计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法

摘要

本发明涉及一种电力技术领域的故障状态筛选方法，具体为计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法，包括步骤一、确定线路重要度及关联度；步骤二、确定线路的概率因子；步骤三、确定线路的重要度因子；步骤四、确定系统一阶故障集；步骤五、确定系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力技术领域故障状态集筛选方法，具体为计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，元件数量呈几何级数快速增加，电力系统发生随机故障的可能性随之提高。而随着电气化的发展，电力已经关系到国民经济的方方面面，随机事件若引起电力系统功能丧失将会带来巨大的经济和社会损失。真实的评估电力系统的可靠性水平，并以此为依据指导电网规划和调度是保障系统可靠运行的关键。

电力系统一般可分为发电系统、输电系统和配电系统，由于电网规模庞大，因此在可靠性评估时通常分为发电系统可靠性评估、输电系统可靠性评估、配电系统可靠性评估等。可靠性评估一般包括系统故障状态集选择、故障后果分析及可靠性指标计算。其中在故障状态集选择时，一般为简化计算，通常将元件等效为两状态模型，即认为元件只有工作和停运2个状态，假设系统包括n个元件，则可能会有2ⁿ种系统运行状态，受到计算资源和计算时间的限制，不可能对所有的故障状态进行评估。因此，需要设计合理的算法筛选对系统可靠性影响大的故障状态进行评估，如采用故障重数限制、截断概率、故障分类等技术以减少计算量。但是一般故障状态选择时只考虑故障发生的概率对可靠性的影响，而实际电力系统中高概率事件不一定会造成大的影响，某些低概率事件却有可能会引起大规模停电，甚至造成系 统崩溃。只考虑故障发生的概率对电力系统可靠性分析，可能会造成评估结果过于乐观。例如电力系统的高压输电线路，由于其在系统中的作用非常重要，通常电力企业会通过各种措施来提高其可靠性，其停运率一般较低，若单纯考虑故障概率可能会忽略该类输电线路引起的系统故障状态，无法考虑到这部分故障后果对系统可靠性的影响。同样，若只考虑事件后果的严重程度，有可能会造成评估结果过于悲观，尤其随着超高压特高压输电技术的发展，远距离大功率传输线路一旦故障会造成巨大的功率不平衡，甚至引起系统失稳，此时若只考虑故障后果而不计及事件发生的概率进行调度策略安排，又会大大降低系统运行的经济性。

对于输电系统来说，由于影响因素更多，且线路之间存在复杂的非线性关系，如何计及线路的影响对系统的可靠性进行合理的评估更加困难，如线路容量、实际潮流、拓扑位置、潮流分量等。而且一旦系统发生故障之后，由于电网结构发生变化，所有线路在新的电网中的重要程度将与原始电网不同，对于可靠性评估中多重故障的确定方案也会产生影响，仍采用原始电网中线路的重要程度进行排序确定线路的重要地位，将会失去效果，而每次电网变化后都重新计算线路的重要程度，又会使得计算时间太长，加大可靠性评估的代价，甚至使得该方案由于计算资源约束而不可行。为了均衡电力系统的经济性和可靠性，需要设计合理的故障状态集筛选方法，以尽可能真实的反应电力系统的可靠性水平。因此，输电系统可靠性评估时必须同时兼顾事件发生的概率，以及线路在电力系统中的地位，综合确定输电系统 故障状态集。

发明内容

本发明为了解决现有电力系统可靠性评估方法考虑因素单一而造成评估误差大的问题，提供了一种计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法。本方法采用线路重要度确定一阶故障，根据关联度确定多阶故障，以提高可靠性评估的效率和准确度。

本发明是采用如下的技术方案实现的：计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法，包括以下步骤：

步骤一：确定线路重要度及关联度：

(1)确定线路i的绝对潮流因子i＝1,2,……,l，即线路i的绝对潮流与线路i的传输容量上限的比值，其中l为系统线路数，q为系统机组数，为线路i上的绝对潮流，P_imax为线路i的传输容量上限，P_ks为发电机k发出的有功功率，为发电机支路功率分布因子，即由发电机k发出注入线路i的有功功率占发电机k发出的有功功率的比例；

(2)确定线路i的权重因子G为与发电机直连线路集合，P_i为线路i中的实际有功潮流。即对于普通线路，其权重因子为其线路负载率；发电机直连线路，其权重因子为线路负载率与线路传输功率占系统发电总量的比例两者之和；

(3)确定线路i的关键度因子线路的关键度因子越大， 说明线路绝对潮流因子越大或线路权重因子越大，即线路在系统中的重要性越高；

(4)确定线路之间的关联度因子j＝1,2,……,l，且j≠i。任意两条线路i，j之间的关联度因子越大说明二者在传输功率方面的作用越接近，一旦其同时故障，其上承载的功率很可能会由于输电容量约束而无法传输，造成系统切负荷，降低可靠性；

步骤二：确定线路i的概率因子θ_i＝p_di/p_ui，其中p_di为线路i的停运概率，p_ui为线路i的运行概率；

步骤三：确定线路i的重要度因子即以线路概率因子加权的线路关键度因子，综合考虑线路关键度因子和线路概率因子，概率越大且越重要的线路故障后对系统的可靠性影响越大；

步骤四：确定系统一阶故障集：系统单一元件故障称为一阶故障，根据线路重要度因子从大到小的顺序，依次设定线路i故障，作为系统的一阶故障状态；

步骤五：确定系统n阶故障集：系统中有n个元件故障的状态称为n阶故障，1<n<l。在一阶故障集的基础上，确定其余线路与故障线路的关联度因子，将其余线路按关联度因子排序，得到二阶故障集。在二阶故障集的基础上，确定其余线路与两条故障线路的关联度因子，并选择其中最大的关联度因子与二阶状态线路的关联度因子相乘作为该三阶故障的状态的线路的关联度因子，将故障状态按照关联度因子排序，得到三阶故障集。依次类推，在k(k>2)阶故障集的基 础上，确定其余线路与k条故障线路的关联度因子，并选择其中最大的关联度因子与第k阶状态线路的关联度因子相乘作为该k+1阶故障的状态的线路的关联度因子，将故障状态按照关联度因子排序，得到k+1阶故障集。采用快速排序技术，依次确定系统的n阶故障状态，从而确定系统的n阶故障集，最终得到一阶至n阶故障集。

本方法计及线路关键度和线路概率因素的影响，提出了线路重要度因子，通过对线路重要度因子的排序，确定电力系统的一阶故障集，并在一阶故障集的基础上，根据线路关联度因子确定系统的n阶故障状态集。该故障集快速筛选方法选择对系统可靠性影响较大的状态进行评估，可以更加合理的评估系统的可靠性水平，为电力系统规划和调度运行提供可行建议。

具体实施方式

计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法，包括以下步骤：

步骤一：确定线路重要度及关联度：

(1)确定线路i的绝对潮流因子i＝1,2,……,l，其中l为系统线路数，q为系统机组数，为线路i上的绝对潮流，P_imax为线路i的传输容量上限，P_ks为发电机k发出的有功功率，为发电机支路功率分布因子。

(2)确定线路i的权重因子G为与发电机 直连线路集合，P_i为线路i中的实际有功潮流。

(3)确定线路i的关键度因子

(4)确定线路之间的关联度因子j＝1,2,……,l，且j≠i。

步骤二：确定线路i的概率因子θ_i＝p_di/p_ui，其中p_di为线路i的停运概率，p_ui为线路i的运行概率。

步骤三：确定线路i的重要度因子

步骤四：根据线路重要度因子从大到小的顺序，依次设定线路i故障，确定系统的一阶故障状态集。

步骤五：确定系统n阶故障集：系统中有n个元件故障的状态称为n阶故障，1<n<l。在一阶故障集的基础上，确定其余线路与故障线路的关联度因子，将其余线路按关联度因子排序，得到二阶故障集。在二阶故障集的基础上，确定其余线路与两条故障线路的关联度因子，并选择其中最大的关联度因子与二阶状态线路的关联度因子相乘作为该三阶故障的状态的线路的关联度因子，将故障状态按照关联度因子排序，得到三阶故障集。例如2阶故障包含故障线路(1，2)，则确定3阶故障时，选择线路3与线路1和线路2的关联度因子中较大者，则3阶故障(1，2，3)的关联度因子为在k(k>2)阶故障集的基础上，确定其余线路与k条故障线路的关联度因子，并选择其中最大的关联度因子与第k阶状态线路的关联度因子相乘作为该k+1阶故障的状态的线路的关联度因子，将故障状态按照关联度因子排序，得到k+1阶故障集。采用快速排序技术，依次确 定系统的n阶故障状态，从而确定系统的n阶故障集，最终得到一阶至n阶故障集。

本发明的计及线路重要度及关联度的输电系统故障状态集筛选方法，综合考虑线路在系统中的作用，以及线路可靠运行的概率，可以兼顾大概率不严重事件与小概率严重后果事件，更加全面的评估电力系统的可靠性水平，同时收敛速度快，计算时间比较短，是很有前景的一种电力系统可靠性评估的故障状态集快速筛选方法。