CN105205571A - 计及风险的城市电网运行安全评估方法 - Google Patents

计及风险的城市电网运行安全评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105205571A
CN105205571A CN201510685524.3A CN201510685524A CN105205571A CN 105205571 A CN105205571 A CN 105205571A CN 201510685524 A CN201510685524 A CN 201510685524A CN 105205571 A CN105205571 A CN 105205571A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
risk
severity
delta
risk indicator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510685524.3A
Other languages
English (en)
Inventor
陈星莺
葛思敏
余昆
莫菲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN201510685524.3A priority Critical patent/CN105205571A/zh
Publication of CN105205571A publication Critical patent/CN105205571A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明公布了计及风险的城市电网运行安全评估方法,首先进行城市电网运行风险源分析,将风险源分为两类:小扰动型风险源,包括负荷波动和分布式电源出力波动;故障型风险源,包括内网故障和外网故障。再针对两类风险源,分别建立静态安全风险指标和暂态安全风险指标模型以评价城市电网运行安全水平。传统的确定性安全评估只重视最严重、最可信的事故,结果显得过于保守。概率性评估方法则克服了确定性评估方法的不足,在确定电力系统安全水平时,比确定性方法多考虑了事件概率这一不确定性因素。风险评估是对原有概率评估方法的改进和提高,可以对事故的后果加以量化。

Description

计及风险的城市电网运行安全评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种计及风险的城市电网运行安全评估方法,属于电力系统优化运行 领域。
背景技术
[0002] 电网运行过程中发生的局部故障可能会诱发连锁反应,扩大事故的范围和程度。 电力市场化改革的深入使得电网的运行状态常常接近极限,一旦发生事故,会给社会经济 带来不可估量的损失,甚至危及人身安全,引发社会动荡。城市电网作为电力系统的重要组 成部分,保证其安全可靠运行尤为重要。目前,以状态评估为基础,通过自愈控制使其始终 保持健康运行状态的方法已获得应用,而城市电网运行安全评价也是自愈控制系统的核心 组成。因此,评价城市电网的安全性具有重要意义。
[0003] 为了对城市电网进行准确的安全性评估,首先需要构建适当的安全评价指标。目 前相关的研究成果主要是对大电网进行评估。计及气象因素的电网静态安全指标体系针对 输电网,提出涵盖系统评估和断面评估的风险评估指标体系,能够对系统的薄弱点进行辨 识,计及气象因素,对电网静态安全风险影响进行全方位评估;基于复杂网络理论和条件概 率的灾难性事故风险评估方法和电网的结构性安全分析以复杂网络为研究对象,综合熵度 和输电介数,考虑系统节点和支路的重要性,改进传统安全指标,使其能更准确地识别薄弱 环节;IndicesSystemandMethodsforUrbanPowerGridSecurityAssessment针对 城市电网的特点提出"最大供电区域"和"负荷损失率"指标,为事故后采取紧急措施提供 依据,但不能计及不同类型风险源对电网造成的不同影响。在配电网安全研究方面,配电 网风险评价体系及其应用提出了基于效用理论的配电网安全风险评价体系,综合评估了线 路过负荷、母线电压越限以及负荷点停电的风险水平,但未能对事故后电压、电流等状态量 的不同越限程度产生的不同影响进行量化;ANeuro-FuzzyMethodasToolforVoltage SecurityAssessmentofSystemswithDistributedGeneration米用了基于蒙特卡洛模 拟的神经网络模糊评估方法,对含有分布式电源的配电网进行了电压安全评估,计算量较 大,且没有计及分布式电源出力的波动性。
[0004] 针对以上问题,本申请对城市电网运行可能存在的风险源进行分析。首先根据风 险源对城市电网造成的影响,将其分为小扰动型风险源和故障型风险源两类,然后基于风 险理论,分别建立静态安全和暂态安全评价指标,对于事故造成的危害程度的不同,分别采 用合适的严重度函数。此外,越来越多的分布式电源接入使得城市电网的运行情况更加不 稳定,因此在建立安全评价指标时还应考虑分布式电源带来的不确定性影响。在城市电网 自愈控制示范工程应用中,本申请提出的安全评价指标体系能够准确地辨识出城市电网的 安全运行风险,为自愈控制方案的选择提供依据。
发明内容
[0005] 发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对于背景技术存在的不能计及不同类 型风险源对电网造成的不同影响、未能对事故后电压和电流等状态量的不同越限程度产生 的不同影响进行量化、计算量较、没有计及分布式电源出力的波动性的问题。
[0006] 技术方案:本发明为实现上述目的,采用如下技术方案:
[0007] -种计及风险的城市电网运行安全评估方法,包括以下步骤:
[0008] 1)进行城市电网运行风险源分析,将风险源划分为小扰动型风险源和故障型风险 源两类;
[0009] 2)针对步骤1)划分的两类风险源,分别建立静态安全风险指标和暂态安全风险 指标t旲型;
[0010] 3)针对步骤2)建立的静态和暂态安全风险指标模型,分别对静态安全风险指标 和暂态安全风险指标的内部指标进行模型建立;
[0011] 4)针对步骤3)中的静态安全风险指标和暂态安全风险指标的内部指标分别引入 严重度函数,并归纳入建立的模型中。
[0012] 作为优化,所述步骤1)中小扰动型风险源包括负荷波动和分布式电源出力波动; 故障型风险源包括内网故障和外网故障。
[0013] 作为优化,所述步骤3)中静态安全风险指标的内部指标包括静态电压风险指标 和静态电流风险指标,暂态安全风险指标的内部指标包括暂态电压风险指标、暂态电流风 险指标、频率风险指标、功角风险指标和电压暂升/暂降风险指标。
[0014] 作为优化,所述步骤3)中静态安全风险指标的确立包括以下步骤:首先基于负 荷和分布式电源出力的动态概率模型,运用动态概率潮流算法计算电网状态变量的概率分 布,然后提出状态变量的严重度函数,再结合风险定义,得到城市电网静态安全风险指标的 计算模型。
[0015] 作为优化,由于通过概率潮流计算,负荷波动和分布式电源出力波动的随机性已 被计入电网状态变量的概率分布,因此所述静态安全风险指标模型中不包含负荷波动和分 布式电源出力波动的概率参数,如下式所示:
[0016] R(Yt |E,L) = / /P(Yt |E1;L)XS(Yt)dExdYt (1)
[0017] 式中屯是未来可能发生的小扰动;Yt是特定的运行状态;L是时刻t系统的负荷 状况;P^lEi,L)是发生事故£1后系统运行状态的概率分布;S(Yt)描述了在状态Yt时事故 的严重程度;R(Yt|E,L)是风险指标。
[0018] 作为优化,所述静态电压风险指标计算模型为:
[0019]
Figure CN105205571AD00071
[0020] 式中:&为发生第i个扰动时第j条母线的电压;P(U^IE。L)为城市电网发生扰 动Ei后第j条母线电压的概率分布;S(Ud为第j条母线相应的电压越限严重度;
[0021] 引入严重度函数,在对电压越限造成的危害性进行分析的基础上,按照偏移幅度 将电压分为若干区间:在正常运行区间[0.97, 1.07],电压越限严重度与电压幅值呈线性 关系,当电压为1. 〇P.u.时,严重度为0 ;随着电压偏差更加严重,当运行在区间[0. 9, 0. 97] 和[1. 07, 1. 1],严重度与电压呈平方关系;在区间[0. 8, 0. 9]时,电气设备安全性受到严重 影响,此时设严重度函数与电压值为三次方关系;当电压处于区间[0. 6, 0. 8]和[1. 1,1. 3] 时,会严重影响电网安全稳定性,因此令严重度与电压值之间为指数关系;当电压标么值小 于0. 6或大于1. 3时,认为电网失稳,电压越限严重度分别达到最大,为保证严重度函数的 连续性,分别取值为144和133 ;各区间的电压越限严重度函数如下式所示:
[0022]
Figure CN105205571AD00081
[0023] 静态电流风险指标计算模型为:
[0024]
Figure CN105205571AD00082
[0025] 引入严重度函数,未出现电流越限现象时,对设备无影响,不存在风险,且一般变 压器和线路都有过载能力;短路情况下,电网中的短路电流可能与一般的过负荷电流处于 同一个数量级。综合考虑上述情况,可按额定电流的〇_〇. 9、0. 9-U1-2以及2以上进行分 段:在区间[0, 0.9]时,电流越限严重度为0;在区间[0.9, 1]时,严重度与电流呈线性关 系;在区间[1,2]时,严重度与电流呈平方关系;当电流为2倍额定电流时,严重度取为1 ; 各区间严重度函数如下式所示:
[0026]
Figure CN105205571AD00083
[0027] 作为优化,假设元件故障符合均匀泊松分布,SP:
[0028]
Figure CN105205571AD00084
[0029] 则单位时间内该元件故障的概率为:
[0030]
Figure CN105205571AD00085
[0031] -般假设元件的故障相互独立,则由式(6)、(7)可得:
[0032]
Figure CN105205571AD00086
[0033] 故障发生后,城市电网的运行参数会发生变化,这些变化会导致整个电网运行状 态的变化,因此,电网运行状态变量的概率分布应与电网运行参数的概率分布密切相关,采 用正态分布来反映电网运行参数的不确定性,即:
[0034] Yt~Normal ( u,〇) (9)
[0035] 式中:y为运行参数的期望值;〇为运行参数的标准差;
[0036] 用小负荷运行工况和大负荷运行工况两种运行方式下的电网运行参数Yt_和 Yt_作为极端状态值,由正态分布可知,在区间(y-3〇,ii+30)内的面积比例达到了 99. 74%,因此y和〇可通过以下公式求得:
Figure CN105205571AD00091
[0039] 由此可求出故障后系统状态变量的概率分布P(Yt |Ei,L);[0040]由此可得,暂态安全风险指标的计算模型为:
[0037]
[0038]
[0041 ]
Figure CN105205571AD00092
[0042] 式中:£1是未来可能发生的故障;Yt是特定的运行状态;L是时刻t系统的负荷状 况;P^lEi,L)是发生事故£1后系统运行状态的概率分布;S(Yt)描述了在状态\时事故的 严重程度;R(Yt|E,L)是风险指标。
[0043] 作为优化,所述暂态电压风险指标计算模型为:
[0044]
Figure CN105205571AD00093
[0045] 暂态电流风险指标计算模型为:
[0046]
Figure CN105205571AD00094
[0047] 暂态电压、电流风险指标中的严重度函数分别与静态电压、电流风险指标中的严 重度函数一致;
[0048] 频率风险指标计算模型为:本申请构建频率风险指标,用于反映电网发生故障后 发电机频率偏差的可能性和危害程度;由式(12)可得:
[0049]
Figure CN105205571AD00095
[0050]引入严重度函数,在对频率偏差产生的危害进行分析的基础上,按照偏差幅度将 频率分为若干区间:在正常运行区间[49. 5, 50. 5]中,频率偏差主要危害一些对频率要求 严格的生产线,本申请将这个区间分成三段,49. 5~49. 8,49. 8~50. 2, 50. 2~50. 5,中间 采用线性关系,两边采用平方关系,低频段与高频段的严重度函数以f= 50Hz为对称轴;随 着频率偏差更加严重,在运行区间[47. 5, 49. 5]和[50. 5, 52. 5]时,频率偏差主要影响电网 运行经济性,安全储备下降,且有不稳定的趋势,因此设危害度与频率呈三次方关系;在区 间[0, 47. 5]和[52. 5, 100],电网安全稳定性、设备性能受到严重影响,取指数关系进行描 述;频率低于45或高于55Hz时严重度达到最大,取为275. 4 ;各区间的严重度函数如下式 所示: CN105205571A 说明书5/15页
[0051]
Figure CN105205571AD00101
[0052] 功角风险指标计算模型为:根据式(12)可得功角风险指标的计算模型为:
[0053]
Figure CN105205571AD00102
[0054]引入严重度函数,功角摇摆严重度函数取为发电机偏离惯性中心的角度与系统失 稳判据角A 故障切除后能保持系统稳定的临界角)的百分比,当偏离的角度大于 △ ,功角严重度函数值取为1 ;当角度减小时,功角严重度函数值随之线性减小; 当角度减小到时,功角严重度函数值为〇,各区间严重度函数如下式所示:
[0055]
Figure CN105205571AD00103
[0056] 电压暂降/暂升风险指标计算模型为:根据式(12)可得其计算模型为:
[0057]
Figure CN105205571AD00104
[0058]引入严重度函数,衡量电压暂降/暂升严重度的参考量主要是电压变化的幅度和 持续时间,因此定义电压暂降/暂升严重度函数为电压降落/升高的最大幅值与降落/升 高持续时间的乘积;电压暂降严重度函数如下式:
[0059]S(ut) = (l-utnin)XT(20)
[0060] 式中:ut_为电压暂降的最低值;T为电压暂降持续时间,即电压标幺值处于区间 [0• 1-0. 9]的时间且满足0• 01s彡T彡60s;
[0061] 电压暂升严重度函数如下式:
[0062]S(ut) = (utnax-l)XT (21)
[0063] 式中:ut_为电压暂升的最高值;T为电压暂降持续时间,即电压标幺值处于区间 [1. 1-1. 8]的时间且满足0• 01s彡T彡60s。
[0064] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:城市电网结构的 复杂多变及分布式电源出力的随机性,增加了电网运行的不确定性,城市电网的运行安全 评估被放在更加突出的位置。与传统的确定性安全评估方法以及概率性评估方法相比,风 险评估能够同时计及灾害发生的可能性以及灾害的严重程度,从而更加全面地评价电力系 统的运行安全水平。
[0065] 本申请从扰动和故障两种不同类型的风险源出发,基于风险理论分别建立了静态 安全风险指标和暂态安全风险指标。实际算例表明,所建立的静态安全风险指标和暂态安 全风险指标能够反映出城市电网网架结构的合理性和不同分布式电源接入条件下城市电 网的安全性水平。在城市电网自愈控制示范工程中,计及风险的城市电网安全运行评估指 标可为选择恰当的自愈控制策略提供依据。
附图说明
[0066] 图1为本发明的城市电网运行安全评价指标及其相互关系示意图;
[0067] 图2为某城市电网接线图。
具体实施方式
[0068] 对于无分布式电源的城市电网,其风险源可分为负荷波动、内网故障和外网故障 三类。当城市电网发生负荷波动(变化量相对较小)时,电网可能面临电压、电流越限或不 经济运行等风险。当电网内部发生故障时,可能会出现电压电流波动、频率波动甚至电压失 稳等威胁电网运行安全的情况。当城市电网外部发生故障时,若电网解列,则整个城市电网 都会停电;即使城市电网没有解列,也可能存在电压波动、频率波动或者失稳的风险,电压 或频率的不稳定可能进一步引起失负荷风险。
[0069] 当城市电网含有分布式电源时,与无分布式电源的城市电网相比多了分布式电源 出力波动这一扰动,这时需考虑系统的发电量和用电量能否保持平衡,若不能保持平衡,可 能要削减负荷,也会出现电压越限和频率波动等现象。若发生负荷波动、内网故障或外网故 障,可能出现孤岛运行,这时除了可能出现电压、频率波动等风险,还会有功角不稳定的风 险。
[0070] 根据上述风险源对城市电网可能造成的影响,本申请将风险源分为两类:①小扰 动型风险源,包括负荷波动和分布式电源出力波动;②故障型风险源,包括内网故障和外网 故障。
[0071] 风险理论
[0072] 传统的确定性安全评估只重视最严重、最可信的事故,结果显得过于保守。概率性 评估方法则克服了确定性评估方法的不足,在确定电力系统安全水平时,比确定性方法多 考虑了事件概率这一不确定性因素。风险评估是对原有概率评估方法的改进和提高,可以 对事故的后果加以量化。根据风险理论,城市电网风险评价指标需要量化决定电网安全性 等级的两个因素一一事故发生可能性和严重性,从而反映事故对电网的影响及电网的运行 安全程度。因此将城市电网的安全性风险指标定义为事故发生的概率与事故产生的后果的 乘积,即:
[0073]
Figure CN105205571AD00111
[0074] 式中:Yt是特定的运行状态(母线电压V、支路潮流F等);Ei是未来时刻t发生 的不确定事故;L是时刻t系统的负荷状况;P(EJ是Ei发生的概率;P(Y11Ei,L)是发生事故 系统运行状态的概率分布;S(Yt)描述了在状态Yt时事故的严重程度;R(Yt|E,L)是风 险指标。
[0075] 城市电网运行安全评价指标建模
[0076] 城市电网运行具有复杂性和多面性,用多个指标描述才能准确地反映其整体水平 和各方面的相互关系。另外电网运行数据的监测样本具有随机性,单个指标受随机误差的 影响较大,多指标联合评价才能可靠地评价电网的运行安全程度。
[0077] 针对上述两类风险源,分别建立静态安全风险指标和暂态安全风险指标模型以评 价城市电网运行安全水平。静态安全风险指标包括静态电压风险指标和静态电流风险指 标;暂态安全风险指标分为暂态电压风险指标、暂态电流风险指标、频率风险指标、功角风 险指标和电压暂降/暂升风险指标。如图1所示。
[0078] 静态安全风险指标建模
[0079] 静态安全风险指标用于分析小扰动类型风险源对城市电网安全运行的影响。首先 基于负荷和分布式电源出力的动态概率模型 [12],运用动态概率潮流算法[13]计算电网状态 变量的概率分布,然后提出状态变量的严重度函数,再结合风险定义,得到城市电网静态安 全风险指标的计算模型。
[0080] 由于通过概率潮流计算,负荷波动和分布式电源出力波动的随机性已被计入电网 状态变量的概率分布,因此本申请提出的静态安全风险指标模型中不包含负荷波动和分布 式电源出力波动的概率参数,如式(1)所示:
[0081]
Figure CN105205571AD00121
[0082] 式中屯是未来可能发生的小扰动;其余各变量的含义同式(22)。
[0083] 静态电压风险指标
[0084] (1)计算模型
[0085] 电压安全性是电网在额定运行条件下和遭受扰动之后所有母线都持续地保持在 可接受的电压范围内的能力。静态电压风险指标反映的是扰动造成母线电压越限的可能性 和危害程度。由式(1)可得出静态电压风险指标为:
[0086]
Figure CN105205571AD00122
[0087] 式中:&为发生第i个扰动时第j条母线的电压;P(U^h,L)为城市电网发生扰 动Ei后第j条母线电压的概率分布;S(Ud为第j条母线相应的电压越限严重度。
[0088] (2)严重度函数
[0089] 在对电压越限造成的危害性进行分析的基础上,按照偏移幅度将电压分为若 干区间:在正常运行区间[0. 97, 1. 07],电压越限严重度与电压幅值呈线性关系,当电 压为1.Op.u.时,严重度为0 ;随着电压偏差更加严重,当运行在区间[0.9,0. 97]和 [1. 07, 1. 1],严重度与电压呈平方关系;在区间[0. 8, 0. 9]时,电气设备安全性受到严重影 响,此时设严重度函数与电压值为三次方关系;当电压处于区间[0.6, 0.8]和[1. 1,1.3] 时,会严重影响电网安全稳定性,因此令严重度与电压值之间为指数关系;当电压标么值小 于0. 6或大于1. 3时,认为电网失稳,电压越限严重度分别达到最大,为保证严重度函数的 连续性,分别取值为144和133。各区间的电压越限严重度函数如式(3)所示:
[0090]
Figure CN105205571AD00131
[0091] 静态电流风险指标
[0092] (1)计算模型
[0093] 静态电流风险反映的是扰动发生后支路有功功率过载的可能性和危害程度。根据 式(2)可得到城市电网静态电流风险指标为:
[0094]
Figure CN105205571AD00132
[0095] (2)严重度函数
[0096] 未出现电流越限现象时,对设备无影响,不存在风险,且一般变压器和线路都有过 载能力;短路情况下,电网中的短路电流可能与一般的过负荷电流处于同一个数量级。综 合考虑上述情况,可按额定电流的〇_〇. 9、0. 9-1、1-2以及2以上进行分段:在区间[0, 0. 9] 时,电流越限严重度为〇 ;在区间[0. 9, 1]时,严重度与电流呈线性关系;在区间[1,2]时, 严重度与电流呈平方关系;当电流为2倍额定电流时,严重度取为1。各区间严重度函数如 式(5)所示:
[0097]
Figure CN105205571AD00133
[0098] 暂态安全风险指标建模
Figure CN105205571AD00134
[0099] 根据数据统计,泊松分布最适合描述单位时间内随机事件的发生次数,其参数入 表示单位时间(单位面积)内随机事件的平均发生率。假设元件故障符合均匀泊松分布, 即:
[0100]
[0101] 则单位时间内该元件故障的概率为:
[0102] P(F,) = 1 -P(f[) = 1 -P(X= 0) = 1 - (7)
[0103] -般假设元件的故障相互独立,则由式(6)、(7)可得:
[0104]
Figure CN105205571AD00141
[0105] 故障发生后,城市电网的运行参数(如发电机电压参数、负荷模型参数、负荷功率 因数等)会发生变化,这些变化会导致整个电网运行状态的变化。因此,电网运行状态变量 的概率分布应与电网运行参数的概率分布密切相关 [14]。本申请采用正态分布来反映电网 运行参数的不确定性,即:
[0106] Yt~Normal ( y,〇) (9)
[0107] 式中:y为运行参数的期望值;〇为运行参数的标准差。
[0108] 本申请用小负荷运行工况和大负荷运行工况两种运行方式下的电网运行参数 Yt_和Yt_作为极端状态值。工程上一般认为电网运行参数分布在[Y_,Y_]区间上的概率 达到99%以上。由正态分布可知,在区间(y_3〇,y+3〇)内的面积比例达到了 99. 74%, 因此y和。可通过以下公式求得:
Figure CN105205571AD00142
[0109]
[0110]
[0111] 由此可求出故障后系统状态变量的概率分布P(Yt |Ei,L)。
[0112] 参考第2节给出的城市电网风险评估指标计算模型,暂态安全风险指标的计算模 型为:
[0113]
Figure CN105205571AD00143
[0114] 式中屯是未来可能发生的故障;其余各变量的含义同式(22)。
[0115] 暂态电压风险指标
[0116] 暂态电压风险指标反映的是城市电网发生故障后各母线电压越限的可能性及其 危害程度,根据式(11)可得其计算模型为:
Figure CN105205571AD00144
[0117] ___ ... v ,
[0118] 无论是小扰动还是故障导致的电网电压越限,其产生的危害都由越限程度决定, 因此暂态电压风险指标中的严重度函数与静态电压风险指标中的严重度函数一致。
[0119] 暂态电流风险指标
[0120] 暂态电流风险指标反映的是城市电网发生故障后支路电流越限的可能性及其危 害程度,根据式(12)可得其计算模型为:
[0121]
Figure CN105205571AD00145
[0122] 无论是小扰动还是故障导致的电网支路功率越限,其产生的危害都由越限程度决 定,因此暂态电流风险指标中的严重度函数同样与静态电流风险指标中的严重度函数一 致。
[0123] 频率风险指标
[0124] (1)计算模型
[0125] 电力系统的频率稳定研究较多[15][16],但没有将城市电网的频率稳定性量化指标 用于风险评估。本申请构建频率风险指标,用于反映电网发生故障后发电机频率偏差的可 能性和危害程度。由式(12)可得:
[0126]
Figure CN105205571AD00151
[0127] (2)严重度函数
[0128] 在对频率偏差产生的危害进行分析的基础上,按照偏差幅度将频率分为若干区 间:在正常运行区间[49. 5, 50. 5]中,频率偏差主要危害一些对频率要求严格的生产线。本 申请将这个区间分成三段,49. 5~49. 8,49. 8~50. 2, 50. 2~50. 5,中间采用线性关系,两 边采用平方关系,低频段与高频段的严重度函数以f= 50Hz为对称轴;随着频率偏差更加 严重,在运行区间[47. 5, 49. 5]和[50. 5, 52. 5]时,频率偏差主要影响电网运行经济性,安 全储备下降,且有不稳定的趋势,因此设危害度与频率呈三次方关系;在区间[0, 47. 5]和 [52. 5, 100],电网安全稳定性、设备性能受到严重影响,取指数关系进行描述;频率低于45 或高于55Hz时严重度达到最大,取为275. 4。各区间的严重度函数如式(16)所示:
[0129]
Figure CN105205571AD00152
[0130] 功角风险指标
[0131] (1)计算模型
[0132] 对于含分布式电源的城市电网,当接入发电机为同步电机时,就存在功角问题。发 电机之间的功角差是电网暂态稳定的基本判据 [17]。当电网发生故障时,发电机的输入机械 功率和输出电磁功率失去平衡,引起转子角变化,各机组间发生相对摇摆。当这种摇摆使一 些发电机之间的相对角度不断增大时,发电机之间就失去同步,即电网失去暂态稳定。功角 风险指标反映的是电网故障造成发电机之间功角摇摆的可能性和危害程度。根据式(12) 可得功角风险指标的计算模型为:
[0133]
Figure CN105205571AD00153
[0134] (2)严重度函数
[0135] 功角摇摆严重度函数取为发电机偏离惯性中心的角度与系统失稳判据角 △ (故障切除后能保持系统稳定的临界角)的百分比。当偏离的角度大于A 时,功角严重度函数值取为1 ;当角度减小时,功角严重度函数值随之线性减小;当角度减 小到时,功角严重度函数值为〇。各区间严重度函数如式(18)所示: L/1N丄UD乙UDLU丄/ w i - 丄丄/丄d夕、
[0136] :、
Figure CN105205571AD00161
~^口服、,…/"!
[0137] 电压暂降/暂升风险指标
[0138] (1)计算模型
[0139] 由于电压暂降/暂升现象只有发生和没有发生这两种状态,因此其发生概率满足 (0-1)分布。根据式(12)可得其计算模型为:
[0140]
Figure CN105205571AD00162
[0141] (2)严重度函数
[0142] 衡量电压暂降/暂升严重度的参考量主要是电压变化的幅度和持续时间,因此定 义电压暂降/暂升严重度函数为电压降落/升高的最大幅值与降落/升高持续时间的乘 积。
[0143] 电压暂降严重度函数为:
[0144] S(ut)=(l-utnin)XT(20)
[0145] 式中:ut_为电压暂降的最低值;T为电压暂降持续时间,即电压标幺值处于区间 [0• 1-0. 9]的时间且满足0• 01s彡T彡60s。
[0146] 电压暂升严重度函数为:
[0147] S(ut)=(utnax-l)XT(21)
[0148] 式中:ut_为电压暂升的最高值;T为电压暂降持续时间,即电压标幺值处于区间 [1. 1-1. 8]的时间且满足0• 01s彡T彡60s。
[0149] 由于本申请定义的各项指标的危害度取值范围不同,为了能综合分析每项指标对 综合指标的影响,按上述模型求得各项指标后,利用极差正规化法将指标进行归一化,然后 将各项风险指标值相加得到静态安全或暂态安全风险指标,最后采用层次分析法 [得出安 全风险综合指标。
[0150] 算例分析
[0151] 图2为无分布式电源的某城市电网接线图,设为A1,由1座220kV变电站(龙山 变)、1座110kV变电站(禄口变)和1座35kV变电站(横溪变)构成,共14个节点、13条 支路,经由节点14与大电网相连。对该城市电网每10分钟取一个采样点,对每个采样点的 数据分别进行概率潮流计算。
[0152] 静态安全风险评价
[0153] (1)不同接线方式下的静态安全风险评价
[0154] 对A1网架结构进行改变:①闭合禄横线,断开龙溪线,形成A2网接线方式;②在 A1网架基础上再闭合禄横线,形成环网运行方式即A3网;③将A1网的电压等级进行简化, 只有220kV、110kV和35kV三个电压等级,形成B网。
[0155] 表1各网络的静态安全风险指标
[0156]
[0157]
Figure CN105205571AD00171
[0158] 表1中列出了各网络的静态电压风险指标和静态电流风险指标。从表1可看出: A1网接线方式较A2网合理,其各个静态风险指标均小于A2网;环网运行的A3网其各个静 态风险指标都小于A1网;进行升压改造及简化电压等级后的B网的静态电压指标及综合安 全指标明显降低。因此本申请提出的静态电压风险指标和静态电流风险指标能够反映出电 网接线方式的合理性。
[0159] (2)含不同分布式电源时的静态安全风险评价
[0160] 在A1网的不同位置接入不同类型的分布式电源,即下列4种情况:①在禄口变 110kV侧接风力发电机;②在禄口变110kV侧接太阳能电池;③在横溪变35kV侧接风力发 电机;④在横溪变35kV侧接太阳能电池。分别计算这4种情况下的静态安全风险指标。计 算结果如表2所示。
[0161] 表2含DG的A1网静态安全风险指标
Figure CN105205571AD00181
[0162] 从表2可看出,由于风机发电出力随机性较大,而太阳能电池出力规律性较强,因 此当接入同一电压等级时,接入风机的城市电网静态电压风险指标值、静态电流风险指标 值及静态安全综合指标值都明显大于接入太阳能电池的城市电网的各项指标值;当接入同 一种分布式电源时,其接入的电压等级也对静态安全风险有影响,例如风力发电机,接入电 压等级越高,城市电网的静态安全风险就越小。由此可见,本申请提出的静态安全评价指标 可反映出接入分布式电源的类型和接入位置对城市电网静态安全的影响。
[0163] 暂态安全风险评价
[0164]相比于线路发生故障的概率,实际运行时变压器发生故障的概率非常小,因此本 申请仅考虑线路发生故障的情况。设预想事故集包含龙溪线短路故障、龙禄线短路故障、联 络线1短路故障及联络线1、2均故障使得该城市电网形成孤岛这4个故障。
[0165] 设所有线路的年故障率均为0. 0084次/年,所有变压器的年故障率均为0. 0009 次/年,因此龙溪线、龙禄线和联络线1发生故障的概率相等,如式(23)所示:
[0166]
Figure CN105205571AD00182
[0167] 联络线1、2同时发生故障并使得城市电网进一步形成孤岛的概率如式(24)所 示:
[0168]
Figure CN105205571AD00183
[0169] (1)不同接线方式下的暂态安全风险评价
[0170] 表3是各电网结构的暂态安全风险指标。从表3可看出,与A1网相比,A2网和A3 网的暂态电压风险、暂态电流风险、频率风险和电压暂降风险均有所增加;进行升压改造及 简化电压等级后的B网,其暂态电压风险、频率风险、电压暂降风险均略大于A1网,暂态安 全综合指标也略大于A1网。从表3的各项指标可看出,A2网的网架结构不如A1网合理; A3网的电磁环网运行会使暂态安全性下降;进行升压改造后,因故障产生的危害程度也会 比原网络略有增加。
[0171] 表3各个电网结构的暂态安全风险指标
[0172]
[0173]
Figure CN105205571AD00191
[0174] (2)含不同分布式电源时的暂态安全风险评价
[0175] 在A1网架基础上接入不同类型DG,即以下5种情况:①在禄口变110kV侧接入 37. 5丽的同步发电机;②在横溪变35kV侧接入l(Mff的同步发电机;③在禄口变110kV侧和 横溪变35kV侧分别接入37. 5MW和10MW的同步发电机;④在横溪变35kV侧接入8X1. 5MW 的风力发电机;⑤分别在禄口变110kV侧接入37. 5MW同步发电机、在横溪变35kV侧接入容 量为8X1. 5MW的风力发电机。对上述情况分别进行故障仿真分析,结果如表4所示。
[0176] 当接入的分布式电源均为同步机时,若电网发生故障,则接入分布式电源的容量 越大,接入电压等级越高,对电网的安全性影响也越大,暂态风险也越大;当接入分布式电 源为异步发电机时,由于扰动使得系统的负荷情况发生了变化,异步电机的负载转矩随之 变化,为了保持平衡,其电磁转矩也要相应变化,而电磁转矩与节点电压相关,所以使得暂 态电压变化较大,导致暂态风险也明显增大,这时电压安全性成为主要问题;当电网同时接 入两个同步发电机时,功角风险指标明显增大,这是因为发生短路后,负荷功率立刻发生变 化,而同步电机转子的惯性使得机械功率不会立刻变化,负荷功率和机械功率无法平衡,发 生振荡,产生了功角不稳定的安全风险。
[0177] 表4接入DG时A1网的暂态安全风险指标
[0178]
Figure CN105205571AD00201

Claims (8)

1. 一种计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:包括W下步骤: 1) 进行城市电网运行风险源分析,将风险源划分为小扰动型风险源和故障型风险源两 类; 2) 针对步骤1)划分的两类风险源,分别建立静态安全风险指标和暂态安全风险指标 模型; 3) 针对步骤2)建立的静态和暂态安全风险指标模型,分别对静态安全风险指标和暂 态安全风险指标的内部指标进行模型建立; 4) 针对步骤3)中的静态安全风险指标和暂态安全风险指标的内部指标分别引入严重 度函数,并归纳入建立的模型中。
2. 根据权利要求1所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:所述 步骤1)中小扰动型风险源包括负荷波动和分布式电源出力波动;故障型风险源包括内网 故障和外网故障。
3. 根据权利要求1所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:所述 步骤3)中静态安全风险指标的内部指标包括静态电压风险指标和静态电流风险指标,暂 态安全风险指标的内部指标包括暂态电压风险指标、暂态电流风险指标、频率风险指标、功 角风险指标和电压暂升/暂降风险指标。
4. 根据权利要求1所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:所述 步骤3)中静态安全风险指标的确立包括W下步骤:首先基于负荷和分布式电源出力的动 态概率模型,运用动态概率潮流算法计算电网状态变量的概率分布,然后提出状态变量的 严重度函数,再结合风险定义,得到城市电网静态安全风险指标的计算模型。
5. 根据权利要求1所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:由于 通过概率潮流计算,负荷波动和分布式电源出力波动的随机性已被计入电网状态变量的概 率分布,因此所述静态安全风险指标模型中不包含负荷波动和分布式电源出力波动的概率 参数,如下式所示: R灯t|E,L) = / /P灯t|Ei,L)XS灯t)dEidYt (1) 式中:Ei是未来可能发生的小扰动;Yt是特定的运行状态;L是时刻t系统的负荷状况;P(Yt|Ei,L)是发生事故Ei后系统运行状态的概率分布;S(Yt)描述了在状态Yt时事故的严 重程度;R灯Je,L)是风险指标。
6. 根据权利要求3所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:所述 静态电压风险指标计算模型为: 及狀'1迟,巧S早JJ巧t/J左,,王)"取")(巧抓W 似 式中化,为发生第i个扰动时第j条母线的电压;P扣1,忙,L)为城市电网发生扰动Ei后第j条母线电压的概率分布;S扣1,)为第j条母线相应的电压越限严重度; 引入严重度函数,在对电压越限造成的危害性进行分析的基础上,按照偏移幅度将电 压分为若干区间:在正常运行区间[0.97, 1.07],电压越限严重度与电压幅值呈线性关系, 当电压为1.化.U.时,严重度为0 ;随着电压偏差更加严重,当运行在区间[0.9,0.97]和 [1. 07, 1. 1],严重度与电压呈平方关系;在区间化8, 0. 9]时,电气设备安全性受到严重影 响,此时设严重度函数与电压值为S次方关系;当电压处于区间化6,0.引和[1. 1,1. 3] 时,会严重影响电网安全稳定性,因此令严重度与电压值之间为指数关系;当电压标么值小 于0. 6或大于1. 3时,认为电网失稳,电压越限严重度分别达到最大,为保证严重度函数的 连续性,分别取值为144和133 ;各区间的电压越限严重度函数如下式所示:
Figure CN105205571AC00031
静态电流风险指标计算模型为: /?化片£)=完"巧/"片,王)"化)巧<",, ]。 ' (4) 引入严重度函数,未出现电流越限现象时,对设备无影响,不存在风险,且一般变压器 和线路都有过载能力;短路情况下,电网中的短路电流可能与一般的过负荷电流处于同一 个数量级。综合考虑上述情况,可按额定电流的0-0. 9、0. 9-1、1-2W及2W上进行分段:在 区间[0, 0. 9]时,电流越限严重度为0 ;在区间化9, 1]时,严重度与电流呈线性关系;在区 间[1,2]时,严重度与电流呈平方关系;当电流为2倍额定电流时,严重度取为1 ;各区间严 重度函数如下式所示:
Figure CN105205571AC00032
巧)
7.根据权利要求3所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:假设 元件故障符合均匀泊松分布,即:
Figure CN105205571AC00033
巧) 则单位时间内该元件故障的概率为: 护(巧I= ^护(京)=1-巧足=:巧=1-" 仍 一般假设元件的故障相互独立,则由式化)、(7)可得:
Figure CN105205571AC00034
巧) 故障发生后,城市电网的运行参数会发生变化,运些变化会导致整个电网运行状态的 变化,因此,电网运行状态变量的概率分布应与电网运行参数的概率分布密切相关,采用正 态分布来反映电网运行参数的不确定性,即: Yt~Normal(Ji,O) (9) 式中:y为运行参数的期望值;O为运行参数的标准差; 用小负荷运行工况和大负荷运行工况两种运行方式下的电网运行参数Ytmi。和YtmJ乍 为极端状态值,由正态分布可知,在区间(y-30,y+3〇)内的面积比例达到了 99. 74%, 因此y和O可通过W下公式求得:
Figure CN105205571AC00041
(10) (11) 由此可求出故障后系统状态变量的概率分布P灯t忙,L); 由此可得,暂态安全风险指标的计算模型为: 及。巧 引巧,幻 巧(\ '(12) 式中:Ei是未来可能发生的故障;Yt是特定的运行状态;L是时刻t系统的负荷状况;P(Yt|Ei,L)是发生事故Ei后系统运行状态的概率分布;S(Yt)描述了在状态Yt时事故的严 重程度;R(YjE,L)是风险指标。
8.根据权利要求3所述的计及风险的城市电网运行安全评估方法,其特征在于:所述 暂态电压风险指标计算模型为: K町I五'巧U"片山"的) 'J (13) 暂态电流风险指标计算模型为: 及化I里,五)=怎,)f巧左,,王)"(/,,)进 >f (14) 暂态电压、电流风险指标中的严重度函数分别与静态电压、电流风险指标中的严重度 函数一致; 频率风险指标计算模型为:本申请构建频率风险指标,用于反映电网发生故障后发电 机频率偏差的可能性和危害程度;由式(12)可得: 哀别友,斟=SS巧d巧式片"U (15) 引入严重度函数,在对频率偏差产生的危害进行分析的基础上,按照偏差幅度将频率 分为若干区间:在正常运行区间[49.5,50.5]中,频率偏差主要危害一些对频率要求严格 的生产线,本申请将运个区间分成S段,49. 5~49. 8,49. 8~50. 2,50. 2~50. 5,中间采 用线性关系,两边采用平方关系,低频段与高频段的严重度函数Wf= 50化为对称轴;随 着频率偏差更加严重,在运行区间[47. 5, 49.引和[50. 5, 52.引时,频率偏差主要影响电网 运行经济性,安全储备下降,且有不稳定的趋势,因此设危害度与频率呈=次方关系;在区 间[0,47.引和[52. 5, 100],电网安全稳定性、设备性能受到严重影响,取指数关系进行描 述;频率低于45或高于55化时严重度达到最大,取为275. 4 ;各区间的严重度函数如下式 所示:
Figure CN105205571AC00051
(16) 功角风险指标计算模型为:根据式(12)可得功角风险指标的计算模型为: S(ASE,L) =yP(E)fP(A5,E,L)xS(AS ' t、 " ' ' (17) 引入严重度函数,功角摇摆严重度函数取为发电机偏离惯性中屯、的角度与系统失稳 判据角A5m。、。^(故障切除后能保持系统稳定的临界角)的百分比,当偏离的角度大于 A5 时,功角严重度函数值取为1 ;当角度减小时,功角严重度函数值随之线性减小; 当角度减小到
Figure CN105205571AC00052
时,功角严重度函数值为0,各区间严重度函数如下式所示:
Figure CN105205571AC00053
电压暂降/暂升风险指标计算模型为:根据式(12)可得其计算模型为: 的片,王J =EI巧马),王)XS(AR, J 。9) 引入严重度函数,衡量电压暂降/暂升严重度的参考量主要是电压变化的幅度和持续 时间,因此定义电压暂降/暂升严重度函数为电压降落/升高的最大幅值与降落/升高持 续时间的乘积;电压暂降严重度函数如下式: S(Ut) = (I-Utmm)XT(20) 式中:Utmm为电压暂降的最低值;T为电压暂降持续时间,即电压标么值处于区间 [0. 1-0. 9]的时间且满足0.Ols《T《60s; 电压暂升严重度函数如下式: S(Ut) = (Utmax-I)XT(21) 式中:Utm。、为电压暂升的最高值;T为电压暂降持续时间,即电压标么值处于区间 [1. 1-1.引的时间且满足0.Ols《T《60s。
CN201510685524.3A 2015-10-20 2015-10-20 计及风险的城市电网运行安全评估方法 Pending CN105205571A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510685524.3A CN105205571A (zh) 2015-10-20 2015-10-20 计及风险的城市电网运行安全评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510685524.3A CN105205571A (zh) 2015-10-20 2015-10-20 计及风险的城市电网运行安全评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105205571A true CN105205571A (zh) 2015-12-30

Family

ID=54953240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510685524.3A Pending CN105205571A (zh) 2015-10-20 2015-10-20 计及风险的城市电网运行安全评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105205571A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106655292A (zh) * 2016-11-02 2017-05-10 国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院 一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法
CN107959308A (zh) * 2018-01-10 2018-04-24 云南电网有限责任公司电力科学研究院 配电网分布式能源接入适应性评估方法及装置
CN107979086A (zh) * 2017-11-14 2018-05-01 国网江苏省电力公司电力科学研究院 基于em算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法
CN108183499A (zh) * 2016-12-08 2018-06-19 南京理工大学 一种基于拉丁超立方抽样概率潮流的静态安全分析方法
CN109005152A (zh) * 2018-06-25 2018-12-14 全球能源互联网研究院有限公司 一种源网荷系统攻击危害的评估方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101800426A (zh) * 2010-03-31 2010-08-11 河南电力试验研究院 电网安全性水平评估方法
CN101859409A (zh) * 2010-05-25 2010-10-13 广西电网公司电力科学研究院 基于风险评估的输变电设备状态检修体系
CN102930175A (zh) * 2012-03-28 2013-02-13 河海大学 基于动态概率潮流的智能配电网脆弱性评估方法
CN103150687A (zh) * 2013-03-22 2013-06-12 电子科技大学 电网结构脆弱性实时评估系统
CN103646350A (zh) * 2013-10-25 2014-03-19 南昌大学 一种基于风险理论的电网运行状态评估方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101800426A (zh) * 2010-03-31 2010-08-11 河南电力试验研究院 电网安全性水平评估方法
CN101859409A (zh) * 2010-05-25 2010-10-13 广西电网公司电力科学研究院 基于风险评估的输变电设备状态检修体系
CN102930175A (zh) * 2012-03-28 2013-02-13 河海大学 基于动态概率潮流的智能配电网脆弱性评估方法
CN103150687A (zh) * 2013-03-22 2013-06-12 电子科技大学 电网结构脆弱性实时评估系统
CN103646350A (zh) * 2013-10-25 2014-03-19 南昌大学 一种基于风险理论的电网运行状态评估方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘新东 等: ""基于风险理论和模糊推理的电力系统暂态安全风险评估"", 《电力自动化设备》 *
彭力: ""基于风险的电网静态安全评估方法及其应用"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106655292A (zh) * 2016-11-02 2017-05-10 国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院 一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法
CN108183499A (zh) * 2016-12-08 2018-06-19 南京理工大学 一种基于拉丁超立方抽样概率潮流的静态安全分析方法
CN108183499B (zh) * 2016-12-08 2021-05-28 南京理工大学 一种基于拉丁超立方抽样概率潮流的静态安全分析方法
CN107979086A (zh) * 2017-11-14 2018-05-01 国网江苏省电力公司电力科学研究院 基于em算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法
CN107959308A (zh) * 2018-01-10 2018-04-24 云南电网有限责任公司电力科学研究院 配电网分布式能源接入适应性评估方法及装置
CN109005152A (zh) * 2018-06-25 2018-12-14 全球能源互联网研究院有限公司 一种源网荷系统攻击危害的评估方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105205571A (zh) 计及风险的城市电网运行安全评估方法
CN102063651B (zh) 一种基于在线采集数据的城市电网风险评估系统
CN102854415B (zh) 一种区域电网线路雷击闪络风险评估方法
CN104156769A (zh) 电力系统脆弱性评估方法
CN103310390A (zh) 一种电网安全综合评价方法
CN104778550A (zh) 一种基于实时运行数据的电网质量分析方法
CN104901306B (zh) 一种考虑连锁故障的电网运行安全裕度计算方法
Setreus et al. Identifying critical components for transmission system reliability
CN102570450B (zh) 一种适用于复杂电网的静态可靠性评估方法
CN101592700A (zh) 基于事故链的大电网连锁故障分析方法
CN104715423A (zh) 一种配电网风险与可靠性评估方法
CN103177186B (zh) 一种电气回路故障概率预测方法
CN105427195A (zh) 一种输配电一体化可靠性指标计算方法
CN107633320A (zh) 一种基于气象预测和风险评估的电网线路重要度评估方法
CN104392083A (zh) 一种基于全网拓朴的停电风险与可靠性分析方法
CN107194574A (zh) 一种基于负荷损失的电网安全风险评估方法
CN104283208B (zh) 大型电网概率性可用输电能力的分解协调计算方法
CN111404163A (zh) 一种电磁环网开环方法
CN106487010A (zh) 一种配电网可靠性评估方法及系统
Bie et al. Evaluation of power system cascading outages
Liu et al. Risk assessment of power system security based on component importance and operation state
CN103439596B (zh) 一种输电网安全运行稳态性能检测方法
Mousavi et al. Estimating risk of cascading blackout using probabilistic methods
Xu et al. Power system key lines identification based on cascading failure and vulnerability evaluation
Du et al. Evaluation of power system reliability based on the maintenance state

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151230