CN113052473A - 一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法，其中，所述方法包括：根据电网设备的历史故障情况，构建故障概率模型；在电网运行状态发生变化时，根据所述故障概率模型计算当前各个设备的综合故障率；依据所述综合故障率的大小，选取前M个设备作为高风险设备；根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析，得出电网运行状态变化情况下的风险。本发明方法有效解决了现有技术中大规模电力系统风险分析计算规模越来越复杂，而风险分析的快速准确性要求越高的问题，提高了电力系统相关部门对电网风险的预警能力。

Description

一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法

技术领域

本发明涉及一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法，属于电力调度风险分析技术领域。

背景技术

电力系统的运行状态可以分为正常和非正常两种状态，这两种运行状态可能因各种原因而相互转换，一个处在正常运行状态的系统，下一时刻可能会由于负荷变化或元件故障而进入非正常运行状态。当电网中发生线路跳闸、输变电设备故障、在线检修、发电机组切除、重大负荷波动、运行方式调整、极端恶劣天气等情况时，电力系统的运行状态会因之出现变化，这些变化往往会带来一定的风险，为保证电网的安全稳定运行，需要对这些风险进行预警。另外，在进行调度计划制定及保护参数校核时，也可进行相应的风险分析，以辅助运行方式决策和保护参数整定。随着电网复杂程度的日益增加，电网中的设备、网架、运行工况等数据信息量极速增长，同时随着社会的进步人们对电网的安全稳定运行有了更高要求，因此当前存在电网风险分析巨大处理量与快速性、准确性之间的矛盾。

传统的电网运行风险预警主要采用基于N-1安全校核，按照“最严重事故决策标准”来指导决策，为实现对电网准确的风险预警，为实现对全网分析的精确分析，电网中的各个节点都需要遍历进行N-1安全校核计算，在电网规模日益复杂的今天无疑是巨大的计算负担，而如此巨大的计算量必然带来计算时间的延长，计算时间的延长则大大降低了风险预警的实时性。

发明内容

基于上述，本发明提供一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法，以解决目前电网运行风险计算分析存在的风险预警实时性差的技术问题。

本发明的技术方案是：一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法，其中，所述方法包括：

根据电网设备的历史故障情况，构建故障概率模型；

在电网运行状态发生变化时，根据所述故障概率模型计算当前各个设备的综合故障率；

依据所述综合故障率的大小，选取前M个设备作为高风险设备；

根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析，得出电网运行状态变化情况下的风险。

可选的，所述故障概率模型的构建方法为：

统计分析各电网设备在各种影响因素下的历史故障率；

依据泊松回归模型，以所述各种影响因素及其对应的所述历史故障率分别作为输入数据和输出输出，拟合计算所述泊松回归模型的m_r参数和n_r参数；

根据所述m_r参数和n_r参数，构建各电网设备在各种影响因素下的故障概率模型，计算公式如下：

P_r＝m_r exp(n_rk)

其中，P_r为故障概率，m_r、n_r为模型参数，k为影响因素等级。

可选的，所述影响因素包括气象因素、运行年限和负载率，对应的影响因素等级分别为气象等级、运行年限和过负荷等级。

可选的，基于气象因素的历史故障率的计算方法为：

将气象因素进行等级划分，按照电网设备故障情况的历史统计数据，建立各气象因素等级对应的历史故障率，历史故障率计算公式如下：

其中，i为气象因素所处等级，P_wi为第i等级下设备故障率，N_w为因气象原因造成设备故障的次数总和，N_wi为因第i等级大风造成的设备故障次数。

可选的，基于运行年限的历史故障率的计算方法为：

按照电网设备故障情况的历史统计数据计算设备超出运行年限情况下的历史故障率，并采用韦布尔分布进行修正，历史故障率计算公式如下：

其中，P_rk为所分析设备在运行年限因素下的故障率，N_r为因设备老化造成设备故障的次数总和，N_rk为因运行第k年的设备故障次数，C_k为超过正常运行年限修正系数，T为设备设定的正常运行年限，β为修正参数，其值依据历史故障率采用极大似然估计求取。

可选的，基于负荷情况的历史故障率的计算方法为：

将电网设备过负荷情况划分为多个等级，按照设备故障情况的历史统计数据，建立各个过负荷等级对应的历史故障率，并采用设备的过负荷运行曲线进行修正，历史故障率计算公式如下：

其中，P_ol为所分析设备在第l级过负荷情况下的故障率，N_o为因设备过负荷造成设备故障的次数总和，N_ol为因处于第l级过负荷情况下的的设备故障次数，C_l为过负荷程度的修正系数，L_N为设备的额定容量，L_lim为设备最大容量，L为设备实时容量。

可选的，所述综合故障率的计算方式为：

计算当前设备在所述各种影响因素下的实时故障率；

将所述各个影响因素下的实时故障率相加，即得该设备的综合故障率。

可选的，根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析的方法为：

对每个所述高风险设备进行N-1静态安全分析计算，得到高风险线路；

根据所述高风险设备和所述高风险线路，采用N-2的方法形成预想事故集合；

对所述预想事故集合进行静态安全分析，计算电网节点的越限情况，从而形成电网运行状态变化情况下的风险分析。

本发明的有益效果是：本发明通过历史故障率分析定位当前运行条件下的高风险设备，再根据静态安全分析方法对这些高风险设备进行分析，即可得出电网运行状态变化情况下的风险。本发明通过故障率的分析减小了电网运行状态变化时确定预想事故集合的计算量，适合于大规模电网的风险分析计算，结合故障率和静态安全分析的方法也进一步提高了电网风险分析的准确性。本发明方法有效解决了现有技术中大规模电力系统风险分析计算规模越来越复杂，而风险分析的快速准确性要求越高的问题，提高了电力系统相关部门对电网风险的预警能力。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明实施例一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法，该方法包括：

S1，根据电网设备的历史故障情况，构建故障概率模型。

1)统计分析电网设备的历史故障率，将气象因素、运行年限、负载率作为影响设备故障率的主要因素。

对于气象因素而言，将气象因素进行等级划分，按照设备故障情况的历史统计数据，建立各气象因素等级对应的历史故障率，历史故障率计算公式如下所示；

其中，i为气象因素所处等级，P_wi为第i等级下设备故障率，N_w为因气象原因造成设备故障的次数总和，N_wi为因第i等级大风造成的设备故障次数。

对于运行年限而言，按照设备故障情况的历史统计数据计算设备超出运行年限情况下的历史故障率，并采用韦布尔分布进行修正，历史故障率计算公式如下所示；

其中，P_rk为所分析设备在运行年限因素下的故障率，N_r为因设备老化造成设备故障的次数总和，N_rk为因运行第k年的设备故障次数，C_k为超过正常运行年限修正系数，T为设备设定的正常运行年限，β为修正参数，其值依据历史故障率采用极大似然估计求取。

对于负载率而言，将设备过负荷情况划分为多个等级，按照设备故障情况的历史统计数据，建立各个过负荷等级对应的历史故障率，并采用设备的过负荷运行曲线进行修正，历史故障率计算公式如下所示；

其中，P_ol为所分析设备在第l级过负荷情况下的故障率，N_o为因设备过负荷造成设备故障的次数总和，N_ol为因处于第l级过负荷情况下的的设备故障次数，C_l为过负荷程度的修正系数，L_N为设备的额定容量，L_lim为设备最大容量，L为设备实时容量。

2)构建故障概率模型

在得到各电网设备在各种影响因素下的历史故障率后，依据泊松回归模型，以各种影响因素及其对应的历史故障率分别作为输入数据和输出输出，拟合计算泊松回归模型的m_r参数和n_r参数；根据m_r参数和n_r参数，构建各电网设备在各种影响因素下的故障概率模型，计算公式如下：

P_r＝m_r exp(n_rk)

其中，P_r为故障概率，m_r、n_r为模型参数，k为影响因素等级，具体而言，k为气象因素、运行年限、负载率对应的气象等级、运行年限和过负荷等级。

在一个示例中，以气象因素为例，已知各级别气象因素k下某个设备的历史故障率，通过调整式公式中待定系数m_r、n_r，使得该函数与已知点集的差别最小。常用方法有最小二乘法和拉格朗日插值法等。以最小二乘法为例：

1)设计算值为y*，则y*＝m_rexp(n_r,k)；

2)计算误差并求和：设误差为E，E＝Σ(y_i*-y_i)²,i＝1…k；

3)对变量m_r、n_r求偏导，另偏导等于0，算出具体数值。

S2，在电网运行状态发生变化时，根据所述故障概率模型计算当前各个设备的综合故障率。

具体而言，当电力系统出现重大负荷波动、线路跳闸、输变电设备故障等运行状态变化时，计算当前设备在各种影响因素下的实时故障率，并将各个影响因素下的实时故障率相加，即得该设备的综合故障率。

S3，依据所述综合故障率的大小，选取前M个设备作为高风险设备。

具体而言，将综合故障率按从大到小的顺序进行排序，选取综合故障率最大的前M个设备作为高风险设备，M的取值根据电网的实际运行情况和调度人员的经验进行确定。

S4，根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析，得出电网运行状态变化情况下的风险。

具体而言，根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析的方法为：

S41，对每个所述高风险设备进行N-1静态安全分析计算，得到高风险线路。针对每个高风险设备进行N-1安全校核，在每次安全校核计算后计算电网中各条支路的功率相较于稳态情况下的变化，将计算值由大到小进行排序，选取功率变化最大的M′个支路作为高风险支路，M′的取值根据电网的实际运行情况和调度人员的经验进行确定。

S42，根据所述高风险设备和所述高风险线路，采用N-2的方法形成预想事故集合。汇集高风险设备和线路后，按照N-2的方法构建预想事故集合。在电力技术领域中，预想事故集合不仅仅包含单一元件开断所导致的故障，也要包含多重故障，能够对故障深度进行控制，可以人为设定预想故障是否到N-2。

S43，对所述预想事故集合进行静态安全分析，计算电网节点的越限情况，从而形成电网运行状态变化情况下的风险分析。针对预想事故集合进行最终的安全校核计算，从而给出越限节点信息，对电网的运行风险进行分析。具体而言，在构建的预想事故集合中选取的任两独立元件(发电机、输电线路、变压器等)，将其视为已经从电网断开的状态，然后对剩余的电网进行潮流计算。

在电力技术领域中，静态安全分析功能用来分析在指定的故障或故障组合下电力系统的静态安全情况，它通过对每个故障模拟计算，得出稳态潮流结果，并进行网络越限条件检查，生成一个系统安全评估报告，即可得到电网中高风险线路。电力系统静态安全分析可应用N—1原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。

本步骤的目的在于，在得到高风险设备后，可进一步定位高风险线路，并建立风险预警的预想事故集合完成风险分析，提高电力系统相关部门对电网风险的预警能力。

本发明方法解决了现有技术中电力系统分析计算规模越来越复杂，电力事故事件判定工作量大且效率低的问题，通过事故事件发生后的安全稳定分析，快速准确预判事故事件等级，提高了电力系统相关部门对突发事件和灾害的快速恰当响应的能力。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于故障率和静态安全分析的电网风险分析方法，其中，所述方法包括：

根据电网设备的历史故障情况，构建故障概率模型；

在电网运行状态发生变化时，根据所述故障概率模型计算当前各个设备的综合故障率；

依据所述综合故障率的大小，选取前M个设备作为高风险设备；

根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析，得出电网运行状态变化情况下的风险。

2.根据权利要求1所述的电网风险分析方法，其中，所述故障概率模型的构建方法为：

统计分析各电网设备在各种影响因素下的历史故障率；

依据泊松回归模型，以所述各种影响因素及其对应的所述历史故障率分别作为输入数据和输出输出，拟合计算所述泊松回归模型的m_r参数和n_r参数；

根据所述m_r参数和n_r参数，构建各电网设备在各种影响因素下的故障概率模型，计算公式如下：

P_r＝m_rexp(n_rk)

其中，P_r为故障概率，m_r、n_r为模型参数，k为影响因素等级。

3.根据权利要求2所述的电网风险分析方法，其中，所述影响因素包括气象因素、运行年限和负载率，对应的影响因素等级分别为气象等级、运行年限和过负荷等级。

4.根据权利要求3所述的电网风险分析方法，其中，基于气象因素的历史故障率的计算方法为：

将气象因素进行等级划分，按照电网设备故障情况的历史统计数据，建立各气象因素等级对应的历史故障率，历史故障率计算公式如下：

其中，i为气象因素所处等级，P_wi为第i等级下设备故障率，N_w为因气象原因造成设备故障的次数总和，N_wi为因第i等级大风造成的设备故障次数。

5.根据权利要求3所述的电网风险分析方法，其中，基于运行年限的历史故障率的计算方法为：

按照电网设备故障情况的历史统计数据计算设备超出运行年限情况下的历史故障率，并采用韦布尔分布进行修正，历史故障率计算公式如下：

其中，P_rk为所分析设备在运行年限因素下的故障率，N_r为因设备老化造成设备故障的次数总和，N_rk为因运行第k年的设备故障次数，C_k为超过正常运行年限修正系数，T为设备设定的正常运行年限，β为修正参数，其值依据历史故障率采用极大似然估计求取。

6.根据权利要求3所述的电网风险分析方法，其中，基于负荷情况的历史故障率的计算方法为：

将电网设备过负荷情况划分为多个等级，按照设备故障情况的历史统计数据，建立各个过负荷等级对应的历史故障率，并采用设备的过负荷运行曲线进行修正，历史故障率计算公式如下：

其中，P_ol为所分析设备在第l级过负荷情况下的故障率，N_o为因设备过负荷造成设备故障的次数总和，N_ol为因处于第l级过负荷情况下的的设备故障次数，C_l为过负荷程度的修正系数，L_N为设备的额定容量，L_lim为设备最大容量，L为设备实时容量。

7.根据权利要求3所述的电网风险分析方法，其中，所述综合故障率的计算方式为：

计算当前设备在所述各种影响因素下的实时故障率；

将所述各个影响因素下的实时故障率相加，即得该设备的综合故障率。

8.根据权利要求1所述的电网风险分析方法，其中，根据静态安全分析方法，对所述M个高风险设备进行分析的方法为：

对每个所述高风险设备进行N-1静态安全分析计算，得到高风险线路；

根据所述高风险设备和所述高风险线路，采用N-2的方法形成预想事故集合；

对所述预想事故集合进行静态安全分析，计算电网节点的越限情况，从而形成电网运行状态变化情况下的风险分析。

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