一种恶劣天气下电网静态风险评估方法

摘要

本发明公开了一种恶劣天气下电网静态风险评估方法，能够分析恶劣天气下电网故障发生的概率及引起的静态安全风险，为发现恶劣天气下电网潜在风险、提前降低电网运行风险和故障损失提供支持。本发明通过综合考虑恶劣天气引起的故障概率及故障的严重性，所提出的静态安全指标可用于不同地区恶劣天气下电网静态安全风险评估，为找出电网在恶劣天气下静态安全中的薄弱环节提供有效的分析工具，能够为恶劣天气下故障预警提供有利地支持，并降低电网因为恶劣天气造成的故障损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统安全风险评估方法，尤其涉及一种恶劣天气下电 网静态风险评估方法。

背景技术

电力工业是国民经济的命脉，而电网的稳定、高效的运行是社会发展和人民 生产生活正常进行的重要保障。因此，如果电力系统发生重大事故导致电网的 稳定性遭到破坏，必然会对整个社会带来巨大的经济损失。历史统计数据表明， 恶劣天气对电网故障发生具有巨大的影响，恶劣天气一直威胁着电网的供电安 全。随着全球气候的变暖、环流异常，世界范围内恶劣天气越来越频繁，这给 电网安全运行带来新的更大的挑战。

传统的电网静态安全评估在分析中一般只重视影响最为严重的故障状态，而 部分故障状态出现的概率可能非常小，使得评估结果过于保守，在保证系统有 较大全裕度时，却牺牲了系统的经济性；而且传统的静态安全评估未全面考虑 故障出现的可能性和严重性，单一方面的考虑使得结果与现实情况往往存在较 大偏差。随着电力市场机制的建立，风险的概念被引入到了电力系统的分析方 法中，电力系统的分析方法由以前的确定性方法向不确定性与确定性相结合的 研究方式转变。因此，风险评估结果既能反映故障发生的概率，又计及故障造 成的后果，为电网安全性的度量提供了更准确的表述。

然而，目前所进行的电网静态安全风险评估研究中，没有专门针对由恶劣 天气因素引起的电网故障概率计算模型，及相应的恶劣天气下电网静态安全风 险评估方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种恶劣天气下电网静态风险评估方法，能够分析恶 劣天气下电网故障发生的概率及引起的静态安全风险，为发现恶劣天气下电网 潜在风险、提前降低电网运行风险和故障损失提供支持。

本发明采用下述技术方案：

一种恶劣天气下电网静态风险评估方法，包括以下步骤

A：选定待评估的电网，并获得待评估电网的拓扑连接关系、结构参数、负 荷参数和历史恶劣天气下平均故障率，然后进入步骤B；

B：对待评估电网进行潮流计算，获得正常情况下系统的状态及潮流分布， 然后进入步骤C；

C：进行恶劣天气下的预想故障选取，并计算由该恶劣天气引起故障的概 率，然后进入步骤D；

D：在选取的预想故障下进行潮流计算，然后进入步骤E：

E：判断预想故障下潮流计算的结果是否收敛，如果出现潮流收敛，进入步 骤H；如果出现潮流不收敛，则进入步骤F；

F：切除部分负荷或增加发电机出力，以维持恶劣天气引起的故障下电网潮 流收敛，然后进入步骤G；

G：计算执行步骤F操作所损失的负荷值，并在切除部分负荷或增加发电机 出力后重新进行潮流计算，然后进入步骤H；

H：计算静态安全风险指标和静态安全综合风险指标结果，输出静态安全风 险结果。

步骤C中，所述的预想故障包括由恶劣天气引起的N-1单重故障和大范围 恶劣天气引起的共因失效故障。

所述的由恶劣天气引起的N-1单重故障概率的计算公式为 其中，λ_i为第i条线路或母线在恶劣天气下的平均故障率，可 以根据历史数据统计得到，t为统计时间；所述的由大范围恶劣天气引起的共因 失效故障概率的计算公式为p_g＝P_(i)·P_(m)，其中，P_(i)和P_(m)为同一恶劣天气下 线路或母线i和m停运的概率，P_(i)和P_(m)的计算公式为p_i为 恶劣天气下各元件的故障概率，n为输电线路逻辑上串联的元件个数。

步骤H中，所述的静态安全风险指标包括负荷风险R₁、节点或母线电压越 限风险R₂和失负荷风险R₃。

所述的负荷风险R₁、节点或母线电压越限风险R₂和失负荷风险R₃的计算公 式为R_i＝p·S_i；静态安全综合风险指标计算公式为R＝∑R_i＝∑(p·S_i)，其中， p为恶劣天气下预想故障发生的概率，S_i为第i种风险指标的后果值。

所述的第i条支路过负荷风险后果值的计算公式为 $S_{1i}={(10\times (\frac{P_i}{P_{i\max }}-0.9))}^{2m},$当$\frac{P_i}{P_{i\max }}<0.9$时，S_1i＝0，其中，P_i为第i条支路实际有 功功率，P_imax为第i条支路最大传输功率，m为待定常数，取m＝1；

多条支路均过负荷的系统过负荷风险后果值为每条支路过负荷风险后果 值的总和。

所述的第i个节点或母线电压越限风险后果值的计算公式为 S_2i＝(10×(V_mi-0.9))^2m，当V_mi＜0.9时，S_2i＝0；式中V_mi为第i个节点或母线的 电压幅值，m为待定常数，取m＝1。

所述的失负荷风险后果值计算公式为S_3i＝∑γ_iP_Loss，i，其中，γ_i为第i个负 荷点的负荷重要程度因素，P_Loss，i为第i个负荷点负荷损失值。

一般工业负荷γ_i取1，民用及重要工业负荷γ_i取1.5，特殊供电负荷γ_i取2。

本发明综合考虑了恶劣天气引起的故障概率及故障的严重性，所 提出的静态安全指标可用于不同地区恶劣天气下电网静态安全风险 评估，为找出电网在恶劣天气下静态安全中的薄弱环节提供有效的分 析工具，能够为恶劣天气下故障预警提供有利地支持，并降低电网因 为恶劣天气造成的故障损失。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤：

A：选定待评估的电网，并获得待评估电网的拓扑连接关系、结 构参数、负荷参数和历史恶劣天气下平均故障率，然后进入步骤B；

B：对待评估电网进行潮流计算，获得正常情况下系统的状态及 潮流分布，然后进入步骤C；

C：进行恶劣天气下的预想故障选取，并计算由该恶劣天气引起 故障的概率，然后进入步骤D；

D：在选取的预想故障下进行潮流计算，然后进入步骤E：

E：判断预想故障下潮流计算的结果是否收敛，如果出现潮流收 敛，进入步骤H；如果出现潮流不收敛，则进入步骤F；

F：切除部分负荷或增加发电机出力，以维持恶劣天气引起的故 障下电网潮流收敛，然后进入步骤G；

G：计算执行步骤F操作所损失的负荷值，并在切除部分负荷或 增加发电机出力后重新进行潮流计算，然后进入步骤H；

H：计算静态安全风险指标和静态安全综合风险指标结果，输出 静态安全风险结果。

在本发明的步骤C中，预想故障包括由恶劣天气引起的N-1单重 故障和大范围恶劣天气引起的共因失效故障。

在计算故障概率时，由恶劣天气引起的N-1单重故障概率的计算 公式为其中，λ_i为第i条线路或母线在恶劣天气下的 平均故障率，可以根据历史数据统计得到，t为统计时间；由大范围 恶劣天气引起的共因失效故障概率的计算公式为p_g＝P_(i)·P_(m)，其 中，P_(i)和P_(m)为同一恶劣天气下线路或母线i和m停运的概率，P_(i)和 P_(m)的计算公式为p_i为恶劣天气下各元件的故 障概率，n为输电线路逻辑上串联的元件个数。

在本发明的步骤H中，静态安全风险指标包括负荷风险R₁、节点或母 线电压越限风险R₂和失负荷风险R₃。负荷风险R₁、节点或母线电压 越限风险R₂和失负荷风险R₃的计算公式为R_i＝p·S_i；静态安全综合 风险指标计算公式为其中，p为恶劣天气下预 想故障发生的概率，S_i为第i种风险指标的后果值。

各个风险指标后果值的计算方法如下：

1.第i条支路过负荷风险后果值的计算公式为 $S_{1i}={(10\times (\frac{P_i}{P_{i\max }}-0.9))}^{2m},$当时，S_1i＝0，其中，P_i为第i条 支路实际有功功率，P_imax为第i条支路最大传输功率，m为待定常数， 取m＝1；多条支路均过负荷的系统过负荷风险后果值为每条支路过 负荷风险后果值的总和。在第i条支路过负荷风险后果值的计算过程 中，容易出现“遮蔽”缺陷现象。“遮蔽”缺陷现象是指当系统过负 荷风险后果值由各元件过负荷风险后果值累加得到时，系统中存在许 多重载或小越限情况的过负荷风险后果值可能大于只有一个大越限 情况的过负荷风险后果值，然而，存在大越限的情况往往更为严重。 当支路负载率小于90％时，过负荷风险后果值为0；当支路重载时， 负载率在90％到100％之间，此时过负荷风险后果值在0到1之间 取值；当支路发生过载，负载率大于100％时，过负荷风险后果值为 大于1的值。此时，过负荷风险后果值不仅可以反映各支路过载的 严重程度，也可以反映支路重载的严重程度。当支路仅发生重载，但 不存在过载情况时，离散型和越限型函数得到的后果值皆为0，表面 系统不存在风险；但事实上，重载的系统在接近极限值的区域运行， 此时的系统隐含了危险，任何扰动都有可能导致系统发生过载。在重 载情况下，连续型函数可以得到大于0的后果值，向调度运行人员 揭示了系统中的潜在过载风险。因此，在本发明中，m取值为1，可 有效避免“遮蔽”缺陷的出现。

2.第i个节点或母线电压越限风险后果值的计算公式为 S_2i＝(10×(V_mi-0.9))^2m，当V_mi＜0.9时，S_2i＝0；式中V_mi为第i个节点 或母线的电压幅值，如上所述，m为待定常数，取m＝1，可有效避 免“遮蔽”缺陷的出现。当且仅当节点电压幅值等于额定电压时，第 i个节点或母线电压越限风险后果值取0；当幅值在规定的安全范围 内波动时，第i个节点或母线电压越限风险后果值在0到1之间取 值；当幅值越出电压上下限后，第i个节点或母线电压越限风险后果 值大于1。此时，第i个节点或母线电压越限风险后果值不仅可以反 映各节点电压越限的严重程度，也可以反映电压与电压上下限间的接 近程度，进而揭示潜在的电压越限风险。

3.考虑负荷重要程度不同，失负荷风险后果值计算公式为 S_3i＝∑γ_iP_Loss，i，其中，γ_i为第i个负荷点的负荷重要程度因素，一 般工业负荷γ_i取1，民用及重要工业负荷γ_i取1.5，医院政府等特殊 供电负荷γ_i取2；P_Loss，i为第i个负荷点负荷损失值。