CN105988042A - 一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，所述方法包括：确定故障线路，查找故障线路输电断面，通过潮流计算得出关键输电断面集合；计算发生隐性故障的总损失负荷；确定隐性故障的脆弱性区域，计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险，通过实现隐性故障的风险的评估，有效避免了隐性故障事故所带来的危害。

Description

一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法

技术领域

本发明涉及一种评估方法，具体涉及一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大，由区域电网互联引起的大停电事故时有发生。根据各次大停电事故的调查报告，隐性故障在大停电事故发展的各个阶段都起着推波助澜的作用，这些大停电事故都与继电保护系统中继电器、直流回路等部分在正常工作、校准或维护期间未能检测到隐性故障有着直接或间接的关系，因此继电保护系统的隐性故障已经成为推动连锁故障发生的一个重要因素。

隐性故障是指在电力系统正常运行状态下对系统没有影响，只是当系统(某些部分)的状态发生变化时，这种故障就会被触发，从而导致故障甚至连锁故障发生的一种故障。

根据国内外调查报告，导致隐性故障产生的原因大致分为两类：1)软件及定值错误，包括保护原理、动作逻辑对系统的适应能力不足，保护定值整定计算错误和保护定值不能适应系统运行状态变化等原因；2)继电保护系统硬件缺陷，包括保护装置故障，通信系统故障，保护直流回路故障，测量元件及各自的二次回路故障等。

目前，从运行风险角度对隐性故障进行研究是隐性故障研究较多的一个方向，但是由于现有的隐性故障风险评估指标大多还是沿袭过去一般故障情况下的可靠性评估指标，并没有在其中考虑隐性故障的发生机理，因此并不能完全准确得对隐性故障的发生风险进行评估。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，从输电断面的多条线路中查找关键线路断面，缩小了范围；并提出隐性故障损失评估指标，从而实现隐性故障的风险的评估。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，所述方法包括：

确定故障线路，查找故障线路输电断面，通过潮流计算得出关键输电断面集合；

计算发生隐性故障的总损失负荷；

确定隐性故障脆弱性区域，计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险。

优选的，所述确定故障线路，查找故障线路输电断面包括：将所述故障线路记作L_i，采用图论法查找故障线路L_i的输电断面；

其中，所述故障线路输电断面为一组有功潮流方向相同且电气距离相近的输电线路的集合。

优选的，所述关键输电断面集合为故障跳闸后输电断面内的有功潮流大幅增加或者越限的线路集合。

优选的，所述通过潮流计算得出关键输电断面集合包括，当支路L_i故障跳闸后，输电断面集合内线路l的过载风险数值为其表达式为：

$K_{l,L_i}=w_1\left|\frac{P_l^{\left(L_i\right)}-P_l^{\left(0\right)}}{P_l^{\left(0\right)}}\right|+w_2\left|\frac{P_l^{\left(L_i\right)}}{P_{l,\max }}\right|---\left(1\right)$

式中，w₁为线路l上有功潮流增幅权重因子，w₂为线路l有功潮流越限的危险程度因子，为线路L_i故障跳闸后支路l上流过的有功功率，为线路L_i故障跳闸前支路l上流过的有功功率，P_l,max为支路l上的有功功率极限。

进一步地，当整定条件为时，所述支路l的有功潮流接近有功潮流限值；

其中，K_zd,l为支路l的过载整定值。

优选的，计算发生隐性故障的总损失负荷P(i)：

P(i)＝β₁P₁+β₂P₂+β₃P₃ (2)

式中：β₁，β₂，β₃分别为对于一级，二级，三级负荷切除单位功率造成的损失负荷加权因子；P₁，P₂，P₃分别为隐性故障发生时损失的一级，二级，三级三种类型负荷；其中，所述一级负荷对应某一负荷供电线路均被切断时损失的负荷；所述二级负荷对应某台发电机相连的线路均被切断时损失的负荷；所述三级负荷对应系统潮流计算没有可行解时通过调整系统的有功出力来找到新的运行平衡点时损失的负荷。

优选的，所述计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险包括：设隐性故障E的脆弱性区域在故障线路上所占长度为l_E，所述关键输电断面集合中线路发生隐性故障概率为P_E。

进一步地，隐性故障风险R的表达式为：

$R=P_E\·\frac{l_E}{L}\·P\left(i\right)---\left(3\right)$

式中：P_E为隐性故障E发生的概率，l_E为隐性故障区域E在故障线路上所占长度，L为故障线路长度，P(i)为式(2)计算所得的总损失负荷。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

现有隐性故障风险评估方法中采用的风险评估指标大多沿袭过去一般故障情况下的可靠性评估指标，并没有在其中考虑隐性故障的发生机理，因此并不能完全准确得对隐性故障的发生风险进行评估。而本专利从潮流断面的角度对隐性故障的风险评估提出了一种新的算法，该算法基于线路关键断面的查找，从输电断面的多条线路中找出隐性故障发生风险较大的线路，从而可以有效缩小范围，制定相应的预警计划并进行重点监控，最大程度上避免隐性故障所发生带来的危害。

附图说明

图1是本发明提供的基于潮流断面的隐性故障的风险评估方法流程图；

图2是本发明提供的线路潮流越限时保护的隐性故障特性示意图；

图3是本发明提供的IEEE14节点系统潮流图；

图4是本发明提供的IEEE14节点状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，所述方法包括：

确定故障线路，查找故障线路输电断面，通过潮流计算得出关键输电断面集合；

所述确定故障线路，查找故障线路输电断面包括：将所述故障线路记作L_i，采用图论法查找故障线路L_i的输电断面；

其中，所述故障线路输电断面为一组有功潮流方向相同且电气距离相近的输电线路的集合。

实施例：确定网络中支路2-3发生故障跳闸；采用基于图论的方法对输电断面进行快速搜索；

图3可分为4个区：①区由发电机1供电：母线为1；②区由发电机1、2供电：母线为2，4，5，7，9；③区由发电机1、2、3供电：母线为3；④区由发电机1、2、4供电：母线为6，10～14。

分区之后的系统状态图如图4所示，其中“○”表示一个区，将区与区之间的若干线路定义为链。

图4所示系统包含了3条链：链1连接①区和②区，由支路1-2，1-5组成；链2连接②区和③区，由支路2-3，3-4组成；链3连接②区和④区，由支路5-6，9-10，9-14组成。网络中支路2-3发生故障跳闸时，该支路所在链为链2。

假设图4对应的邻接矩阵为A(A中的非零元素为a₁₂、a₂₃、a₂₄)，路径矩阵为S(S中的非零元素为s₁₂、s₂₃、s₂₄)，将路径矩阵S加上一个4×4的单位阵E得到矩阵Q，设Q_j为Q的第j列向量，则链2对应的伴随矩阵T可表示为

$T=Q_2{{\stackrel{\‾}{Q}}_2}^T\⊗A---\left(4\right)$

通过计算可知T中非零元素为t₂₃与t₂₄，可得链2的输电断面由链2-3与链2-4组成，进而通过链与支路的对应关系可得，故障跳闸支路2-3的输电断面所含的支路还包括支路3-4，5-6，9-10，9-14。

所述关键输电断面集合为故障跳闸后输电断面内的有功潮流大幅增加或者越限的线路集合。

所述通过潮流计算得出关键输电断面集合包括，当支路L_i故障跳闸后，输电断面集合内线路l的过载风险数值为其表达式为：

$K_{l,L_i}=w_1\left|\frac{P_l^{\left(L_i\right)}-P_l^{\left(0\right)}}{P_l^{\left(0\right)}}\right|+w_2\left|\frac{P_l^{\left(L_i\right)}}{P_{l,\max }}\right|---\left(1\right)$

式中，w₁为线路l上有功潮流增幅权重因子，w₂为线路l有功潮流越限的危险程度因子，为线路L_i故障跳闸后支路l上流过的有功功率，为线路L_i故障跳闸前支路l上流过的有功功率，P_l,max为支路l上的有功功率极限。

当整定条件为时，所述支路l的有功潮流接近有功潮流限值；

其中，K_zd,l为支路l的过载整定值。

实施例：如图3所示，对支路2-3故障跳闸前后分别进行潮流计算，并将所得潮流值带入式(1)，取w₁＝w₂＝0.5，支路3-4，5-6，9-10，9-14上的有功功率极限分别取为80MW，80MW，20MW，20MW。

可得各支路过载风险分别为K_3-4,2-3＝2.111，K_5-6,2-3＝0.291，K_9-10,2-3＝0.253，K_9-14,2-3＝0.267。现在取过载风险整定值K_zd,2-3＝0.5，所以进一步可得支路2-3的关键输电断面为l_2-3＝{3-4}，即支路2-3故障跳闸后将会导致支路3-4中的隐性故障发生概率大大增加。

计算发生隐性故障的总损失负荷；计算发生隐性故障的总损失负荷P(i)：

P(i)＝β₁P₁+β₂P₂+β₃P₃ (2)

式中：β₁，β₂，β₃分别为对于一级，二级，三级负荷切除单位功率造成的损失负荷加权因子；P₁，P₂，P₃分别为隐性故障发生时损失的一级，二级，三级三种类型负荷；其中，所述一级负荷对应某一负荷供电线路均被切断时损失的负荷；所述二级负荷对应某台发电机相连的线路均被切断时损失的负荷；所述三级负荷对应系统潮流计算没有可行解时，通过调整系统的有功出力来找到新的运行平衡点时损失的负荷。

图3中，当支路2-3和3-4均被切除时系统损失负荷为P(i)＝96.53MW。

确定隐性故障的脆弱性区域，支路3-4的继电保护系统隐性故障区域占支路2-3线路长度的80％；计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险。

所述计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险包括：设隐性故障E的脆弱性区域在故障线路上所占长度为l_E，所述关键输电断面集合中线路发生隐性故障概率为P_E。支路3-4发生隐性故障的概率为F_隐＝0.042643。

隐性故障风险R的表达式为：

$R=P_E\·\frac{l_E}{L}\·P\left(i\right)---\left(3\right)$

式中：P_E为隐性故障E发生的概率，l_E为隐性故障区域E在故障线路上所占长度，L为故障线路长度，P(i)为式(2)计算所得的总损失负荷。将上述P(i)、l_E/L、F_隐带入式(3)，可得由于支路2-3故障跳闸引起其关键输电断面内线路3-4的隐性故障被触发的风险为R＝0.8×F_隐×P(i)＝0.8×0.042643×96.53＝3.293(MW)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，所述方法包括：

确定故障线路，查找故障线路输电断面，通过潮流计算得出关键输电断面集合；

计算发生隐性故障的总损失负荷；

确定隐性故障脆弱性区域，计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险。

2.如权利要求1所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，所述确定故障线路，查找故障线路输电断面包括：将所述故障线路记作L_i，采用图论法查找故障线路L_i的输电断面；

其中，所述故障线路输电断面为一组有功潮流方向相同且电气距离相近的输电线路的集合。

3.如权利要求1所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，所述关键输电断面集合为故障跳闸后输电断面内的有功潮流大幅增加或者越限的线路集合。

4.如权利要求1所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，所述通过潮流计算得出关键输电断面集合包括，当支路L_i故障跳闸后，输电断面集合内线路l的过载风险数值为其表达式为：

$K_{l,L_i}=w_1\left|\frac{P_l^{\left(L_i\right)}-P_l^{\left(0\right)}}{P_l^{\left(0\right)}}\right|+w_2\left|\frac{P_l^{\left(L_i\right)}}{P_{l,\max }}\right|---\left(1\right)$

式中，w₁为线路l上有功潮流增幅权重因子，w₂为线路l有功潮流越限的危险程度因子，为线路L_i故障跳闸后支路l上流过的有功功率，为线路L_i故障跳闸前支路l上流过的有功功率，P_l,max为支路l上的有功功率极限。

5.如权利要求4所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，当整定条件为K_l,Li≥K_zd,l时，所述支路l的有功潮流接近有功潮流限值；

其中，K_zd,l为支路l的过载整定值。

6.如权利要求1所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，计算发生隐性故障的总损失负荷P(i)：

P(i)＝β₁P₁+β₂P₂+β₃P₃ (2)

式中：β₁，β₂，β₃分别为对于一级，二级，三级负荷切除单位功率造成的损失负荷加权因子；P₁，P₂，P₃分别为隐性故障发生时损失的一级，二级，三级三种类型负荷；其中，所述一级负荷对应某一负荷供电线路均被切断时损失的负荷；所述二级负荷对应某台发电机相连的线路均被切断时损失的负荷；所述三级负荷对应系统潮流计算没有可行解时通过调整系统的有功出力来找到新的运行平衡点时损失的负荷。

7.如权利要求1所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，所述计算关键输电断面集合中线路的隐性故障概率和隐性故障风险包括：设隐性故障E的脆弱性区域在故障线路上所占长度为l_E，所述关键输电断面集合中线路发生隐性故障概率为P_E。

8.如权利要求7所述的基于潮流断面的隐性故障风险评估方法，其特征在于，隐性故障风险R的表达式为：

$R=R_E\·\frac{l_E}{L}\·P\left(i\right)---\left(3\right)$

式中：P_E为隐性故障E发生的概率，l_E为隐性故障区域E在故障线路上所占长度，L为故障线路长度，P(i)为式(2)计算所得的总损失负荷。