CN104732458A - 一种电力系统的风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统的风险评估方法，对于电力系统的稳定性进行分析，从而通过风险评估的方式来确定电力系统的稳定性，通过各项指标的分析来进行风险评估，并通过控制措施来应对电力系统发生的风险，从而维持电力系统的稳定与安全。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的可靠性管理技术领域，具体的说，是一种电力系统的风险评估方法。
背景技术
从国内外长期的电力系统运行中的事故统计分析可以看出，电力系统稳定破坏事故是危害性最大的事故之一，它严重威胁电力系统的安全运行和供电可靠性。不能有效地限制稳定破坏事故的发生和在发生稳定破坏事故后及时处理，往往导致大面积停电的严重后果，给工农业生产、人民生活、社会政治生活造成重大损失。只有在保持电力系统稳定的条件下，电力系统才能不间断地向用户提供电力和符合质量要求的电能量。随着电力工业的快速发展，电力工业也开始逐渐引入可靠性工程理论，电力系统可靠性也随之发展起来。电力系统可靠性是对电力系统按照可以接受的质量标准，根据需求量不间断地为电力用户提供电力和电能的能力进行度量。通过电力系统可靠性评估，能够为电力系统的运行管理、规划建设等提供重要的参考信息和指导意见。如可以找到被评估系统的薄弱环节，而且对于防御随机事故以及事故后的快速恢复也有重要作用。风险与可靠性是两个相对的概念，越高的风险对应越低的可靠性，反之亦然，故而，电力系统的风险评估工作是发电系统和输配电系统规划决策中的基础而关键的工作。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种电力系统的风险评估方法，其中风险评估涉及的指标包括基本性指标以及在此基础上计算得出的其他概率指标，根据这类指标的数学关系，可以算出用户每年停电时间期望、供电点可用率或不可用率以及供电量不足等。
(1)用户平均停电频率指标CAIFI，次／停电用户·年。该指标是一个系统均值，表示每个用户在一年以内所遭受的平均停电次数。
式中，为负荷点i的用户停运率；为负荷点i的用户数；为负荷点i的故障停电用户数。分母部分表示停电用户总数，分子部分表示用户停电总次数。
(2)用户平均停电持续时间CAIDI，小时／次，或分钟／次。从停电时间角度反映电网可靠性，该指标反映的是每次停电的平均时间。
式中，为负荷点i的平均每年停运时问或不可用率；为负荷点i的用户数。分母表示用户停电总次数，分子表示用户停电时间。
(3)系统缺供电量指标ENS，kWh/用户·年。
式中，是接入负荷点i的平均负荷(kW)；为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率。
(4)用户平均缺供电量指标ACCI，kWh／停电用户·年。分子是ENS表示总缺电量，分母为停电用户总数，因此反映的是系统内每个停电用户缺电量的平均水平。
(5)系统平均缺供电量指标AENS，kWh/用户·年。与ACCI不同的是，其分母为系统内的总用户数，故反映出系统内每个用户的缺电量水平。
(6)系统平均停电频率指标SAIFI，次／用户·年。该指标反映的是系统内一年中用户所遭受的平均停电频次。
式中，为负荷点i的用户停运率；为负荷点f的用户数；R为系统负荷点集合。分子部分为用户停电的总频次，分母为系统内的用户个数。
(7)系统平均停电持续时间SAIDI，小时／用户·年，或分钟／用户·年。该指标反映系统内所有用户一年中所经历的停电持续时间的平均水平。
式中，为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率，小时／年；为负荷点i的用户数。分子表示用户停电的总的持续时问，分母为系统内用户数。
(8)平均供电可用率指标ASAI，该指标表示一中配电系统可能的供电小时与用户需要的供电小时之比。分子为可能的供电小时，即需要的供电小时与停电小时之差。
(9)平均供电不可用率指标ASUI，以用户停电总时户数与用户要求供电总时户数表示。
风险分析的具体流程主要包括6个步骤：①选择可能发生故障的元件，确定预想事故集；②确定可能发生事故的可能性；③评估事故产生的后果严重程度；④计算相应的风险指标；⑤评估风险的可接受程度；⑥采取措施来减少不可接受的风险。
决定系统安全等级的因素主要有两个：事故的可能性和严重性。在电力系统安全性分析中，为了定量地衡量这两个因素，将风险定义为事故发生的概率与事故产生的后果的乘积。
用于计算系统风险值的公式为：
为第i个系统事故；
为故障前的系统运行状态；
为下一时间段的系统运行状态；
C为不确定事故后的系统状态；
为在下和出现的概率；
为在和下的事故后果；
为风险指标值。
而通常是一些离散的事件，是一些离散的时间断面，因此，可用如下的简化形式替代。
通过综合指标的分析来对电力系统的风险进行分析，综合指标是指能够反映系统综合风险水平的指标。以下给出整个系统的大停电指标以及停电后快速恢复能力的综合指标。
（1）系统大面积停电综合风险水平
a.指标解释：该指标主要是通过评估体系中所有的指标来反映区域电网的综合停电风险。根据被评估对象的不同指标可以反映不同规模的电网。
b.指标计算方法：
（2）停电后系统快速恢复能力
c.指标解释：该指标主要是通过加权计算与系统大面积停电事故后快速恢复能力有关的指标得到。通过该指标可以从系统结构的角度反映大面积停电事故后系统快速恢复的能力。
d.指标计算方法：
结构风险指标中相关指标如下：
a.黑启动电源配置指标
b.分区电网保安电源配置指标
通过各个四级指标相对于综合指标的权重wi，再分别乘以它们各自的风险指数Ri，就可以算出系统总的风险综合指标。即
对系统进行安全评价之后，若存在不安全因素，则需要采取一些控制措施，使得电力系统尽可能运行在正常运行状态。
(1)预防控制
为提高充裕性和安全性使电力系统恢复正常安全运行而进行的控制，称为预防控制。预防控制协同继电保护构成保证系统安全稳定的第一道防线。
预防控制内容包括：
1)功角及潮流控制以保持稳定裕度和避免过负荷；
2)频率控制以保持系统频率于规定范围和适当运行功率备用；
3)电压控制以保持母线电压于规定范围和合理分配无功功率；
4)改善阻尼特性控制以保持系统必要的阻尼水平。
预防控制措施包括：发电机功率预防性控制、发电机励磁附加控制、并联和串联电容补偿控制、高压直流输电功率调制以及其他交流灵活输电控制等。
(2)紧急控制
电力系统由于较严重故障进入紧急状态，为防止系统暂态稳定破坏、运行参数严重超出规定范围及事故进一步扩大，需要采取相应的紧急控制，必要时，允许损失负荷。
紧急控制内容包括：
1)防止稳定破坏的紧急控制：
2)限制频率越限、电压越限、过负荷的紧急控制；
3)防止频率、电压崩溃的紧急控制；
4)防止过负荷连锁跳闸的紧急控制。
紧急控制措施是：
1)平衡送受两端的功率，包括送电端的切除发电机、汽轮机快速控制汽门、动态电阻制动和受电端切负荷等；
2)加强系统输送功率能力，包括发电机励磁紧急控制、输电网中串联或并联电容强行补偿和HVDC功率紧急调制等。
3)系统解列。
(3)恢复控制
电力系统由于严重扰动引起部分停电或事故扩大引起大范围停电时，为使系统恢复正常运行和供电，各区域系统应配备必要的全停后起动(黑起动)措施，并采取必要的恢复控制(包括自动控制和人工控制)。自动恢复控制包括电源自动快速起动和并列，输电网络自动恢复送电，以及用户自动恢复供电等。
通过各项指标的分析来进行风险评估，并通过控制措施来应对电力系统发生的风险，从而维持电力系统的稳定与安全。
附图说明
图1是电力系统风险评估流程
图2是电力系统运行状态及控制关系。
具体实施方式
一种电力系统的风险评估方法，其中风险评估涉及的指标包括基本性指标以及在此基础上计算得出的其他概率指标，根据这类指标的数学关系，可以算出用户每年停电时间期望、供电点可用率或不可用率以及供电量不足等。
(1)用户平均停电频率指标CAIFI，次／停电用户·年。该指标是一个系统均值，表示每个用户在一年以内所遭受的平均停电次数。
式中，为负荷点i的用户停运率；为负荷点i的用户数；为负荷点i的故障停电用户数。分母部分表示停电用户总数，分子部分表示用户停电总次数。
(2)用户平均停电持续时间CAIDI，小时／次，或分钟／次。从停电时间角度反映电网可靠性，该指标反映的是每次停电的平均时间。
式中，为负荷点i的平均每年停运时问或不可用率；为负荷点i的用户数。分母表示用户停电总次数，分子表示用户停电时间。
(3)系统缺供电量指标ENS，kWh/用户·年，
式中，是接入负荷点i的平均负荷(kW)；为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率。
(4)用户平均缺供电量指标ACCI，kWh／停电用户·年。分子是ENS表示总缺电量，分母为停电用户总数，因此反映的是系统内每个停电用户缺电量的平均水平。
(5)系统平均缺供电量指标AENS，kWh/用户·年。与ACCI不同的是，其分母为系统内的总用户数，故反映出系统内每个用户的缺电量水平。
(6)系统平均停电频率指标SAIFI，次／用户·年。该指标反映的是系统内一年中用户所遭受的平均停电频次。
式中，为负荷点i的用户停运率；为负荷点f的用户数；R为系统负荷点集合。分子部分为用户停电的总频次，分母为系统内的用户个数。
(7)系统平均停电持续时间SAIDI，小时／用户·年，或分钟／用户·年。该指标反映系统内所有用户一年中所经历的停电持续时间的平均水平。
式中，为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率，小时／年；为负荷点i的用户数。分子表示用户停电的总的持续时问，分母为系统内用户数。
(8)平均供电可用率指标ASAI，该指标表示一中配电系统可能的供电小时与用户需要的供电小时之比。分子为可能的供电小时，即需要的供电小时与停电小时之差。
(9)平均供电不可用率指标ASUI，以用户停电总时户数与用户要求供电总时户数表示。
如图1所示，风险分析的具体流程主要包括6个步骤：①选择可能发生故障的元件，确定预想事故集；②确定可能发生事故的可能性；③评估事故产生的后果严重程度；④计算相应的风险指标；⑤评估风险的可接受程度；⑥采取措施来减少不可接受的风险。
决定系统安全等级的因素主要有两个：事故的可能性和严重性。在电力系统安全性分析中，为了定量地衡量这两个因素，将风险定义为事故发生的概率与事故产生的后果的乘积。
用于计算系统风险值的公式为：
为第i个系统事故；
为故障前的系统运行状态；
为下一时间段的系统运行状态；
C为不确定事故后的系统状态；
为在下和出现的概率；
为在和下的事故后果；
为风险指标值。
而通常是一些离散的事件，是一些离散的时间断面，因此，可用如下的简化形式替代。
通过综合指标的分析来对电力系统的风险进行分析，综合指标是指能够反映系统综合风险水平的指标。以下给出整个系统的大停电指标以及停电后快速恢复能力的综合指标
（1）系统大面积停电综合风险水平
a.指标解释：该指标主要是通过评估体系中所有的指标来反映区域电网的综合停电风险。根据被评估对象的不同指标可以反映不同规模的电网。
b.指标计算方法：
（2）停电后系统快速恢复能力
c.指标解释：该指标主要是通过加权计算与系统大面积停电事故后快速恢复能力有关的指标得到。通过该指标可以从系统结构的角度反映大面积停电事故后系统快速恢复的能力。
d.指标计算方法：
结构风险指标中相关指标如下：
a.黑启动电源配置指标
b.分区电网保安电源配置指标
通过各个四级指标相对于综合指标的权重wi，再分别乘以它们各自的风险指数Ri，就可以算出系统总的风险综合指标。即
如图2所示，对系统进行安全评价之后，若存在不安全因素，则需要采取一些控制措施，使得电力系统尽可能运行在正常运行状态。
(1)预防控制
为提高充裕性和安全性使电力系统恢复正常安全运行而进行的控制，称为预防控制。预防控制协同继电保护构成保证系统安全稳定的第一道防线。
预防控制内容包括：
1)功角及潮流控制以保持稳定裕度和避免过负荷；
2)频率控制以保持系统频率于规定范围和适当运行功率备用；
3)电压控制以保持母线电压于规定范围和合理分配无功功率；
4)改善阻尼特性控制以保持系统必要的阻尼水平。
预防控制措施包括：发电机功率预防性控制、发电机励磁附加控制、并联和串联电容补偿控制、高压直流输电功率调制以及其他交流灵活输电控制等。
(2)紧急控制
电力系统由于较严重故障进入紧急状态，为防止系统暂态稳定破坏、运行参数严重超出规定范围及事故进一步扩大，需要采取相应的紧急控制，必要时，允许损失负荷。
紧急控制内容包括：
1)防止稳定破坏的紧急控制：
2)限制频率越限、电压越限、过负荷的紧急控制；
3)防止频率、电压崩溃的紧急控制；
4)防止过负荷连锁跳闸的紧急控制。
紧急控制措施是：
1)平衡送受两端的功率，包括送电端的切除发电机、汽轮机快速控制汽门、动态电阻制动和受电端切负荷等；
2)加强系统输送功率能力，包括发电机励磁紧急控制、输电网中串联或并联电容强行补偿和HVDC功率紧急调制等。
3)系统解列。
(3)恢复控制
电力系统由于严重扰动引起部分停电或事故扩大引起大范围停电时，为使系统恢复正常运行和供电，各区域系统应配备必要的全停后起动(黑起动)措施，并采取必要的恢复控制(包括自动控制和人工控制)。自动恢复控制包括电源自动快速起动和并列，输电网络自动恢复送电，以及用户自动恢复供电等。
通过各项指标的分析来进行风险评估，并通过控制措施来应对电力系统发生的风险，从而维持电力系统的稳定与安全。
Claims (6)
1.一种电力系统的风险评估方法，其特征在于，风险分析的具体流程包括：①选择可能发生故障的元件，确定预想事故集；②确定可能发生事故的可能性；③评估事故产生的后果严重程度；④计算相应的风险指标；⑤评估风险的可接受程度；⑥采取措施来减少不可接受的风险。
2.如权利要求1所述的一种电力系统的风险评估方法，其特征在于，风险评估涉及的指标包括：
(1)用户平均停电频率指标CAIFI，次／停电用户·年，该指标是一个系统均值，表示每个用户在一年以内所遭受的平均停电次数，
式中，为负荷点i的用户停运率；为负荷点i的用户数；为负荷点i的故障停电用户数，分母部分表示停电用户总数，分子部分表示用户停电总次数，
(2)用户平均停电持续时间CAIDI，小时／次，或分钟／次，表示每次停电的平均时间，
式中，为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率；为负荷点i的用户数，分母表示用户停电总次数，分子表示用户停电时间，
(3)系统缺供电量指标ENS，kWh/用户·年，
式中，是接入负荷点i的平均负荷(kW)；为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率，
(4)用户平均缺供电量指标ACCI，kWh／停电用户·年，分子是ENS表示总缺电量，分母为停电用户总数，表示系统内每个停电用户缺电量的平均水平，
(5)系统平均缺供电量指标AENS，kWh/用户·年，与ACCI不同的是，其分母为系统内的总用户数，表示系统内每个用户的缺电量水平，
(6)系统平均停电频率指标SAIFI，次／用户·年，表示系统内一年中用户所遭受的平均停电频次，
式中，为负荷点i的用户停运率；为负荷点f的用户数；R为系统负荷点集合，分子部分为用户停电的总频次，分母为系统内的用户个数，
(7)系统平均停电持续时间SAIDI，小时／用户·年，或分钟／用户·年，表示系统内所有用户一年中所经历的停电持续时间的平均水平，
式中，为负荷点i的平均每年停运时间或不可用率，小时／年；为负荷点i的用户数，分子表示用户停电的总的持续时间，分母为系统内用户数，
(8)平均供电可用率指标ASAI，该指标表示配电系统可能的供电小时与用户需要的供电小时之比，分子为可能的供电小时，即需要的供电小时与停电小时之差，
(9)平均供电不可用率指标ASUI，以用户停电总时户数与用户要求供电总时户数表示，
。
3.如权利要求2所述的一种电力系统的风险评估方法，其特征在于，计算系统风险值的公式为：
为第i个系统事故；
为故障前的系统运行状态；
为下一时间段的系统运行状态；
C为不确定事故后的系统状态；
为在下和出现的概率；
为在和下的事故后果；
为风险指标值，
而通常是一些离散的事件，是一些离散的时间断面，因此，可用如下的简化形式替代，
。
4.如权利要求3所述的一种电力系统的风险评估方法，其特征在于，通过综合指标的分析来对电力系统的风险进行分析，综合指标是指能够反映系统综合风险水平的指标，综合指标包括：
（1）系统大面积停电综合风险水平
a.指标解释：该指标是通过评估体系中所有的指标来反映区域电网的综合停电风险，根据被评估对象的不同指标可以反映不同规模的电网，
b.指标计算方法：
。
5.如权利要求4所述的一种电力系统的风险评估方法，其特征在于，综合指标还包括：
（2）停电后系统快速恢复能力
c.指标解释：该指标是通过加权计算与系统大面积停电事故后快速恢复能力有关的指标得到，通过该指标可以从系统结构的角度反映大面积停电事故后系统快速恢复的能力，
d.指标计算方法：
结构风险指标中相关指标如下：
a.黑启动电源配置指标
b.分区电网保安电源配置指标
通过各个四级指标相对于综合指标的权重wi，再分别乘以它们各自的风险指数Ri，就可以算出系统总的风险综合指标，即
。
6.如权利要求5所述的一种电力系统的风险评估方法，其特征在于，系统的安全控制措施包括：
(1)预防控制
为提高充裕性和安全性使电力系统恢复正常安全运行而进行的控制，预防控制协同继电保护构成保证系统安全稳定的第一道防线，
预防控制内容包括：
1)功角及潮流控制以保持稳定裕度和避免过负荷；
2)频率控制以保持系统频率于规定范围和适当运行功率备用；
3)电压控制以保持母线电压于规定范围和合理分配无功功率；
4)改善阻尼特性控制以保持系统必要的阻尼水平，
预防控制措施包括：发电机功率预防性控制、发电机励磁附加控制、并联和串联电容补偿控制、高压直流输电功率调制以及其他交流灵活输电控制，
(2)紧急控制
电力系统由于较严重故障进入紧急状态，为防止系统暂态稳定破坏、运行参数严重超出规定范围及事故进一步扩大，需要采取相应的紧急控制，必要时，允许损失负荷，
紧急控制内容包括：
1)防止稳定破坏的紧急控制：
2)限制频率越限、电压越限、过负荷的紧急控制；
3)防止频率、电压崩溃的紧急控制；
4)防止过负荷连锁跳闸的紧急控制，
紧急控制措施是：
1)平衡送受两端的功率，包括送电端的切除发电机、汽轮机快速控制汽门、动态电阻制动和受电端切负荷；
2)加强系统输送功率能力，包括发电机励磁紧急控制、输电网中串联或并联电容强行补偿和HVDC功率紧急调制；
3)系统解列；
(3)恢复控制
电力系统由于严重扰动引起部分停电或事故扩大引起大范围停电时，为使系统恢复正常运行和供电，各区域系统应配备必要的全停后起动措施，并采取必要的恢复控制，自动恢复控制包括电源自动快速起动和并列，输电网络自动恢复送电，以及用户自动恢复供电。
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2015
- 2015-03-31 CN CN201510146847.5A patent/CN104732458A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20150624 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |