基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法

摘要

本发明公开了一种基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法，包括建立线路的可靠性模型；计算电网关键事故链的失负荷风险指标；对电网的战略通道进行动态辨识。本发明方法适用于不同地理位置、不同天气状况下和不同负载水平下动态变化的线路，而且针对线路动态故障概率和关键事故链，能够更好的适用于现有的大电网情况；此外，本发明方法能够根据电网事故链准确预测电网故障风险，而且方法简单可靠。

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法。

背景技术

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

为了提高供电的可靠性和电网的调度能力，电网已经逐步并网形成了大型、超大型的供电网。虽然大型供电网能够极大的提高供电的效率，但是大型供电网对于电网运行的安全性要求更高更严。

针对近些年来发生的一系列大停电事故的调查显示：电力系统的大停电事故总是从个别元件故障停运开始，随后发展为不可控制的连锁故障，最终导致系统崩溃。在这一过程中，电网中少数关键环节的停运对连锁故障的发展和扩大起到了很大的推动作用。如何找出这些关键环节就成为一个亟待解决的问题。

在系统结构脆弱性评估方面，基于复杂网络理论的评估方法是主要研究方向。早期的辨识指标有：节点与线路的介数和加权介数、节点的度和网络的平均路径长度等。由于这些早期指标多源自于电信网络和社交网络，并未考虑到电力系统的物理实际，所以又有相关学者对此做出了改进，提出了诸如：电气介数、容量介数、网络流介数以及潮流介数等。这些改进指标的计算较为快捷，可以用于在线评估和动态识别，有一定的准确性；但它们都只考虑了元件在电网拓扑结构上的脆弱性，而系统中元件的脆弱性在很大程度上也受到电网运行状态和外部环境的影响，原本结构上不脆弱的元件很可能在特定运行方式下变得脆弱，这一特性使得介数指标的辨识准确度收到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据电网事故链准确预测电网故障风险的基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法。

本发明提供的这种基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法，包括如下步骤：

S1.根据天气因素、线路所在的地理位置和线路运行状态建立线路的可靠性模型；

S2.根据步骤S1建立的电路可靠性模型，计算电网关键事故链的失负荷风险指标；

S3.根据步骤S2得到的电网关键事故链的失负荷风险指标，对电网的战略通道进行动态辨识。

步骤S1所述的建立线路的可靠性模型，具体为采用如下算式建立可靠性模型：

式中，为基础概率，即线路k在正常潮流下的故障概率，而且包含不同地理气象条件下的平均故障概率；I_k为线路k当前的负载电流；为线路k负载电流正常值的上限；F_k.max为当线路k负载电流超过最大允许负载电流时，保护装置动作将线路切除的故障概率；I_k.max为线路k的最大允许负载电流，如热稳定极限或保护装置的整定值。

步骤S2所述的计算电网关键事故链的失负荷风险指标，具体为采用如下步骤计算失负荷风险指标：

A.根据步骤S1得到的可靠性模型，搜索电网事故时的关键事故链；

B.根据步骤A得到的关键事故链，计算各个事故链的失负荷风险指标。

步骤A所述的搜索电网事故时的关键事故链，具体为采用如下步骤进行搜索：

a.将正常运行时故障概率大于事先设定的阈值的线路，以及退出运行后会造成系统重载的线路作为关键事故链的触发线路集合；

b.根据步骤a得到的触发线路集合，采用如下规则搜索事故链：

线路过载：若某线路过载切故障概率达到最大，则将该线路作为下次的开断线路；若有多条线路过载，则将这些线路均作为下次的开断线路；

线路未过载：若不存在线路过载，则根据步骤S1得到的可靠性模型求取各线路的故障概率；若故障概率最大的线路对应的故障概率大于事先设定的阈值，则将该线路作为下次的开断线路

c.采用如下规则停止步骤b的搜索：

若当前运行状态最大的线路故障概率小于事先设定的阈值，则停止搜索；

若系统大规模解列，则停止搜索；所述的系统大规模解列定义为当系统解列成多个电力孤岛时，所含节点数目最多的电力孤岛中的节点数与全系统的节点数之比小于50％；

若大量失负荷，则停止搜索；所述的大量失负荷，定义为负荷损失超过全系统负荷的30％；

若多次断开线路既没有造成系统大规模解列和大量失负荷，且搜索深度达到预先设定的最大深度，则停止搜索。

步骤B所述的计算各个事故链的失负荷风险指标，具体为采用如下步骤计算事故链的失负荷风险指标：

(1)采用如下算式计算事故链的概率：

F(T_j)＝F(S_j0)×F(S_j1|S_j0)×F(S_j2|S_j1S_j0)×…×F(S_jn|S_j,n-1...S_j1S_j0)

算式为假设关键事故链的触发线路集合中线路j提出运行造成的连锁故障事故链为T_j＝{S_j0,S_j1,...,S_jn}的事故链概率，式中S_j0到S_jn为构成连锁故障的一系列故障事件；F(S_jr|S_j,r-1...S_j1S_j0)为对应事故链中S_j,r-1→S_jr的中间转移环节的转移概率；所述的转移概率的计算规则如下：

若故障事件S_j,r-1发生后，系统存在过载线路，则转移概率采用下式进行计算：

式中J_r-1为故障事件S_j,r-1发生之后，系统中所有过载线路的集合；

若故障事件S_j,r-1发生后，系统不存在过载线路，则转移概率采用下式进行计算：

F(S_jr|S_j,r-1...S_j1S_j0)＝max{F_k(S_j,r-1)}

k∈Line(S_j,r-1)

式中F_k(S_j,r-1)和Line(S_j,r-1)分别为故障事件S_j,r-1发生之后，线路k的故障概率和故障概率大于阈值的线路集合；

(2)根据步骤S1得到的事故链概率，采用如下算式计算得到事故链的失负荷风险：

R(T_j)＝F(T_j)×ΔP(T_j)

式中ΔP(T_j)为事故链T_j造成的失负荷量；所述的失负荷量为采用如下规则进行估算：

若连锁故障发展过程中，系统解列成多个电力孤岛，则规定：当孤岛中的总发电容量大于总负荷时，该孤岛的失负荷量为0；若孤岛中的总发电容量小于总负荷，则将孤岛中的总负荷量与总发电量之差作为该孤岛的失负荷量；

若连锁故障发展过程中系统无电力孤岛形成，则失负荷量由基于输电断面有功安全性保护及其快速算法进行估算。

步骤S3所述的对电网的战略通道进行动态辨识，具体为采用如下步骤进行动态辨识：

1)将关键事故链的触发线路集合内的线路分为两类：

第Ⅰ类线路：线路自身故障概率大于或等于事先设定的阈值的线路，或者断线后会使得系统剩余线路发生重载或过载的线路；

第Ⅱ类线路：线路自身故障小于事先设定的阈值，且故障后不会引起系统剩余线路重载或者过载的线路；

2)针对步骤1)中的两个分类的线路，计算各个分类中线路所引发的事故链的失负荷风险指标，并在各个分类内按照失负荷风险指标的值对线路进行排序；

3)将第Ⅰ类线路排在第Ⅱ类线路之前，从而得到所有线路的总排序；排名越靠前，表明线路的失负荷风险指标越大，则线路越重要，则该线路即大电网战略通道。

本发明提供的这种基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法，采用计及气象地理因素和线路潮流的线路运行可靠性模型，可计算不同地理位置、不同天气状况下和不同负载水平下动态变化的线路故障概率；本发明方法针对正常和断线后的重过载线路和恶劣天气情况下的线路，结合所采用的线路运行可靠性模型和事故链理论提出了基于线路动态故障概率的关键事故链搜索算法，仅对触发系统连锁故障概率明显较高的线路形成若干关键事故链，并对得到的关键事故链失负荷风险进行较为准确的估算；本发明方法还可以通过适当调节概率阈值和事故链搜索深度来合理平衡计算时间和计算精度的要求，兼顾了计算快速性和准确性。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种基于失负荷风险指标的大电网战略通道动态辨识方法，包括如下步骤：

S1.根据天气因素、线路所在的地理位置和线路运行状态建立线路的可靠性模型；具体为采用如下算式建立可靠性模型：

式中，为基础概率，即线路k在正常潮流下的故障概率，而且包含不同地理气象条件下的平均故障概率；I_k为线路k当前的负载电流；为线路k负载电流正常值的上限；F_k.max为当线路k负载电流超过最大允许负载电流时，保护装置动作将线路切除的故障概率；I_k.max为线路k的最大允许负载电流，如热稳定极限或保护装置的整定值；

S2.根据步骤S1建立的电路可靠性模型，计算电网关键事故链的失负荷风险指标；具体为采用如下步骤计算失负荷风险指标：

A.根据步骤S1得到的可靠性模型，搜索电网事故时的关键事故链；具体为采用如下步骤进行搜索：

a.将正常运行时故障概率大于事先设定的阈值的线路，以及退出运行后会造成系统重载的线路作为关键事故链的触发线路集合；

b.根据步骤a得到的触发线路集合，采用如下规则搜索事故链：

线路过载：若某线路过载切故障概率达到最大，则将该线路作为下次的开断线路；若有多条线路过载，则将这些线路均作为下次的开断线路；

线路未过载：若不存在线路过载，则根据步骤S1得到的可靠性模型求取各线路的故障概率；若故障概率最大的线路对应的故障概率大于事先设定的阈值，则将该线路作为下次的开断线路

c.采用如下规则停止步骤b的搜索：

若当前运行状态最大的线路故障概率小于事先设定的阈值，则停止搜索；

若系统大规模解列，则停止搜索；所述的系统大规模解列定义为当系统解列成多个电力孤岛时，所含节点数目最多的电力孤岛中的节点数与全系统的节点数之比小于50％；

若大量失负荷，则停止搜索；所述的大量失负荷，定义为负荷损失超过全系统负荷的30％；

若多次断开线路既没有造成系统大规模解列和大量失负荷，且搜索深度达到预先设定的最大深度，则停止搜索；

B.根据步骤A得到的关键事故链，计算各个事故链的失负荷风险指标；具体为采用如下步骤计算事故链的失负荷风险指标：

(1)采用如下算式计算事故链的概率：

F(T_j)＝F(S_j0)×F(S_j1|S_j0)×F(S_j2|S_j1S_j0)×…×F(S_jn|S_j,n-1...S_j1S_j0)

算式为假设关键事故链的触发线路集合中线路j提出运行造成的连锁故障事故链为T_j＝{S_j0,S_j1,...,S_jn}的事故链概率，式中S_j0到S_jn为构成连锁故障的一系列故障事件；F(S_jr|S_j,r-1...S_j1S_j0)为对应事故链中S_j,r-1→S_jr的中间转移环节的转移概率；所述的转移概率的计算规则如下：

若故障事件S_j,r-1发生后，系统存在过载线路，则转移概率采用下式进行计算：

式中J_r-1为故障事件S_j,r-1发生之后，系统中所有过载线路的集合；

若故障事件S_j,r-1发生后，系统不存在过载线路，则转移概率采用下式进行计算：

F(S_jr|S_j,r-1...S_j1S_j0)＝max{F_k(S_j,r-1)}

k∈Line(S_j,r-1)

式中F_k(S_j,r-1)和Line(S_j,r-1)分别为故障事件S_j,r-1发生之后，线路k的故障概率和故障概率大于阈值的线路集合；

(2)根据步骤S1得到的事故链概率，采用如下算式计算得到事故链的失负荷风险：

R(T_j)＝F(T_j)×ΔP(T_j)

式中ΔP(T_j)为事故链T_j造成的失负荷量；所述的失负荷量为采用如下规则进行估算：

若连锁故障发展过程中，系统解列成多个电力孤岛，则规定：当孤岛中的总发电容量大于总负荷时，该孤岛的失负荷量为0；若孤岛中的总发电容量小于总负荷，则将孤岛中的总负荷量与总发电量之差作为该孤岛的失负荷量；

若连锁故障发展过程中系统无电力孤岛形成，则失负荷量由基于输电断面有功安全性保护及其快速算法进行估算；所述的基于输电断面有功安全性保护及其快速算法，可以采用论文期刊论文“姚峰,张保会,周德才,等.输电断面有功安全性保护及其快速算法[J].中国电机工程学报,2006,26(13):31-36.”中的算法；

S3.根据步骤S2得到的电网关键事故链的失负荷风险指标，对电网的战略通道进行动态辨识；具体为采用如下步骤进行动态辨识：

1)将关键事故链的触发线路集合内的线路分为两类：

第Ⅰ类线路：线路自身故障概率大于或等于事先设定的阈值的线路，或者断线后会使得系统剩余线路发生重载或过载的线路；

第Ⅱ类线路：线路自身故障小于事先设定的阈值，且故障后不会引起系统剩余线路重载或者过载的线路；

2)针对步骤1)中的两个分类的线路，计算各个分类中线路所引发的事故链的失负荷风险指标，并在各个分类内按照失负荷风险指标的值对线路进行排序；

3)将第Ⅰ类线路排在第Ⅱ类线路之前，从而得到所有线路的总排序；排名越靠前，表明线路的失负荷风险指标越大，则线路越重要，则该线路即大电网战略通道。