CN113837625A - 电网连锁故障的风险定量评估方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电网连锁故障的风险定量评估方法、装置及设备，属于电力系统风险评估技术领域，该方法、装置及设备通过获取目标电网连锁故障的风险因素数据，风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；根据每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估，从而评估电网连锁故障的风险，从而对其进行预警，减小损失，成为现有技术中亟待解决的问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统风险评估技术领域，具体涉及一种电网连锁故障的风险定量评估方法、装置及设备。
背景技术
电力的可靠性供应对当今社会的正常运行具有重要意义。但国内外数十起大停电事件表明，连锁故障一旦发生，会对电力可靠性造成巨大危害。在电力系统的连锁故障中，由于一个或多个元件(如线路、主变、母线)的故障，造成潮流转移、系统失稳等故障传播，诱发多个元件发生链式故障，最终导致大量负荷或设备停运。为保障可靠的电力供应，全面评估电网连锁故障的风险，从而对造成较大后果的事件及时预警，尽可能地降低损失。
为定量评估电力系统的连锁故障风险，现有技术主要从潮流转移和暂态稳定等方面研究了连锁故障的传播。一方面，现有技术以切负荷量为影响后果，结合事件发生概率，量化系统的停电风险。另一方面，也存在现有技术采用线路过载程度为后果，量化连锁故障的传播风险。但是，电网实际运行中，对切负荷和线路过载均具有考核标准，因此量化风险时，应同时考虑二者。此外，电网安稳控制策略对连锁故障模拟结果的参考意义具有重要意义，因此有必要增加计及安控措施的风险分析。
发明内容
为了至少解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种电网连锁故障的风险定量评估方法、装置及设备。
本发明提供的技术方案如下：
一方面，一种电网连锁故障的风险定量评估方法，包括：
获取目标电网连锁故障的风险因素数据，所述风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；
基于预设模型和所述风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；
根据所述每种风险因素的发生概率和所述连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估。
可选的，所述目标电网整体潮流分布信息，包括线路流过的有功潮流；所述线路流过的有功潮流根据直流潮流模型获得，所述直流潮流模型，包括：
其中，Fl表示线路l流过的有功潮流；Xl表示线路l的电抗；A表示节点-线路关联矩阵，Abl表示节点-线路关联矩阵的第b行第l列的元素；θb表示节点b的相角；NB和NL分别表示目标电网中节点总数和线路总数。
可选的，所述确定每种风险因素的发生概率，包括：根据概率模型模拟路线连锁故障，确定每种风险因素的发生概率；所述概率模型，包括：
其中，p0表示随机故障概率；Fline和
分别代表线路当前功率和额定容量。
可选的，所述预设模型，包括：仿真系统；所述基于预设模型和所述风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，包括：
基于所述仿真系统和所述风险因数数据，分别仿真各个连锁故障，获取相对应的连锁故障后果；
基于预设规则，对所述连锁故障后果，进行等级标记。
可选的，所述基于预设规则，对所述连锁故障后果，进行等级标记，包括：
对于解列故障，根据解列后切负荷多少，对所述连锁故障后果进行等级标记；
若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高，对所述连锁故障后果进行等级标记。
可选的，还包括：
根据所述对目标电网连锁故障的风险进行定量评估的结果，对所述目标电网连锁故障进行预警。
又一方面，一种电网连锁故障的风险定量评估装置，包括：获取模块、确定模块和评估模块；
所述获取模块，用于获取目标电网连锁故障的风险因素数据，所述风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；
所述确定模块，用于基于预设模型和所述风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；
所述评估模块，用于根据所述每种风险因素的发生概率和所述连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估。
可选的，所述确定模块中的预设模型，包括：仿真系统；所述确定模块，用于：基于所述仿真系统和所述风险因数数据，分别仿真各个连锁故障，获取相对应的连锁故障后果；基于预设规则，对所述连锁故障后果，进行等级标记。
可选的，所述确定模块，用于：对于解列故障，根据解列后切负荷多少，对所述连锁故障后果进行等级标记；若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高，对所述连锁故障后果进行等级标记。
一方面，一种电网连锁故障的风险定量评估设备，包括：处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于上述任一项所述的电网连锁故障的风险定量评估方法；
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。
本发明的有益效果为：
本发明实施例提供的电网连锁故障的风险定量评估方法、装置及设备，通过获取目标电网连锁故障的风险因素数据，风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；根据每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估，从而评估电网连锁故障的风险，从而对其进行预警，减小损失，成为现有技术中亟待解决的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
为了至少解决本发明中提出的技术问题，本发明实施例提供一种电网连锁故障的风险定量评估方法。
图1为本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估方法流程示意图，请参阅图1，本发明实施例提供的方法，可以包括以下步骤：
S11、获取目标电网连锁故障的风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息。
在一个具体的实施例中，可以定义某地方的电网为目标电网，并对目标电网的连锁故障的风险进行评估。在现有技术中，通常采用定性方法对电网进行风险评估，具有风险评估结果不精确、主观性强等问题，难以满足目前相关单位对电网风险进行评估的需求，本申请采用定量分析的方法，更加直观准确。
其中，目标电网整体潮流分布信息可以根据交流潮流模型或者直流潮流模型公式获得，分别介绍如下：
交流潮流模型：
其中，Pg,i和Pd,i分别为节点i的发电机有功、无功出力，Qg,i和Qd,i分别为节点i的有功、无功负荷，Vi和Vj分别为节点i和j的电压幅值，gij和bij分别为节点导纳矩阵中第i行第j列元素的实部分量与虚部分量，N为系统节点数。
直流潮流模型：
直流潮流模型属于线性模型，求解复杂度明显低于非线性的交流潮流，在OPA，隐故障等连锁故障模拟模型中广泛采用。本发明实施例中，采用直流潮流进行潮流计算，本发明采用的直流潮流模型表示为：
其中，Fl表示线路l流过的有功潮流；Xl表示线路l的电抗；A表示节点-线路关联矩阵，Abl表示节点-线路关联矩阵的第b行第l列的元素；θb表示节点b的相角；NB和NL分别表示目标电网中节点总数和线路总数。
本发明中，根据直流潮流模型计算目标电网整体潮流分布信息，即，线路流过的有功潮流。
S12、基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级。
线路断路和短路故障类型概率抽样公式为：
其中，
为历史故障统计数据个数，
中线路i的断路和短路故障类型故障次数。
可选的，风险因素的种类可包括系统解列、线路过载、风机脱网等等。对于每一种风险因素，设定对应不同的后果等级。
可选的，对于系统解列的风险因素，选取故障后的切负荷量作为故障后果。根据切负荷占系统负荷的百分比，划分后果等级为0级(失负荷占比为0％)、1级(失负荷占比大于0％而小于等于5％)、2级(失负荷占比大于5％而小于等于10％)、3级(失负荷占比大于10％而小于等于20％)、4级(失负荷占比大于20％而小于等于35％)、5级(失负荷占比大于35％而小于等于50％)和6级(失负荷占比大于50％)等。
可选的，考虑线路保护模拟逻辑为由于线路潮流过载可能引起保护设备的动作。本发明实施例中可以采用以下概率模型模拟线路连锁故障：
其中，p0表示随机故障概率；Fline和
分别代表线路当前功率和额定容量。
对于线路过载的风险因素，选取故障后线路的负载率作为故障后果。根据线路功率占额定容量的百分比，划分后果等级为0级(负载率为50％)、1级(负载率大于50％而小于等于75％)、3级(负载率大于75％而小于等于90％)、4级(负载率大于90％而小于等于100％)、5级(负载率大于100％而小于等于110％)、6级(负载率大于110％)等。
可选的，对于安稳控制中的切机策略，考虑以下情形：
1)正常方式下
故障发生时，若监测断面潮流大于正常方式下的切机门槛，需切机量为：(监测断面潮流-切机门槛)*切机系数，按照预设的线路出力顺序和可切机组出顺序进行切除，按照切机顺序切机时，当某机组切除后，切机量首次＞切机上限时，按切机顺序排在该机组之后其余机组不再切除。
2)一回检修方式
故障发生时，若监测断面潮流大于一回检修方式下的切机门槛，需切机量为：(监测断面潮流-切机门槛)*切机系数，按照预设的线路出力顺序和可切机组出顺序进行切除，按照切机顺序切机时，当某机组切除后，切机量首次＞切机上限时，按切机顺序排在该机组之后其余机组不再切除。
S13、根据每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估。
在一些实施例中，预设模型，包括：仿真系统。
在一些实施例中，基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，包括：基于仿真系统和风险因素数据，分别仿真各个连锁故障，获取相对应的连锁故障后果；
基于预设规则，对连锁故障后果，进行等级标记。
例如，可以使用仿真系统，对多种场景如各个运行方式、各个季节、各个典型时段的运行断面下，分别仿真各个连锁故障，统计故障后果，对连锁故障后果，进行等级标记。
在一些实施例中，基于预设规则，对连锁故障后果，进行等级标记，包括：
对于解列故障，根据解列后切负荷多少，对连锁故障后果进行等级标记；
若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高，对连锁故障后果进行等级标记。
例如，对于解列故障，解列后切负荷越多后果越严重；若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高。
在一些实施例中，还包括：根据对目标电网连锁故障的风险进行定量评估的结果，对目标电网连锁故障进行预警。
1)失负荷概率。
式中：i为初始故障编号；Si为初始故障；LSi(j)为在Si下发生的连锁故障事件j，如果事件j存在切负荷，则LSi为1，否则为0；N为初始故数量。
2)电能不足期望值。
式中：CSi(j)为连锁故障事件j的切负荷量。
3)停运线路期望。
式中：NSi(j)为连锁故障事件j的停运线路数。
其次，在获取到目标电网连锁故障的风险进行定量评估的结果后，对目标电网连锁故障进行预警，预警方式可以为蜂鸣器报警，也可以向预设的人员发送信息等，此处不做具体限定。
在一些实施例中，本发明对仿真系统进行说明。电网连锁故障模拟仿真系统采用分层架构设计，从下到上分别为平台支撑层、应用服务层、场景业务层。平台支撑层是该系统的最底层，采用统一平台，主要为应用服务层提供具备数据存储与管理、公共服务、通信总线、人机交互、系统监视与管理功能的基础平台服务。应用服务层该的中间层，主要为场景业务层提供模型与数据管理以及相关的潮流计算和安全校核服务，主要包含拓扑分析、模型与数据管理、预想故障分析、静态潮流分析、基态潮流分析、网络重构、短路电流分析等内容。场景业务层是该系统的最上层，主要构建电网连锁故障模拟仿真的主要应用场景。电网连锁故障仿真系统主要通过人工触发的形式，完整演示电网连锁故障的演化过程，且整个演化过程可实现电网图设备动态着色。在系统基础平台上搭建电网连锁故障仿真构建系统的主要应用场景，包括电网数据初始化、初始多重故障设定、人工触发单步故障、基础信息展示、初始故障分析、连锁故障列表展示、电网信息图形动态展示连锁故障仿真分析等。
本发明实施例提供的电网连锁故障的风险定量评估方法，通过获取目标电网连锁故障的风险因素数据，风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；根据每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估，从而评估电网连锁故障的风险，从而对其进行预警，减小损失，成为现有技术中亟待解决的问题。
基于一个总的发明构思，本发明实施例还提供一种电网连锁故障的风险定量评估装置。
图2为本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估装置结构示意图，请参阅图2，本发明实施例提供的装置，可以包括以下结构：获取模块21、确定模块22和评估模块23；
获取模块21，用于获取目标电网连锁故障的风险因素数据，风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；
确定模块22，用于基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；
评估模块23，用于根据每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估。
可选的，确定模块22中的预设模型，包括：仿真系统。
可选的，确定模块22，用于：基于仿真系统和风险因数数据，分别仿真各个连锁故障，获取相对应的连锁故障后果；基于预设规则，对连锁故障后果，进行等级标记。
可选的，确定模块22，用于：对于解列故障，根据解列后切负荷多少，对连锁故障后果进行等级标记；若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高，对连锁故障后果进行等级标记。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本发明实施例提供的电网连锁故障的风险定量评估装置，通过获取目标电网连锁故障的风险因素数据，风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；基于预设模型和风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；根据每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估，从而评估电网连锁故障的风险，从而对其进行预警，减小损失，成为现有技术中亟待解决的问题。
基于一个总的发明构思，本发明实施例还提供一种电网连锁故障的风险定量评估设备。
图3为本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估设备结构示意图，请参阅图3，本发明实施例提供的一种电网连锁故障的风险定量评估设备，包括：处理器31，以及与处理器相连接的存储器32。
存储器32用于存储计算机程序，计算机程序至少用于上述任一实施例记载的电网连锁故障的风险定量评估方法；
处理器31用于调用并执行存储器中的计算机程序。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电网连锁故障的风险定量评估方法，其特征在于，包括：
获取目标电网连锁故障的风险因素数据，所述风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；
基于预设模型和所述风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；
根据所述每种风险因素的发生概率和所述连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标电网整体潮流分布信息，包括线路流过的有功潮流；所述线路流过的有功潮流根据直流潮流模型获得，所述直流潮流模型，包括：
其中，Fl表示线路l流过的有功潮流；Xl表示线路l的电抗；A表示节点-线路关联矩阵，Abl表示节点-线路关联矩阵的第b行第l列的元素；θb表示节点b的相角；NB和NL分别表示目标电网中节点总数和线路总数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定每种风险因素的发生概率，包括：根据概率模型模拟路线连锁故障，确定每种风险因素的发生概率；所述概率模型，包括：
其中，p0表示随机故障概率；Fline和
分别代表线路当前功率和额定容量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设模型，包括：仿真系统；所述基于预设模型和所述风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级，包括：
基于所述仿真系统和所述风险因数数据，分别仿真各个连锁故障，获取相对应的连锁故障后果；
基于预设规则，对所述连锁故障后果，进行等级标记。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于预设规则，对所述连锁故障后果，进行等级标记，包括：
对于解列故障，根据解列后切负荷多少，对所述连锁故障后果进行等级标记；
若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高，对所述连锁故障后果进行等级标记。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述对目标电网连锁故障的风险进行定量评估的结果，对所述目标电网连锁故障进行预警。
7.一种电网连锁故障的风险定量评估装置，其特征在于，包括：获取模块、确定模块和评估模块；
所述获取模块，用于获取目标电网连锁故障的风险因素数据，所述风险因素数据，包括：网架结构、目标电网电源结构、目标电网整体潮流分布信息；
所述确定模块，用于基于预设模型和所述风险因素数据，确定每种风险因素的发生概率和连锁故障发生后产生后果的等级；
所述评估模块，用于根据所述每种风险因素的发生概率和所述连锁故障发生后产生后果的等级，对目标电网连锁故障的风险进行定量评估。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块中的预设模型，包括：仿真系统；所述确定模块，用于：基于所述仿真系统和所述风险因数数据，分别仿真各个连锁故障，获取相对应的连锁故障后果；基于预设规则，对所述连锁故障后果，进行等级标记。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于：对于解列故障，根据解列后切负荷多少，对所述连锁故障后果进行等级标记；若未造成解列，则对线路重载率分级，统计各级的重载情况，从高到低，按各个重载率下线路数据进行排序，排序靠前则风险越高，对所述连锁故障后果进行等级标记。
10.一种电网连锁故障的风险定量评估设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求1～6任一项所述的电网连锁故障的风险定量评估方法；
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。
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