計及風(fēng)險的城市電網(wǎng)運行安全評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計及風(fēng)險的城市電網(wǎng)運行安全評估方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化運行 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)運行過程中發(fā)生的局部故障可能會誘發(fā)連鎖反應(yīng)，擴大事故的范圍和程度。 電力市場化改革的深入使得電網(wǎng)的運行狀態(tài)常常接近極限，一旦發(fā)生事故，會給社會經(jīng)濟 帶來不可估量的損失，甚至危及人身安全，引發(fā)社會動蕩。城市電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組 成部分，保證其安全可靠運行尤為重要。目前，以狀態(tài)評估為基礎(chǔ)，通過自愈控制使其始終 保持健康運行狀態(tài)的方法已獲得應(yīng)用，而城市電網(wǎng)運行安全評價也是自愈控制系統(tǒng)的核心 組成。因此，評價城市電網(wǎng)的安全性具有重要意義。
[0003] 為了對城市電網(wǎng)進行準確的安全性評估，首先需要構(gòu)建適當(dāng)?shù)陌踩u價指標。目 前相關(guān)的研究成果主要是對大電網(wǎng)進行評估。計及氣象因素的電網(wǎng)靜態(tài)安全指標體系針對 輸電網(wǎng)，提出涵蓋系統(tǒng)評估和斷面評估的風(fēng)險評估指標體系，能夠?qū)ο到y(tǒng)的薄弱點進行辨 識，計及氣象因素，對電網(wǎng)靜態(tài)安全風(fēng)險影響進行全方位評估；基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和條件概 率的災(zāi)難性事故風(fēng)險評估方法和電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性安全分析以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為研究對象，綜合熵度 和輸電介數(shù)，考慮系統(tǒng)節(jié)點和支路的重要性，改進傳統(tǒng)安全指標，使其能更準確地識別薄弱 環(huán)節(jié)；IndicesSystemandMethodsforUrbanPowerGridSecurityAssessment針對 城市電網(wǎng)的特點提出"最大供電區(qū)域"和"負荷損失率"指標，為事故后采取緊急措施提供 依據(jù)，但不能計及不同類型風(fēng)險源對電網(wǎng)造成的不同影響。在配電網(wǎng)安全研究方面，配電 網(wǎng)風(fēng)險評價體系及其應(yīng)用提出了基于效用理論的配電網(wǎng)安全風(fēng)險評價體系，綜合評估了線 路過負荷、母線電壓越限以及負荷點停電的風(fēng)險水平，但未能對事故后電壓、電流等狀態(tài)量 的不同越限程度產(chǎn)生的不同影響進行量化；ANeuro-FuzzyMethodasToolforVoltage SecurityAssessmentofSystemswithDistributedGeneration米用了基于蒙特卡洛模 擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊評估方法，對含有分布式電源的配電網(wǎng)進行了電壓安全評估，計算量較 大，且沒有計及分布式電源出力的波動性。
[0004] 針對以上問題，本申請對城市電網(wǎng)運行可能存在的風(fēng)險源進行分析。首先根據(jù)風(fēng) 險源對城市電網(wǎng)造成的影響，將其分為小擾動型風(fēng)險源和故障型風(fēng)險源兩類，然后基于風(fēng) 險理論，分別建立靜態(tài)安全和暫態(tài)安全評價指標，對于事故造成的危害程度的不同，分別采 用合適的嚴重度函數(shù)。此外，越來越多的分布式電源接入使得城市電網(wǎng)的運行情況更加不 穩(wěn)定，因此在建立安全評價指標時還應(yīng)考慮分布式電源帶來的不確定性影響。在城市電網(wǎng) 自愈控制示范工程應(yīng)用中，本申請?zhí)岢龅陌踩u價指標體系能夠準確地辨識出城市電網(wǎng)的 安全運行風(fēng)險，為自愈控制方案的選擇提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對于【背景技術(shù)】存在的不能計及不同類 型風(fēng)險源對電網(wǎng)造成的不同影響、未能對事故后電壓和電流等狀態(tài)量的不同越限程度產(chǎn)生 的不同影響進行量化、計算量較、沒有計及分布式電源出力的波動性的問題。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種計及風(fēng)險的城市電網(wǎng)運行安全評估方法，包括以下步驟：
[0008] 1)進行城市電網(wǎng)運行風(fēng)險源分析，將風(fēng)險源劃分為小擾動型風(fēng)險源和故障型風(fēng)險 源兩類；
[0009] 2)針對步驟1)劃分的兩類風(fēng)險源，分別建立靜態(tài)安全風(fēng)險指標和暫態(tài)安全風(fēng)險 指標t旲型；
[0010] 3)針對步驟2)建立的靜態(tài)和暫態(tài)安全風(fēng)險指標模型，分別對靜態(tài)安全風(fēng)險指標 和暫態(tài)安全風(fēng)險指標的內(nèi)部指標進行模型建立；
[0011] 4)針對步驟3)中的靜態(tài)安全風(fēng)險指標和暫態(tài)安全風(fēng)險指標的內(nèi)部指標分別引入 嚴重度函數(shù)，并歸納入建立的模型中。
[0012] 作為優(yōu)化，所述步驟1)中小擾動型風(fēng)險源包括負荷波動和分布式電源出力波動； 故障型風(fēng)險源包括內(nèi)網(wǎng)故障和外網(wǎng)故障。
[0013] 作為優(yōu)化，所述步驟3)中靜態(tài)安全風(fēng)險指標的內(nèi)部指標包括靜態(tài)電壓風(fēng)險指標 和靜態(tài)電流風(fēng)險指標，暫態(tài)安全風(fēng)險指標的內(nèi)部指標包括暫態(tài)電壓風(fēng)險指標、暫態(tài)電流風(fēng) 險指標、頻率風(fēng)險指標、功角風(fēng)險指標和電壓暫升/暫降風(fēng)險指標。
[0014] 作為優(yōu)化，所述步驟3)中靜態(tài)安全風(fēng)險指標的確立包括以下步驟：首先基于負 荷和分布式電源出力的動態(tài)概率模型，運用動態(tài)概率潮流算法計算電網(wǎng)狀態(tài)變量的概率分 布，然后提出狀態(tài)變量的嚴重度函數(shù)，再結(jié)合風(fēng)險定義，得到城市電網(wǎng)靜態(tài)安全風(fēng)險指標的 計算模型。
[0015] 作為優(yōu)化，由于通過概率潮流計算，負荷波動和分布式電源出力波動的隨機性已 被計入電網(wǎng)狀態(tài)變量的概率分布，因此所述靜態(tài)安全風(fēng)險指標模型中不包含負荷波動和分 布式電源出力波動的概率參數(shù)，如下式所示：
[0016] R(Yt |E,L) = / /P(Yt |E1；L)XS(Yt)dExdYt (1)
[0017] 式中屯是未來可能發(fā)生的小擾動；Yt是特定的運行狀態(tài)；L是時刻t系統(tǒng)的負荷 狀況；P^lEi，L)是發(fā)生事故￡1后系統(tǒng)運行狀態(tài)的概率分布；S(Yt)描述了在狀態(tài)Yt時事故 的嚴重程度；R(Yt|E，L)是風(fēng)險指標。
[0018] 作為優(yōu)化，所述靜態(tài)電壓風(fēng)險指標計算模型為：
[0019]
[0020] 式中：&為發(fā)生第i個擾動時第j條母線的電壓；P(U^IE。L)為城市電網(wǎng)發(fā)生擾 動Ei后第j條母線電壓的概率分布；S(Ud為第j條母線相應(yīng)的電壓越限嚴重度；
[0021] 引入嚴重度函數(shù)，在對電壓越限造成的危害性進行分析的基礎(chǔ)上，按照偏移幅度 將電壓分為若干區(qū)間：在正常運行區(qū)間[0.97, 1.07]，電壓越限嚴重度與電壓幅值呈線性 關(guān)系，當(dāng)電壓為1. 〇P.u.時，嚴重度為0 ;隨著電壓偏差更加嚴重，當(dāng)運行在區(qū)間[0. 9, 0. 97] 和[1. 07, 1. 1]，嚴重度與電壓呈平方關(guān)系；在區(qū)間[0. 8, 0. 9]時，電氣設(shè)備安全性受到嚴重 影響，此時設(shè)嚴重度函數(shù)與電壓值為三次方關(guān)系；當(dāng)電壓處于區(qū)間[0. 6, 0. 8]和[1. 1，1. 3] 時，會嚴重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定性，因此令嚴重度與電壓值之間為指數(shù)關(guān)系；當(dāng)電壓標么值小 于0. 6或大于1. 3時，認為電網(wǎng)失穩(wěn)，電壓越限嚴重度分別達到最大，為保證嚴重度函數(shù)的 連續(xù)性，分別取值為144和133 ;各區(qū)間的電壓越限嚴重度函數(shù)如下式所示：
[0022]
[0023] 靜態(tài)電流風(fēng)險指標計算模型為：
[0024]
[0025] 引入嚴重度函數(shù)，未出現(xiàn)電流越限現(xiàn)象時，對設(shè)備無影響，不存在風(fēng)險，且一般變 壓器和線路都有過載能力；短路情況下，電網(wǎng)中的短路電流可能與一般的過負荷電流處于 同一個數(shù)量級。綜合考慮上述情況，可按額定電流的〇_〇. 9、0. 9-U1-2以及2以上進行分 段：在區(qū)間[0, 0.9]時，電流越限嚴重度為0;在區(qū)間[0.9, 1]時，嚴重度與電流呈線性關(guān) 系；在區(qū)間[1，2]時，嚴重度與電流呈平方關(guān)系；當(dāng)電流為2倍額定電流時，嚴重度取為1 ; 各區(qū)間嚴重度函數(shù)如下式所示：
[0026]
[0027] 作為優(yōu)化，假設(shè)元件故障符合均勻泊松分布，SP:
[0028]
[0029] 則單位時間內(nèi)該元件故障的概率為：
[0030]
[0031] -般假設(shè)元件的故障相互獨立，則由式（6)、（7)可得：
[0032]
[0033] 故障發(fā)生后，城市電網(wǎng)的運行參數(shù)會發(fā)生變化，這些變化會導(dǎo)致整個電網(wǎng)運行狀 態(tài)的變化，因此，電網(wǎng)運行狀態(tài)變量的概率分布應(yīng)與電網(wǎng)運行參數(shù)的概率分布密切相關(guān)，采 用正態(tài)分布來反映電網(wǎng)運行參數(shù)的不確定性，即：
[0034] Yt~Normal ( u，〇) (9)
[0035] 式中：y為運行參數(shù)的期望值；〇為運行參數(shù)的標準差；
[0036] 用小負荷運行工況和大負荷運行工況兩種運行方式下的電網(wǎng)運行參數(shù)Yt_和 Yt_作為極端狀態(tài)值，由正態(tài)分布可知，在區(qū)間（y-3〇,ii+30)內(nèi)的面積比例達到了 99. 74%，因此y和〇可通過以下公式求得：
[0039] 由此可求出故障后系統(tǒng)狀態(tài)變量的概率分布P(Yt |Ei,L);[0040]由此可得，暫態(tài)安全風(fēng)險指標的計算模型為：
[0037]
[0038]
[0041 ]
[0042] 式中：￡1是未來可能發(fā)生的故障；Yt是特定的運行狀態(tài)；L是時刻t系統(tǒng)的負荷狀 況；P^lEi，L)是發(fā)生事故￡1后系統(tǒng)運行狀態(tài)的概率分布；S(Yt)描述了在狀態(tài)\時事故的 嚴重程度；R(Yt|E，L)是風(fēng)險指標。
[0043] 作為優(yōu)化，所述暫態(tài)電壓風(fēng)險指標計算模型為：
[0044]
[0045] 暫態(tài)電流風(fēng)險指標計算模型為：
[0046]
[0047] 暫態(tài)電壓、電流風(fēng)險指標中的嚴重度函數(shù)分別與靜態(tài)電壓、電流風(fēng)險指標中的嚴 重度函數(shù)一致；
[0048] 頻率風(fēng)險指標計算模型為：本申請構(gòu)建頻率風(fēng)險指標，用于反映電網(wǎng)發(fā)生故障后 發(fā)電機頻率偏差的可能性和危害程度；由式（12)可得：
[0049]
[0050]引入嚴重度函數(shù)，在對頻率偏差產(chǎn)生的危害進行分析的基礎(chǔ)上，按照偏差幅度將 頻率分為若干區(qū)間：在正常運行區(qū)間[49. 5, 50. 5]中，頻率偏差主要危害一些對頻率要求 嚴格的生產(chǎn)線，本申請將這個區(qū)間分成三段，49. 5~49. 8,49. 8~50. 2, 50. 2~50. 5,中間 采用線性關(guān)系，兩邊采用平方關(guān)系，低頻段與高頻段的嚴重度函數(shù)以f= 50Hz為對稱軸；隨 著頻率偏差更加嚴重，在運行區(qū)間[47. 5, 49. 5]和[50. 5, 52. 5]時，頻率偏差主要影響電網(wǎng) 運行經(jīng)濟性，安全儲備下降，且有不穩(wěn)定的趨勢，因此設(shè)危害度與頻率呈三次方關(guān)系；在區(qū) 間[0, 47. 5]和[52. 5, 100]，電網(wǎng)安全