本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)風險評估領域，具體涉及一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)。

背景技術：

目前，我國電力系統(tǒng)正逐漸發(fā)展成為超大規(guī)模的復雜系統(tǒng)，其表現為容量上的超大規(guī)模、空間上的廣域分布和大范圍的擾動傳播，這種飛速發(fā)展在取得巨大經濟和社會效益的同時，也承擔著更大的風險，給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和控制帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，一旦發(fā)生事故將會造成愈發(fā)嚴重的后果，因此快速、準確的安全性評估有助于全面了解電力系統(tǒng)風險并加以防范和規(guī)避，對電力系統(tǒng)的安全運行、規(guī)劃決策等方面都具有重要意義。

然而傳統(tǒng)的評估方法僅僅從元件失效停運的概率角度出發(fā)，忽略了對元件停運對電力系統(tǒng)所造成后果的嚴重程度的衡量，而電力系統(tǒng)中存在這樣的元件，表現為：失效概率低，一旦發(fā)生失效將對系統(tǒng)造成很嚴重的后果，故風險指標應該是概率和后果的綜合體現，即既可以體現出故障事故的可能性，也反應出故障事故的嚴重程度，因此傳統(tǒng)評估方法難以全面、合理、準確地評估電力系統(tǒng)的風險情況。

技術實現要素：

本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：

電網拓撲結構參數輸入模塊：收集電網結構參數；

歷史統(tǒng)計元件停運故障率輸入模塊：收集電網元件停運故障率歷史數據信息，并建立事故發(fā)生概率的數學模型；

系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊：接收電網拓撲結構參數輸入模塊和歷史統(tǒng)計元件停運故障率輸入模塊輸入的電網結構參數及電網元件停運故障率歷史數據信息，基于輸入信息通過蒙特卡洛模擬法產生系統(tǒng)狀態(tài)并選取系統(tǒng)故障狀態(tài)，將狀態(tài)信息傳輸給潮流計算模塊。并模擬產生系統(tǒng)的事故狀態(tài)，并將當前系統(tǒng)事故狀態(tài)信息傳輸給潮流計算模塊；

潮流計算模塊：對系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊中所產生的當前事故狀態(tài)對所選擇系統(tǒng)狀態(tài)進行潮流計算，分析系統(tǒng)運行狀態(tài)進而發(fā)現診斷系統(tǒng)低電壓、過電壓、線路過載的風險情況；當前事故狀態(tài)包括輸電線路故障、變壓器支路故障、發(fā)電機停運及其多重組合故障狀態(tài)；

故障事故后果嚴重度計算模塊：接收潮流計算模塊輸出的風險情況，并基于效用函數計算量化出電網中電壓越限、線路過載、變壓器過載以及失負荷情況的嚴重程度，

風險評估模塊：根據故障事故后果嚴重度計算模塊得到的計算結果并基于風險數學表達式計算電力系統(tǒng)各個風險指標數值；

所述的電網拓撲結構參數輸入模塊的輸出端與歷史統(tǒng)計元件停運故障率輸入模塊一同與系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊的輸入端相連接，系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊的輸出端和潮流計算模塊的輸入端相連接，潮流計算的輸出端和故障事故后果嚴重度計算模塊的輸入端相連接，故障事故后果嚴重度計算模塊的輸出端與風險評估模塊的輸入端相連接，最后由風險評估模塊得到電力系統(tǒng)風險指標數值。

在上述的一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，歷史統(tǒng)計元件停運故障率輸入模塊建立事故發(fā)生概率的數學模型的具體方法是：

基于歷史數據建立事故發(fā)生概率的數學模型，電力系統(tǒng)發(fā)生事故的概率基本符合泊松(Poisson)分布，即

式中λ_i為元件停運故障事故發(fā)生的概率。

在上述的一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊通過蒙特卡洛模擬法來模擬系統(tǒng)運行狀態(tài)，通過對系統(tǒng)狀態(tài)進行選取，輸出至潮流計算模塊進行系統(tǒng)狀態(tài)分析。蒙特卡洛模擬法及系統(tǒng)狀態(tài)抽取步驟如下：

步驟S1：針對系統(tǒng)元件i產生[0,1]區(qū)間內服從均勻分布的隨機數R_i。

步驟S2：用0表示系統(tǒng)元件正常工作狀態(tài)，1表示失效狀態(tài)，代入下式計算：

式中：S_i表示系統(tǒng)元件i當前狀態(tài)，P_i表示其失效概率。

步驟S3：具有N個元件的系統(tǒng)狀態(tài)用向量S為：

S＝(S₁,S₂,...,S_N)

步驟S4：抽取當前系統(tǒng)狀態(tài)，判斷是否出現元件失效狀態(tài)，若是則將系統(tǒng)狀態(tài)S輸入至潮流計算模塊；若否，返回步驟S1。

在上述的一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，潮流計算模塊采用PQ分解法進行電力系統(tǒng)潮流計算，根據電力系統(tǒng)運行特點，即發(fā)電機功角主要與有功功率輸出有關，發(fā)電機端口電壓主要與無功功率輸出有關，將復雜的牛頓-拉夫遜法潮流計算方程組解耦，大大減小了計算量，在保證具有較高精度的情況下減少了計算時間，提高計算效率。

在上述的一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，潮流計算模塊功能為對系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊中所輸入的當前故障狀態(tài)進行潮流計算分析，獲取系統(tǒng)運行狀態(tài)(節(jié)點電壓幅值、支路潮流信息),算法采用PQ分解法，根據電力系統(tǒng)中發(fā)電機功角主要與有功功率輸出有關，發(fā)電機端口電壓主要與無功功率輸出有關的特點，將復雜的牛頓-拉夫遜法潮流計算方程組解耦，大大減小了計算量，在保證具有較高精度的情況下減少了計算時間，提高計算效率。

在上述的一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，所述故障事故后果嚴重度計算模塊基于經濟學領域的冒險型效用函數進行表征，定義母線電壓越限嚴重度函數為S_V，母線的電壓幅值決定其電壓越限嚴重度的高低，用母線電壓實際值與額定值的偏差程度表征后果的嚴重程度。設定當母線電壓為1.0pu時，嚴重度函數取值為0；隨著電壓值偏離額定值，嚴重度不斷增大。電壓越限嚴重度函數表示為：

與電壓越限嚴重度函數類似，設定線路負載額定值為0.7pu，定義線路過載嚴重度函數為：

設定變壓器負載額定值為0.8pu，定義變壓器過載嚴重度函數為：

基于直流潮流最優(yōu)潮流模型計算系統(tǒng)失負荷量，其數學表達式為：

約束條件為：

0≤C_i≤PD_i(i∈ND)

其中，T(S)、PG和PD分別指系統(tǒng)故障潮流、發(fā)電機容量和母線負荷；C是負荷削減矢變量；PG_i、PD_i、C_i和T(S)分別為PG、PD、C和T(S)的元素；NG、ND和L分別是系統(tǒng)發(fā)現母線、負荷母線以及支路的集合。模型目標是求取滿足功率平衡、直流潮流方程、線路潮流和發(fā)電出力約束條件下的最小負荷削減總量。失負荷嚴重度S_C用失負荷量占當期負荷的百分比表示。

在上述的一種基于風險理論的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)，定義風險為：傷害的可能性與該傷害所致的嚴重程度，即綜合發(fā)生概率和后果嚴重度兩個重要因素。風險值用這二者的乘積定量表示，即：

R_isk(X)＝P(X)×S_ev(X)

式中，R_isk(X)表示故障事故的風險值，P(X)為故障事故發(fā)生的概率，S_ev(X)為故障事故發(fā)生所造成后果的嚴重程度；

所述風險評估模塊基于風險理論，將故障事故的概率與嚴重度相乘，最終計算出各個風險指標數值。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、通過蒙特卡洛模擬法來選擇系統(tǒng)狀態(tài)，考慮了電力系統(tǒng)本身的不確定性，有效克服了傳統(tǒng)評估方法的不足；2、綜合考慮了故障事故發(fā)生的概率及后果的嚴重程度兩個方面，更為合理、全面地刻畫了電力系統(tǒng)的風險情況；3、電力系統(tǒng)各個風險值的數學公式表征為故障事故發(fā)生的概率及故障事故后果的嚴重程度的的乘積，并引入經濟學領域的冒險型效用函數來定量刻畫故障事故后果的嚴重程度，避免了采用線性嚴重度函數所帶來的遮蔽現象，即多個小的元件越限值之和大于一個嚴重的元件越限值，進而更準確地反映出相對嚴重程度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明中故障事故后果嚴重度計算模塊得到的嚴重度函數曲線示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。

實施例：

如圖1所示，該電力系統(tǒng)安全性評估系統(tǒng)包括：電網拓撲結構參數輸入模塊的輸出端與歷史統(tǒng)計元件停運故障率輸入模塊一同與系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊的輸入端相連接，將電網結構參數及歷史相關數據信息傳入到系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊中，進而通過計算機模擬產生系統(tǒng)的事故狀態(tài)，并將當前系統(tǒng)事故狀態(tài)信息經輸出端和潮流計算模塊的輸入端相連接，潮流計算模塊對所選擇系統(tǒng)狀態(tài)進行潮流計算，分析系統(tǒng)運行狀態(tài)進而發(fā)現診斷系統(tǒng)低電壓、過電壓、線路過載等風險情況，經輸出端和故障事故后果嚴重度計算模塊的輸入端相連接，故障事故后果嚴重度計算模塊基于效用函數計算量化出電網中電壓越限、線路過載、變壓器過載以及失負荷情況的嚴重程度，其輸出端與風險評估模塊的輸入端相連接，最后由風險評估模塊基于風險數學表達式計算電力系統(tǒng)各個風險指標數值，供運行人員參考決策。

該系統(tǒng)工作過程及各模塊技術細節(jié)如下：

首先，通過電網拓撲結構參數輸入模塊，將所分析電網的拓撲結構，連接方式，線路設備參數等相關信息輸入。

基于大量歷史數據，歷史統(tǒng)計元件停運故障率輸入模塊將停運故障率參數輸入，建立事故發(fā)生概率的數學模型，電力系統(tǒng)發(fā)生事故的概率基本符合泊松(Poisson)分布，即

式中λ_i為元件停運故障事故發(fā)生的概率。

根據輸入電網相關參數及各元件停運故障事故發(fā)生的概率數學模型，系統(tǒng)狀態(tài)選擇模塊通過蒙特卡洛模擬法來模擬系統(tǒng)運行狀態(tài)，通過隨機抽樣對系統(tǒng)狀態(tài)進行選取，輸出至潮流計算模塊進行系統(tǒng)狀態(tài)分析。

潮流計算模塊采用PQ分解法進行電力系統(tǒng)潮流計算，根據電力系統(tǒng)運行特點，即發(fā)電機功角主要與有功功率輸出有關，發(fā)電機端口電壓主要與無功功率輸出有關，將復雜的牛頓-拉夫遜法潮流計算方程組解耦，大大減小了計算量，在保證具有較高精度的情況下減少了計算時間，提高計算效率。

故障事故后果嚴重度計算模塊基于經濟學領域的冒險型效用函數進行表征，嚴重度函數曲線可表示如圖2所示。

本系統(tǒng)利用計算電壓越限、線路過載、變壓器過載及失負荷的嚴重程度。

電壓越限風險反映了系統(tǒng)中母線電壓越限的可能性及危害程度，定義母線電壓越限嚴重度函數為S_V，母線的電壓幅值決定其電壓越限嚴重度的高低，用母線電壓實際值與額定值的偏差程度表征后果的嚴重程度。設定當母線電壓為1.0pu時，嚴重度函數取值為0；隨著電壓值偏離額定值，嚴重度不斷增大。電壓越限嚴重度函數表示為：

與電壓越限嚴重度函數類似，設定線路負載額定值為0.7pu，定義線路過載嚴重度函數為：

設定變壓器負載額定值為0.8pu，定義變壓器過載嚴重度函數為：

基于直流潮流最優(yōu)潮流模型計算系統(tǒng)失負荷量，其數學表達式為：

約束條件為：

0≤C_i≤PD_i(i∈ND)

其中，T(S)、PG和PD分別指系統(tǒng)故障潮流、發(fā)電機容量和母線負荷；C是負荷削減矢變量；PG_i、PD_i、C_i和T(S)分別為PG、PD、C和T(S)的元素；NG、ND和L分別是系統(tǒng)發(fā)現母線、負荷母線以及支路的集合。模型目標是求取滿足功率平衡、直流潮流方程、線路潮流和發(fā)電出力約束條件下的最小負荷削減總量。失負荷嚴重度S_C用失負荷量占當期負荷的百分比表示。

風險常被定義為：傷害的可能性與該傷害所致的嚴重程度，即綜合發(fā)生概率和后果嚴重度兩個重要因素。風險值用這二者的乘積定量表示，即：

R_isk(X)＝P(X)×S_ev(X)

式中，R_isk(X)表示故障事故的風險值，P(X)為故障事故發(fā)生的概率，S_ev(X)為故障事故發(fā)生所造成后果的嚴重程度。

風險評估模塊基于風險理論，將故障事故的概率與嚴重度相乘，最終計算出各個風險指標數值。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。