_jbsinθ_ij            (2) 

式(2)中：

P_ij，为线路ij始端有功潮流；

V_i V_j，为线路ij两端母线电压幅值；

θ_ij，为线路ij两端母线电压相角差；

g，为线路ij的电导；

b，为线路ij的电纳。

当机组出力变化时，线路ij的有功及母线电压会发生变化，对式(2)在初始点附近进行Taylor级数展开，忽略二阶段以上的高次项，得到：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]---\left(3\right)$

对于极坐标下的牛顿拉夫逊潮流计算，潮流线性修正方程组如下：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]---\left(4\right)$

式中：

ΔP、ΔQ—潮流方程的残差向量(2n-2)；

Δθ、ΔV—母线电压修正向量(2n-2)；

$\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]$ —潮流雅可比矩阵；

由(4)可得：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]---\left(5\right)$

将(5)代入(3)得到

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂V}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]---\left(6\right)$

根据式(6)求导得到Δθ。

上述电网安全稳定分析方法，根据设备故障概率和故障后果来分析风险源，利用灵敏度方法来对所有的故障设备进行排序，给出各个风险源的风险价值，进行风险防控，并根据《条 例》给出风险等级，对地区电网进行安全稳定分析提供了重要依据。

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。

具体实施方式

一种电网安全稳定分析方法，包括如下步骤：

S1、基于灵敏度的电网计算：通过开断法，摄动法或直接法采用灵敏度作为计算方法来显示电网中的潮流变化，得到电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ。经典的有功灵敏度的含义为：当系统内节点n注入1个单位有功功率时(相应的系统内平衡机减少1个单位)，指定支路上ij的有功潮流变化量。本实施例以直接法为例具体介绍电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ的计算。

线路ij有功潮流表达式为：

P_ij＝V_i ²g-V_i V_jg cosθ_ij-V_i V_jbsinθ_ij          (2) 

式(2)中：

P_ij，为线路ij始端有功潮流；

V_i V_j，为线路ij两端母线电压幅值；

θ_ij，为线路ij两端母线电压相角差；

g，为线路ij的电导；

b，为线路ij的电纳。

当机组出力变化时，线路ij的有功及母线电压会发生变化，对式(2)在初始点附近进行Taylor级数展开，忽略二阶段以上的高次项，得到：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]---\left(3\right)$

对于极坐标下的牛顿拉夫逊潮流计算，潮流线性修正方程组如下：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]---\left(4\right)$

式中：

ΔP、ΔQ—潮流方程的残差向量(2n-2)；

Δθ、ΔV—母线电压修正向量(2n-2)；

$\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]$ —潮流雅可比矩阵；其元素为：

由(4)可得：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]---\left(5\right)$

将(5代入(3)

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂V}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}\frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]---\left(6\right)$

并且根据式(6)求导得到Δθ_ij。

实际工程应用，可以用潮流计算中事先获得的雅可比矩阵直接代入，故只要一次转置操作就可以获得灵敏度。只计及节点n上的有功变化量(假设除节点n和平衡节点以外的潮流注入均不变，且节点n上无功变化为0)，则可获取支路ij上有功潮流对节点n上的有功灵敏度。

S2、风险指标计算：根据式(1)对电网进行风险指标计算，得到电网风险值R。电网风险值R的定义综合考虑了事故发生的概率和造成的影响，给出可能性与严重性的综合度量

$R_{\mathrm{isk}}\left(X_f\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_r\left(E_i\right)\×S_{\mathrm{ev}}(E_i,X_f)---\left(1\right)$

其中P为事故概率，S为潮流计算和静态安全分析计算中的越限指标、负荷指标的后果，X表示某一类事项，E为事项。

S3、基于《电力安全事故应急处置和调查处理条例》对比风险结果分析：根据步骤1灵敏度计算得到的电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ，以及步骤2得到的电网风险值R，对风险的结果进行各种相关性分析，寻找匹配的故障源，以及确定风险等级。具体为：根据《条例》中事故等级划分标准，对电网进行拓扑、潮流计算，以各个供区的交换功率为研究对象，结合区内电网的热备用容量，考虑稳态连锁故障，研究电网的潜在隐患，结合事故概率分析给出的单一设备故障概率，筛选出在各个事故等级下的故障集，研究引起电网发生事故的原因，找出电网的风险源，并计算电网各个风险源的风险价值。

S4、对于风险价值进行风险防控和调整：根据步骤3得到的风险分析结果，针对故障确定电网切负荷量和风险等级，并根据事故后果严重性调整电网运行方式、设备等。

上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (2)

1.一种电网安全稳定分析方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、基于灵敏度的电网计算：通过开断法，摄动法或直接法采用灵敏度作为计算方法来显示电网中的潮流变化，得到电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ；

步骤2、风险指标计算：根据式(1)对电网进行风险指标计算，得到电网风险值R，

$R_{\mathrm{isk}}\left(X_f\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_r\left(E_i\right)\×S_{\mathrm{ev}}(E_i,X_f)---\left(1\right)$

其中P为事故概率，S为潮流计算和静态安全分析计算中的越限指标、负荷指标的后果，X表示某一类事项，函数的自变量，E为事项；

步骤3、基于《电力安全事故应急处置和调查处理条例》对比风险结果分析：根据步骤1灵敏度计算得到的电网有功潮流变化值ΔP和母线电压相角差变化值Δθ，以及步骤2得到的电网风险值R，对风险的结果进行各种相关性分析，寻找匹配的故障源，以及确定风险等级；步骤4、对于风险价值进行风险防控和调整：根据步骤3得到的风险分析结果，针对故障确定电网切负荷量和风险等级，并根据事故后果严重性调整电网运行方式、设备等。

2.如权利要求1所述的一种电网安全稳定分析方法，其特征在于上述步骤1中采用直接法进行灵敏度计算，线路ij有功潮流表达式为：

P_ij＝V_i ²g-V_iV_jgcosθ_ij-V_iV_jbsinθ_ij            (2)

式(2)中：

P_ij，为线路ij始端有功潮流；

V_iV_j，为线路ij两端母线电压幅值；

θ_ij，为线路ij两端母线电压相角差；

g，为线路ij的电导；

b，为线路ij的电纳；

当机组出力变化时，线路ij的有功及母线电压会发生变化，对式(2)在初始点附近进行Taylor级数展开，忽略二阶段以上的高次项，得到：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{{\∂P}_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{{\∂P}_{\mathrm{ij}}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]---\left(3\right)$

对于极坐标下的牛顿拉夫逊潮流计算，潮流线性修正方程组如下：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]---\left(4\right)$

式中：

ΔP、ΔQ—潮流方程的残差向量(2n-2)；

Δθ、ΔV—母线电压修正向量(2n-2)；

$\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]$ —潮流雅可比矩阵；

由(4)可得：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{\ΔV}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]---\left(5\right)$

将(5)代入(3)得到

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂P_{\mathrm{ij}}}{\∂V}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔP}}{\∂V}\\ \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂\mathrm{\θ}}& \frac{\∂\mathrm{\ΔQ}}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}\\ \mathrm{\ΔQ}\end{array}\right]---\left(6\right)$

根据式(6)求导得到Δθ。