（电力系统及其自动化专业论文）基于电网可靠性综合评估的辅助决策系统研究.pdf

塑婆查堂堡主堂些堡壅璺墅墨! 翌 a b s l r a c 。l b a s e do nr e s e a r c l l靴t h o d o f p r o b l e m - 弧i e n t e d ， a na u x i i i a r y d e c i s i o n m a 妇gs y s t e m f o r d i 印a t c h i s d e s 谵n e d ，w 致i 馥u s e d 也e m e t h o d 0 1 0 9 y0 fp r o b a b n i s t i c e v a l u a t i o na n ds y s t e me n g i n e e m g - n e p a p e ra n 赫y z e sm e b a s i so fo p e a t i o n r i s 莨e v a h l 积o nm a c 泌g 印p l i c a t i o n f o rr e l i a b i l 姆莎i n c i p l e ，a 蜘i n a t i o n 钯馥n o l o g yf 酿d i s p a t c ha n dp r a c t i c a l o p e r a t i o n m a n a g e m e n t ，i na d d i t i o n ，p o i n t e so u tt h a tt h es y s t e m i sak i i l d o ft o o lw i t ht h ef u n c 幽no fr a l l d o mq u a n t i t a t i v e a i l a l y s i su t i h z i n gt h e p l a t f o r mo fe m s d t s m a 圭【i n g 让s | 。o ft h em e t h o do fs y s t e mi n t e g r a 畦o n b a s e do nc i w c i s ，t h es y s t e mr e a l 娩e s0 1 1 1 i 1 1 ec o n t i n u o u ss a f e 。m n n i n g f 2 4 南o u r si nd i s p a t c 抽培s t a t i o no fj i m u a 灿ar e s u l t ，t h e t e s ti s s a 圭主s 董i e 硅，雏t h es a m et i m e ，v a m a b 至ee x p e r 至e 溉rp f 鑫c t c a ls y s t e 王n d c v e l o p m e n t i so 虢r e df 0 “h ef u t u r e l 【e yw o r d s ：汹固s 瞰c 鞋 。揽r a 氍0 n 戚s k 嚣v a l u 解i o n a u x i u a r yd e c i s i o n - l 谥i n g u 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 避年来，瑟向电力系统逡孬的风险评售方法l 乍为一糖新鲍分毒厅思想受到了较 为广泛豹关、淀，对市场环境下电力系统的调度运行将产生重大影响。目前，电力 系统芷朝者大容量、商电舔、远距离输电方向发展，电力设备的不断投运，在提 离电力系统安全性、可靠性的同时，也使得电力系统的风险评倍变得更加复杂， 跫其是在电力市场环境下，电力产业的放松管蠲帮枣场竞争翡弓i 入，使褥经济性 戏为蓄要考虑戆因素，逸必然带来经济效益和安全可靠之间豹矛腐，使得可靠性 问题目趋复杂。国内终几次羲名的大停毫事故都警示我们： 首先，应在确保电网安全稳定的前提下实现电力系统的市场化。在 电力改革鹄过渡时期会绘电力可靠性带来一定躺风险，在实施电力改革 的过程串要特别重视保证电力系统的可靠性并采取皮对撩施减小风除的 发生。 其次，要大爨开簇可靠性基础研究和殿罔开发工作。加强电网的总 体规划，确保网络结构的合理性。 电力系统可靠性评估从分析的对象来看，主要分为元件级和系统级两大类。 掰从评估目的来看，则可分为如下两类：一是对系统可靠性进行定量评估，即 可番作是认识世界的过程；二楚在可靠性定爨评能的基础之上，进一步分析在 运行调度中如鹰应对风险、合理决策，群是一个如何改造世界的过程。 恕力系统运彳亍风验评估是基于对电力系统的概率建模及统计评价，为调度 莘畦管理部门从整抟秘宏观上提供评价咆力系统风除牲豹定整分橱工具与决策手 段。 美阑电力科学研究院从2 0 0 0 年开始，将运行w 靠性作为重要的研究支持方 向之1 1 一。阑辨研究人员最近提出并引起关漶的电力战略防御系统，将是未来 调度帮f j 防御电力系统灾交的新型系统，而运彳亍风险评佑刘怒该系统得以实现的 一个重簧基硝条 串。依阿华喇立大学在2 0 0 3 年发表了该研究方向上的蓄批研究 论文e 7 】嘲。 卜1 国内外研究情况 国外自六十年代束开展输电系统可靠性分板礤究以来，层前主要发达图家 搿展的输电系统可靠性分辑研究主要集中在充裕度研究方鬻，褒安全度方蘑的 浙江太学碗士学位论文 第一掌缝论 研究和应用较少。充裕度主要是评估稳态条件下输逛网满足负荷要求的能力， 两安全度主要是评估输电网承受故障扰动的能力。 霞前输电系统哥靠性分析研究从计算方法士主要宥模拟法和解析法。传统 的解橱法鲡网络法、故障树法、状态空涸分解法等由予不能适应大型缀合系统 的诗舞嚣要，逐步被模拟方法取弼代之，如基予蒙特卡罗抽样方法的序贯仿真 和肄序贾仿真算法。模拟法( 滟n t e c a r l o 法) 是利瑶对系统状态运行过程的 对净模拟仿真来计算输电系统的可靠憾指标。该方法在欧洲比较流行，其优点 建可以较详细的模拟系统的远行过程和系统事故的处理过程，缺点是计算量较 大。解析法是相对于模拟法而畜，主要在北美流行。它祷系统可能的运行状态 构成状态空翊，系统的运行描述成在此状态空闯作随机转移的过程，通常表示 成齐次马尔褥夫过程。状态空润法由予存在组合爆炸的溺题，而通常耍对其进 行晦阶处理。降阶的方法有状态截取法和状态合并法。 输电系统可靠性分析从评价指标体系上主要可分为确定性指标和概率性指 标。确定性指标通常是指系统在给定运行条件下的工作能力，如最大荷载能力 ( m a x i m u ml o a ds u p p l y i n gc a p 幻i l i t y ) 以及通常稳定计算中的稳定与否都可 遗称为确定性指标。概率性指标是考虑系统运行过程中的随机性( 输变电设备可 能密瑗的缒机停运或故障) 来评价系统遮行可靠性，如系统失负荷概率( l o s so f l o a dp r o b a b i l i t y ) 。 国内系统避开展输电系统w 靠性研究起于8 0 年代初。在输变电设备的可靠 髋数据统计工作方面，国家电力公司电力可靠性管理中心长期从事这方面工作， 积累了大囊的统计资料和数据。配电系统可靠性研究开始于二十世纪六十年代。 避四十年来，世界各国，特嗣是歃美及臼本等技术轿发达的国家都普遍开展了配 电系统可靠往的研究和应用。注意和强调了配电系统w 靠性指标、评估方法、数 据j 芟集与积累、可靠性管理以及可靠性与积极性的协调等诸多方面豹研究，取缮 了大最成果a 配电阏结构曰趋含理；在信息技术和自动化技术的基础上发展配电 系统综合自动化，不断提高和改善供电质量和供电可靠性。目前，配电系统可靠 性已达到了相当高的程度。 国内从八十年代初期开始了配电系统可靠性研究。收集与积累了相关的一些 数据资料，并进行了统计分析；对配电系统可靠性评值的计算方法进行了研究并 纾发出计算程序，鞭褥了一些王程廉用成果。近年来，配电系统可靠性管理受到 2 浙江文学硕士学位论文 第一章绪论 电力部门豹高度重褫。供电企业在刨一流企她“达标”的同时，把配电系统可靠 性数据指标及统计分析结果用于攒导电力生产建设，取褥了成效。然两，从总体 上讲，鼙蘸国内配电系统可靠性的水平与国踩上先进的工业国家穗比，尚有一定 的差距。 由予我国电网的主网絮尚处予发展阶段，输电线的热容量_ 摹日输电线的稳定极 隈二者差距缀大，限隶输电线输送容鲞楚其暂态稳定极限。匿内研究发电和输电 系统可靠性程序的单位如中国电力科学研究院、清华大学、冀庆大学、华北电力 学院、落安交透大学、合l 爨工业大学等，开发了一些霹靠挂分柝程序，基本上都 是一些研究性程序。所以总游来说，我国的电力系统可靠性评估闷题仍处于研究 阶段。由于计算参数和管理制度不问，因此需要在研究国外经验的基础上自杼开 发媚应的可靠性评估系统。 运行风险评依是在电力系统可靠性研究发展过稷中逐渐形成的独立的研究 分支。豳内自2 0 毽纪9 0 年代开始研究发输电缎合系统可靠性评估，清华大学、 西安交逶大学、合肥工业大学研究的相关理论与软件大多是面自规划设计部门送 行的，所给出的l 乩p 嗣e e n s 等指标往往都避以年和月为单位，然而面向调度部 门的可靠性研究与应用在国内外都非常少见。 1 2 存在问题分析 综合以上分析，总体看来，运行风险评估的研究在国内外均刚刚起步，在建 模、算法和指标评价方联均存在一定豹趣题，可归纳为以下凡方面： l 一2 - l 建模方面 对系统运行状态的定义及划分不一致，有的将系统划分为正常，预警，紧急， 极端紧急，待恢复状态5 个状态，有的在l 迦纂础上热入了羯部留受蒋、非经济调 度和可控制的切负荷等三个状态，还有的在此基础上加入了稳定，不稳定，系统 崩溃等，有的则试图究全采用经济理论来刻画电力系统的风险状态。状态划分的 不一致，就无法定景计算摧途这些状态的熙险指标。 l - 2 - 2 算法方面 个麸间的问题是原来的算法完全是面向撅划设计部门的，与调度的实际运 行楣去甚远，调度部门难良接受。舅外，采用综会措施提高算法的效率也是需要 薰点研究的关键问题。 浙疆犬学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 。3 风险指标方面 现有的评价指标主要是露向电力规划设计部门的，避步研究瑶向电力调度 部门的指标的定义和计算方法。需要建立一种既能反映系统问题本质，又具有实 黼指导意义，并为调度部门所接受的指标体系。 1 2 4 应用方面 现有的研究在支撑平台和决策分攒方面研究穆极少。对于调度运用霞言，支 撑平台并非是能够做到无缝连接的，支撑平台方面的研究工作是运行风险评估真 正为实际部门运用所不可缺少的科学技术环节，不宣竞全忽略。另外，在定量获 得运行风险评估的结果后如何为调度运行人员提供决策支持，也是当前研究工作 所欠缺的内容。 1 3 课题需求分析 对电飚珂靠瞧湃佶系统建设的需求主要来自两个方霭：一是在电力市场的 激烈竞争中，电能质量和供电可靠性是供电众业赖以生存的基础，供电企业都 希塑其电力系统运行在一个可以接受的可靠性水平下，以尽可能低的费用商用 户提供电能。二是我国电网已经步入大规模电网、超高压交直流输电、跨大区 联潮豹对代。电网豹怒翔和运行也越来越复杂，仅依靠经验i 琵难对电力系统的 可靠性作出科学、系统和全面的评估。因此开发实用的电力系统可靠性分析程 序显褥+ 分必要。 早在电力市场化改革之前，电力调度部门就已经提出了如何量化电力系统的 运雩亍风险这一问题。叛我国告林省的享满一李祗寨输电线路为倒，基于经济性考 虑，在丰水零节需要大发水电时，线路往往会出现超载的情况，此时调度部门就 非紫需要进行线路以及电力系统整体的风险安全评佳，数便协调收益与风险之间 的关系。当时的协调工作还仅仅是在电力系统内部垂直管理的体制下提出的需 求，并不牵蒎翻各方覆的乖慈冲突。 随着电力市场化改革的推进，电力市场各经济实体在电力市场环境下的独立 经鬻，产生了很多新的可能会带来风险的困素：各经济实体的投槐行为、岛外区 域之间出于经济而非安全目的的电力交易增多、电价对负荷的影响、各经济实体 之闽的竞争行为、违约及连镁违约行为、信息不完全等等。由于电力商品的供需 需要实时平衡等特点，经济性质和技术性质的不确定性因素的影响往往会祸合在 4 浙江丈学硕士学位论文第一章绪论 一嫠。在这种大环境下，无论是供大予求还是供不应求，调度员每天需要逆 行决 策的次数会越来越多( 根瓣美国2 0 0 0 冬的统计，美国菜些区域豹电力交荔合蔺 数槎4 年内增长了4 0 0 ) ，而盈，调度员的每一步运行操作都涉及到安全饿和经 济性的滴题。因此，调度中心就不褥不颓及到各方瑶豹经济嗣益，两如何在经济 性和安全性之间进行协调其有相当大的挑战性，传统的慕于n 1 躐者n 2 的确 定姨的安全鄂佶方法出于难以计及攀俸发生帮受荷交纯麴不确定性，穰难适应竞 争激烈的市场环境。为了让运行调度人员知道每个决策可能承担的风险、并在风 险鞠l 殳益之间进行抉择，逡切需要对魄力系统豹运学安全性逐行基于风陵的评 估。 另外，当前我鬣持续的高速经济增长使得缺电和电网重载等现象j 常普遍 ( 去年2 2 个省缺电，2 0 0 4 年前4 个月多于2 4 个省缺电) ；以及相继发生的国际上 的大停电等则更避步促使中国电网调度部门加大了对分析电力市场环境下技 术性、经济性扰动所导致的电嗣安全风险的需求m 。 卜4 研究内容和重点 基于电网可靠性综合评估的辅助电网决策系统主要面向调度部门，在完成 对可靠性科学原理、调度自动化技术、实际部门运营譬理分柝的纂础上，采用了 基于“问题优先”( p r o b l e m o r i e n t e d ) 的研究思路，依次研究了运行风险评估 的闽题界定、基础分橱、功能定位和算法设计4 个方面的闯题。其重点是有选择 性地继承、发展了可靠性和调度自动化的研究成果，提出遮用非序贯蒙特卡罗仿 真和层次粕关系的电网模型进行状态选取、运用动态潮流进行概率充分性分橱； 通过将调度a c s 和可靠性研究思路结合，定义了瑚向调度的运行风险指标。在对 数据的整合上，提出采用c 删c l s 豹系统集成方法，提赢了系统的兼容技和可 扩展性。最后，完成了w s e c 9 和e e 3 9 标准国际节点系统算例分析和褒佥华 电网在线2 4 小时实际运行分橱。 本论文所研究的内容涉及电力系统概率分析中的关键和前沿问题。从事这项 研究，对深入媳探讨魄力系统匿有的随机特性、瓿理，提出有效的评价方法并建 立全面系统的风险指标有比较璧要的科学意义。同时，研究成果可为电力系统提 供一糖较为有效的分析方法和手段，测定程应鹣防范弱改进措撬，提高电力系统 运行的安全性和可靠性。 斯江大学硕士学披论文 第二章基于电网可靠性练食评佑的辅助决策系统 第二章基于电网可靠性综合评估的辅助决策系统 2 1 技术背景分析 从系统工程方法论的角度来讲【1 4 】，不成当将运行风险评估的研究仅仅番传 是一个孤立的、静止的、缝理论的问题，宅与科学原理、技术支撵鞠实际部门麴 运藿管理的基础紧密樱关，如下图所示。 圈2 1 斌行风险评估实现静基础 2 一l l 、可靠憔科学藤理的研究纂穑分桥 酾内外鑫六十年代开展输电系统豹w 靠性磷究以来，经过国内外广大可 靠性研究专家和学者的共同努力和深入研究，在可靠性的檄率安全性、概率充裕 度戬及综合评估方掘都取搿了穗当的理论成巢，并在实践中获得了验证，也为电 黼鼢运行风殓评估工作奠定了较好科学藻础方面蒸础。参觅附录。 2 一卜2 、调度自动化方面的技术基础分析 计算机技术的发展为e m s 国粥一体化支撑平台的实现奠定了基础。 e m s 国t s 中确定型的窀网分析功能已缀直接为调度积常工作所使用，这为概率 型运行风险评估功能提供了技术上的支撵平台。 2 一卜3 、实际部门遮营管理的基础分析 2 一卜3 1 在规潮设计部门运用对会遇到可靠性科学原理以外的困难 在现实的实际工程应用中常常遇到的困难是：在规划设计工作中，可靠j 脞仪 仅是诸多要考虑的瓣素之一。例如在规划辩，必须要考虑建设资金、地质、维护 条件、怼机场和毫台的于扰、征地的可行性、防洪、供水、防污秽、各方面的经 济利益，甚至职工生活条件( 如子女上学、医疗卫生设施) 等等多种因素。而这 些因素往往会对整个规划工作的寻向产生决定性的影响，使褥理论上十分重要的 可靠憋研究工作无法对决策产生决定性的影响，即不是最关键的那一“梁”。 2 一l 一3 一z 全国范围内调凌部门高度重视元件可靠傲及其它问题 浙江丈学硕士学位论文 第二章基于电霹可靠性综合评售翦辅助决策系统 从全国范塑内来讲，栩对觌划设计部门藤言，睡蓑调度部门在执行输变电 设施可靠性评价规程等规范的过程中，对元件可靠性给予了高度重视，这对一 次和二次设备本身的运行管理和质量提高起到了良好的推动作用。 但是当前随之产生的另一个阅题，是主管部门过于强调对“元件靠挂”碾 非“系统可靠性”加以重视，出了事就处分裔关领导干部、技术骨干，使得很多 人一听“可靠性”就头疼，这反而制约了可靠性评估这种工其的运用。 实际上元馋可靠性始终是一种无法“消除”的窖残存在。键如从实际运行的 经验来看，电网继电保护的防误幼和防拒动始终是一对不可调和的矛盾。目前现 场的办法是根据1 0 1 6 个运行方式进行整定，然后在线根据情况人工拨轮来进 行选择定值单，蒡没有蛮弱地追求防扼动的高速度( 在线路过负替等异常运彳亍状 态下往往会带来误动作的恶果) 。在工程实践中，并不是采取完全百分之百的极 端防拒动措施，而大都以电气和机械的双重化来防搬动，以“三选二”( 即n 选 n l 表决麴方式来爨谡动，刹甩压各保护实现挺动后对效漳豹鞴离。 对于调度部门而言，运行风险评估的研究即可以提供决策工舆，也可以更加 客观的态度对待元件可靠性的统计工作，充分运用可靠性评估这类“武器”来保 瘴调度安全。 2 2 系统建设目标 输电网运行风险评估系统建设的总体目标是保证电力系统的运行风险降低 到希望水平，最主要的目标有如下3 个方面： 1 保谨毫力系统的充裕度，即以合格的质量连续地向翔户提供所需的电力 和电量。 2 保证电力系统的安全性，采取措施使系统能经受往偶发事故而不必削减 受蕊或停电，并避免对系统和元件造戏损坏。 3 保持电力系统的整体性，使得即使是很严重的偶发事故也不致造成电力 系统的主要部分不可控的解列。 2 3 基手穰网霹靠性综合评语的辅助决策系统 按照钱学森同惠所创造盼系统工程思想【1 4 】，将会动态地、有联系她恕输电 网运行风险评估系统与调度中心已有的信息系统，建设成为一个普遍联系的整 体，它们的作用是共同管理好电力系统这个已经客观存在的物理系统，如下圈所 浙江犬学硕士学位论文 第二章基于电网w 靠性综台评估的辅助挟镱系统 不 强：* 2 运行菇蹬评位系统静建设 靼对实际电网利用可靠性预控管理系统统计出元俘和用户驰可靠性指标，电 网风险评估系统与调度s c a d a 系统和配网6 i s 接口，综合电网的电气参数和拓 扑关系，对电网进行系统的风除评估，并依据评估计算甾的可靠性指标体系对系 统的状态进行判断，然厝在风险评估和系统状态判断豹基础上对系统的运行调度 进行风险评估辅助决策，通过调度运行部门使调憝后的系统运行风险更低，最后 对调整藩豹系统邋行下一轮的风殓评假，形成 l i 环的风险评售系统。 8 浙江大学硕士学位论文 第三章核心算法介绍 第三章核心算法介绍 算法设计特点： 有选择性地继承面向规划的电力可靠性研究成果。在状态选取时运用非 序贯蒙特卡罗仿真进行状态选取，避免了文献】( 8 】重复可靠性研究工作初期故 障枚举法缺点的问题。 有选择蛙造继承调度蠡动纯豹研究成栗，这些调度自动毒匕领域的研究方 法尚未见报道用于电力可靠性研究工l 乍。 在状态选取方面，本文分析了不能全盘照搬传统可靠性研究方法的原因， 提出采用层次加关系的电网模型进行可靠性元件纛模； 在状态分析方面，为反映调度的实际情况，本文提出运用动态潮流进行概 率充分性评信。 在风险指标定义方面，文献阴稻】所提出豹风险指标出现了a c s 研究初期的 “遮蔽”问题，并且由予未继承可靠性研究的成果，没有对功率不平衡最进行度 量。本文将调度a c s 和可靠性研究的恩路结合起来，定义了面向调度的风险指 标。 3 1 运行风险评估与可靠- 陛研究之间的关系 当前v i t t a l 和m c c a l l e y 领导的运行风险研究从分析的对象来看，主要分为 两大类：( 1 ) 元件级主要研究的是架空线路和变压器。( 2 ) 系统级主要研究的是 基于风除豹安全域分析、暂态稳定评估、电压稳定评估和最优潮流。1 9 9 9 年v i t t a l 和m c c a l k y 在文献网中对这些j 爨究工作进行了综述。 旦前国葬器上如憾开晨风险评估的研究工作逐存在羞广泛的争议。铡如在 v i t t a l 和m c c a l l e y 自己的论文中，2 0 0 2 年之前研究工作的主要创舞点都是试图 采用经济代价来对元件和系统的运行风险进行量化表达，但在2 0 0 3 年的文献中 却又放弃了这种观点，提出运行风险不成该用经济性指标来表达。 可以看出，v i t t a l 和m c c a h e y 的研究思路是想将风险评估的研究方向建立 在经济学耜传统电力系统分柝方法( 如暂态稳定计算、最优潮流等) 的基础之上， 主要采用的是“解答优先”( s 啦硅t i o n o r j e n t e d ) 的研究葱路，其缺点是为了“完 全憔的创新”丽尽可能避免与原有的可靠性、调度自动化研究相交叉，以至于在 诸如状态选取等方面走上了可靠性研究工作初期故障枚举的老路、强风险指标定 9 浙江大学硕士学位论文 第三章核心算法介绍 义方面产生了调度自动化自动故障选择( a c s ) 研究初期的“遮蔽( m a s k i n g ) ” 缺陷等问题。 本论文采用基于“闯遴优先”( p r o b l e m 一蹦e n t e d ) 的思路，依次研究了运 行风险评信的润鼷界定、基看i | 分析、功能定位秘算法设计4 个方面豹闫鼹。其重 点是有选择性地继承、发展可靠馊和调度自动化的研究，更好地完成现代能量中 心的调度任务。 本论文认为，应当将运行风险评估问题看作是对电力系统的概率建模及统 计评价，为调度部门提供电力系统随机性的定量分析工具，这与传统电力可靠性 所要解决的根本问题是一致的，其主要诞剐之处是运行风险评估筒向的是调度部 门，传统电力可靠性主委面向的燕规划设计部门。这可戬遥过本节的分析来褥出 该结论。 运行风险的基本定义是：“对电力系统面临的不确定性鼹素，绘出可能性与 严重性的综合度量”。运行风险基本算式是： r 妇七( 墨，) = p r ( 巨) ( p r 呱，ji z u ) x v ，墨，j ) ) ( 1 ) 其中： 爿“是t 时间的运行方式，盖“是第j 个可能的负穗水平， p r ( 盖“ix 盯) 是t 时间出现x q 负荷水平的概率，p r 口；) 是第e 个扰动出现的概 率， & v ( e ，x 。) 是在第j 个负荷水平下第i 个扰动发生后系统的严重程度。 而电力可靠性的基本定义是：“电力系统元件、设备和系统在规定条件下和 规定的时间内，完成规定功能的可能性”。发输电组合系统可靠性评估最基本的 表达式如( 2 ) 所示 ( 盼2 蠡p ( z ，) + f ( z r ) 2 其中墨一 。x 。，z 。) 是状态空间q 中的第i 个系统状态，其联合概率分 布函数是p ( x ；) ，指标函数为f ( 鼍) ，它可以表示概率、功率、频率、切负荷爨等 指标。枚举状态空间q 的所有样本后得到的就是可靠性的期操值e ( f ) 。 将运行风险的表达式( 1 ) 与电力可靠性表达式( 2 ) 进行对比： 式( 1 ) 中的p r 但t p r u 署“) ) 即是式( 2 ) 中对应于状态空闻q 1 0 浙江大学硕士学位论文 第三章核心算法介绍 的p ( z ：) 另一种表达方式； 删 式( 1 ) 中戆跏( 罨，盖“) 即是式( 2 ) 中的f ( 鼍) 的舅一种表达方式； 可以番出，从应用数学全空阕认识的角度来看，数学抽象后瓣表达方式( 2 ) 与 ( 1 ) 式除了对系统状态空间q 的表达方式不同之外，所要瓣决的模型化后的根 本问题是一致的。 3 2 运行风险评估的功能定位 运行风险评估应当架构在e m s d t s 一体化支撑平台上，提供电网的系统可 靠性信息，与e m s 仍t s 其它的功能一起，由调度员和运行方式人员来对电网实 施随机性的“分诊”功能，如下图所示。 运行风险评估 e m s d t s 夕 原有 南南南南 高级 国国国国 应用 功能 蕊s d t s 一体亿支撑平台 匿3 - l 运行风险评估与e m 翻疆s 的关系 本文将这种“分诊”与“会诊”的机制用系统工程原理 1 4 来鳃释：e m s d t s 的调度员潮流等功能，麓借助于各种数学模型，对电力系统这个唯一存在的物理 对缘进行分析。而从根本上讲，数学模型本身是属于“封闭的系统”，丽运行着 的瞧力系统却要受至l 工她生产、天气变化等许多因素的影响，即是一个“开放的 系统”。用数学模型这秽“封翔系统”去模拟电力系统这个“开放系统”，只 能怒做到尽量地近似。裁此，调度人员只有获得各方蘑的有效近似信息，才能尽 可能地去“逼近”电力系统真正完仝真实的状态，运行风险评估给比的就是其中 的一类新的“分诊”信息。 调度部门的工作人员在臼常运行方式安排时，可以将运幸亍风险评估作为另一 类的“分诊”工具，对历史断面和预测断面进行风险比较和分析： l 、在大发本电时，定量评钴发电出力变化对系统运行风险豹影响； 2 、在分区分轮控阕限电时，定量分柝不弼的拉阐浆奄方寨对系绞运 浙江大学硕士学位论文 第点章辕心算法套绍 行风殓的影口向； 目前国内许多线路的自动羹合闸装凝都可经过切换实现单相羹舍阐、三相羹合闸 和综合鬓合闸( 遴常分捌称为单垂、三重和综重) ，运行方式人员需要从系统运 行的角度给出所“倾向”( 实际工作中还要考虑嫒件上保护逻辑回路的配合等润 藤1 采月的重舍辩方式，蕊利用运行风险评估则可以对不同的熹舍闸方式绘出系 统级的定蟹评估。 3 3 面向调度运行的基本算法设计 运行风险评估的主要蔓作就是要给出发输电组合系统的可靠性分：瞬，霭发输 电组合系统评估的流程主要由状态选择、状态分析与计算可靠性指标三大部分组 成，在这三大部分流程中，面向规划部门的可靠性软件所采取豹办法并不能直接 照搬刘运行风险评估上来，下面就这三大步骤来分剐进行研究。 3 3 1 、灏向调度运行的状态选取 状态选择步骤中最主要的内容是状态选取和元件建模。本文在状态选取 中继承面向规划可靠性的研究成果，运朋非序贯蒙特卡罗仿真进行状态选取，其 优点是计算速度较快、占用内存小、适用于研究特定的运行方式状态。但是，元 件建模时则不能照搬传统w 靠性的方法。 ( 1 ) 掰向规划可靠性的元件建模方法不适用于调度运行 目前的可靠性算法中，元件建模的方法基本上都是“支路一母线模型”，这 在规划设计部f 作为近似分柝时是w 以的，但船巢应阁于调度部门会与实际情况 商较大差距，不能简单照搬使用。 下面对其中具有代表性两种方法进行分析。 ( 1 ) 第一种方法是分两大步，先采用主接线霹靠性算法单独算出各个交毫 沾的主接线可靠性数傣，然后在进行系统可靠性谱估时，在故障时对变奄站的处 理是“整个主接线作为一个电气连接点”，完全不考虑保护、开关、自动重合演 的动作情况( 更不考虑它们的不正常动传) 。另外，这种将琵荦申产生故障序列竞 全不阉的办法一基于状态空间法的主按线和基于序赏蒙特卡罗仿冀系统可纛牲 评估分两大步囊接“粘接”在一起，其机理的证明还有待进一步研究。 ( 2 ) 第二釉方法较之第一秘方法优点是可以考痣保护和开关的不芷常动 作。但是它在定义结点时所携带的电网傣息不是非常充分，对保护和开关等模拟 溃江大学硕士学位论文 第三章核心算法介缨 时采焉了近似的办法，即一旦开关或保护撵动，都意接叛开与之棚连的所有断路 器，用下图说明其缺点。 j _ l 号线路 2 号线籍 i 表示开关开 开关e开关 蓬3 0 故障嚣露戆豹状态 如果2 号线路上发生瞬时短路，第一种方法认为不区分开关c 处是主保护 拒动还是开关拒动，开关b 、c 一律都会直接跳开，即出现图3 - 2 所示的状态， 负载a 、b 均停电。但是在实鞲调度部门，只毒在开关c 上主保护芷确动作愿开 关拒动时才会出现图6 所示的情况；如果开关c 上主保护拒动，远后备保护会 跳开开关a 和f ，然后实现自动蘑合闸( 如三重方式) ，在瞬时颓路后可以实现 对负荷的正常供电，即图3 2 中的开关b 和嚣是会上的。 3 3 2 、面向调度运行的层次加关系元件建模方法 本文提出运用调度自动化领域的层次加关系的电网模型来进行可靠性的元 传建模工作，可以较为方便鞠快速地避行开关拒动、母差保护攫动等情况居的毫 网分析。 3 3 3 、面向调度运行的状态分析 状态评估包括概率稳定性帮概率充分性分析鼹大部分。目翦概率充分性分析 大都基于直流潮流或交流潮流。本文进一步提出，为了与调度实际情况相符，纂 于动态潮流进行概率充分性评估：在抽样后系统产生功率缺额的情况下，由指定 的发魄抚共圊承担不平衡功率，并考虑系绞频率帮功率不平餐量之竭的关系。这 种方法实质上是继承了调度自动化领域d t s 的研究成果。 3 4 面向调度运行的风险指标 3 4 1 、传统可靠性的e e n s 指标和v i t t a l 所提的风险指标不适用于调度运行 发输电组合系统可靠性评估耀得较多的是e e n s ( 窀爨琴足期望僮) 指标， 即用有功校正来模拟元件故障后的电力再调度过程。在规划设计工作中使用 e e n s 的好处是：运用“单位缺电成本”的概念可以算出戮黼s 对应的系统缺电 成本，这样就可以鼗系统缺电成本和投资之间遴行权衡。 但是调度员的电力再调度工作是一个相当复杂的过程，远非有功校难模型w 浙江大学硕士学位_ 轮文 第兰章棱心算法介缓 以模拟。即使是在规划领域，蠢劝校正模型孛不霜的曩标函数也会算出不同的霹 靠性数值结果。因而t a l 提出的“不模拟调度员的行为( 即不使用e e n s 指标) ” 的原则是合乎调度要求的，但是由于该文在其体运用该原则时却有两个问题： 没有继承可靠性磺究鹃成果。传统妁e 王潍s 拯标描述的是功率不平餐襄线 路过载、电压越限三方面的严重程度。因而运行风险指标也要这三方面进行度量， 而t t a l 文献【7 】f 8 】却没有对功率不平衡方面进行度最。 在运行风险捂标定义时，重复性遗导致了谣度自动他领域a c s 掰究初期 的“遮蔽”缺陷。文献【刀【8 1 所定义的严重性指标都是形如 x ；的表达，其中麓 是状态量( 如支路潮流或电压) ，x ，是其上限。对于调度部门这种指标的缺点在 予，系统中商许多小越限情况会与其有一个太的越限情况的严重指标不相上下。 例l 以玎e e e9 节点系统的6 条线路为铡，若工况l 时6 条线路潮流越限 2 ，工况2 时1 条线路潮流越限1 0 、其余4 条线路潮流不越限。采用文献 刀【8 】 掰定义的严璧牲指标计算( 从调度运行来讲，工况2 要更加严重) 。 解：为了提高可读性，本文用文字表述托畦所定义的线路避载严熏性表达 式 线路过负荷严戥指叫黼菩负裳嚣黼( 3 ) 若按此式计算，工况1 的严重指标为6 0 0 2 ；o 1 2 ；工况2 的严重指标为 l o 1 0 ；o 1 0 ，即从计算结果上祷工况1 的情况反丽更加严重，邀与调度的实际 经验并不一致。 3 4 2 、面向调度运行的可靠性指标 本文提出在对概率充分性进行表征时，运月以下两方面的指标来给出( 1 ) 式中隧机扰动压的& v ( 量，x 。) 定义、也即是可靠性定义( 2 ) 式中的指标函数 f ( 置，) 定义。 ( 一) 表征元件越限的风险指标 线劈遭受荷的线路过载风险据标；过负荷风陵r a l ( 幽a d 班n er i s 鹞； 物理母线电压过高风险r n ( 雎g hv o l 协g ev i o l a t i o n 硒s k ) ； 物理母线电压过低风险r l w ( l 0 wv o l t a g e o l a t i o nr i s k ) ； 为了增强本文可读往弱节省篇睡，下匿用文字给融风险指标中的计算公式。 1 4 潦江大学颈士学也论文 第三章核心算法介绍 第i 条线路( 藏物理母线) 潮流( 或电压) 过高( 或避低) 风验的v ( ，z “) = j ( 器) 2 m 黼( 或物理母线f ) 潮流( 或电压) 越限 【o 线路f ( 或物理母线f ) 潮流( 或电压) 不越限 系统的潮流( 或电腱) 风险；艺第i 条线路( 或物理母线) 对应的风险 ( 4 ) 在( 3 ) 式中，上标m 可以选任一正整数以解决例1 所示的“遮蔽”缺陷， 这里实际上继承了调度领域a c s 研究早期克服这一缺陷的思路，即“放大”元 传越限情况，越越大则“放大”差异的话数也就越大( 但是m 过大也会毒数馕 累加不便方蕊的问题) ，本文取l n = 1 。( 3 ) 式较之文献阴 8 】的优点可以通过下面 的例2 来说明。 倒2 计算条件同侈| il ，采愿本文联定义的严重性指标计算。 解：工况1 的严重指标为6 ( o 0 2 ) 2 0 0 0 2 4 ；工况2 的严重指标为 1 ( o 1 ) 2 = o 0 1 ，即从计算结果上看工况2 的情况更加严熏，这与调度的实际经 验一致。 ( 二) 寝征拓扑岛功率不平衡的风险指标 活岛频率越限指标，分为： 滔岛颖率过齑风险r h 即( 残醢f 兜q 珏e n c yv i o l a t i o n r i 呔) ； 活岛频率过低风险r l w ( k l wf r e q u e n c yv i o l a t i o nr i s k ) ； 第i 个活岛频率过高( 或过低) 风险的& ，( 量，置“) 一j ( 鬻) 2 “ 第i 个活岛频率越限 【 o 第i 个涵岛频率不越限 ( 5 ) 系统活岛的频率过高( 或过低) 风险= 第i 个活岛对应的风险( 6 ) 死岛失负荷期望值 死岛有功失负祷期望值跏k s ( e x p e c t 醛a 娃i v ep o w 髓n o ts u p p l i e di nd e a d i s l a n d ) ： 死岛无功失负荷期望傻e r p n s ( e x p e c t e dr e a 甜v ep o w e rn o ts u p p u e di nd e a d i s l a n d ) ： 系统死岛有功( 或无功) 必负荷期望值= 第i 个活岛对应的失负荷量 ( 7 塑坚奎兰堡主堂些整壅 墨三兰堡尘墨i ! i 堕 3 5le e e 国际标准系统算例 用c 语言编程实现了本文的风险评佳算法。本节先利用如图3 - 3 所示规模较 小的w s c c9 节点系统进行研究，其重点是运行方式人员和调度员如何逛用运行 风险评估进行定量分析。该系统中的元件总数较少，可以较为清晰地分析相关结 果。 国3 - 3w s c c 9 节点系统 为了进行不间系统的对比，还利用m e e3 9 节点系统进一步研究了软件速度等方 面的澜题。 3 5 一l 、w s c cg 节点系统算倒 补充的原始数据包括：为了便于比较，统一假设元件可靠性参数，发电机 f o r ( 强逮停运率) 为o o l ；输电线路f o r 为o 0 0 1 5 ；交压器r 为o 0 0 5 ； 物理母线的短路f o r 为o 0 0 1 5 、瞬时短路占念部短路故障l o ；线路有功潮滚 上限为8 5 m w ；各电压等级的开关、母麓保护、失灵保护、线路主保护拒动概率、 鱼动羹合瀚故障概率均为o 。0 1 ；另外，近看备保护动作对阗为o 5 s ，远詹备保护 动作时间为1 0 秒，主保护i 段保护全长的8 0 ，i l 段保护全长的1 4 0 。所 有母线均采阁单母线方式；所有自动重合闸采用中国东北电力常用的单相故障三 跳三合、多樽故漳三雾b 不合方式( 实际工作中常简称为“特重方式”) 。抽祥次数 为1 0 0 0 0 次。 将以上计算条件作为待比较的基本方案1 ，表4 1 1 给出了方案1 的系统风险指 标。 表3 1 方案l 的系统敲验指标 计算方案 p l 0 sr o lr h wr i r v vr 邓 l王 o 2 ，7o o 主7 1 6 4oo o ，抒5 5 8o o o 0 0 1 2 e a p n se 时n s 装柳 ( m w )( 删 浙茳大学硕士学位诧文 第三章接心算法介绍 3 5 1 1 、调节发电出力对系统风险的影响 为检验发电出力对运行风险指标豹影响，设计了以下计算方案： ( 1 )2 号发电机增加2 0 m w 出力，为方案a ； ( 2 ) 2 号发电机增加4 0 m w 出力，。即以2 0 m w 步长加两倍的出 力，方寨b ； 表3 。2 给出了调节发电出力对系统风险指标的影响。 表3 2 调节发电出力对系统风险指标的影响 诗算 p sr o lr l w r h f v r l f v 方案 a o 0 0 2 8o 0 3 8 4 5 9o 0 2 7 5 90 0 0 0 0 4 50 0 0 0 1 7 7 p o 。0 0 3 7o 。l o l 7 9 lo 。0 2 6 7 s 80 0 0 0 2 3o 0 i 6 4 从表3 1 和表3 2 的对比可毗看出，2 号机以2 0 m w 为步长加出力，第次增加 对系统风险的影响较小，而第二次增加会对系统风险产生较大影响。进而运行方 式人员可以根据历史上系统风险数据的定量对比，确定出力弱调节量大小，以代 替目前凭经验确定的办法。 3 - 5 _ 1 2 、不同拉闹限电方式的风险评估定量分析 ( 一) 酋先评健在弱一变电蛄中，不同的受荷羧毫方案： ( 1 ) 1 号变电站拉间限电1 0 的负荷，为方案c ( 负荷变化詹，发电机出力 按特性系数自动重新调节，下同) ； 2 ) l 号变电站拉闻限电2 。的负荷，为方案d ； ( 3 ) 1 母变电站拉闸限电3 0 的负荷，为方案e ； ( 二) 然后评估在不同交电站中，相同薰的负衙限电方案： ( 4 ) 与方案e 对比，在2 号变电站内限电弼样数量的负荷，为方案f 。 ( 5 ) 与方案e 和方案f 对比，在3 号变电站内限电同样数量的负荷，为方 案g 。 表3 4 不两限电方案对系统斑硷指标的影响 l 计算 魏o sr o l袋l v v r n ，r l i 方案 1 7 塑垩查堂堡圭堂垡笙塞 苎兰兰塾生蔓堡! 尘曼 co 2 70 。0 王2 7 6 8 0 0 2 7 5 1 l o o o 1 5o o o o l 6 8 do 0 0 2 6o 。o 1 0 4 3 7 0 。0 2 8 0 4 10 o o 5 3 o 0 0 0 1 4 6 e o l 0 0 2 50 瑚8 2 5 3 o ，0 2 8 0 0 2o 0 0 0 1 6 l o 。o 1 1 8 fo 0 0 2 6 o 0 1 2 8 8 2o 。0 2 8 2 1 3 o o 0 0 1 3 7 o 。0 0 0 1 2 3 g o 0 0 2 7 o 0 3 0 3 30 0 2 7 9 4 7 0 o 0 0 1 2 30 o 0 0 1 2 5 见，随 着对负荷限电量的增加，失稳概率等部分风险指标会有所下降，这与拉闸限电保 证全网安全的出发点是一致的。但是： 由方案1 、c 、d 、e 的对比可见，随煮对负荷限电量的增加，母线电压过 低风险r l w 先是下降，然后会上升，两系统频率过高风险辫则会不断增加。 这是因为计算方案是负荷变化霜发电机出力皇动重叛调节所致，因丽在受稽限电 量较大时，运行方式人员应当陶时确定发电出力的调节量。 由方案e 、f 、g 的对比可见，在3 个不同的负葡点提前拉闻棚同的受楚后， 并没有哪一种方案可以使失稳概率p l o s 、线路过载风险r o l 、电压过低风险r 。w 等指标同时都是最低的。因此，不同的拉闸限电方式很难保证疑有方嚣的风险都 是最低的，只自g 是重点考虑其中的某个方厦，而这与现场实际调度的经验也是一 致的。 3 5 1 3 、不同自动重合阑方式对w s c c9 节点系统的风险评估定量分柝 作为与基态采用东北特殊重合闻方式的对比，分别设计三秘不同方案： ( 1 ) 全部采用单重方式，为方案h ； ( 2 ) 全部采用三重方式，为方察i ； ( 3 ) 全部采用综熏方式，为方案l ； 风险指标的计算结果是采用单重的方案h 与特重的方案1 风险指撂相弼，妇表1 所示。丽采用三重方式的方案i 与采用缘重方式的方案j 风险指标楣同，壹e 表3 4 所示。 表3 - 4 不霹皂动茧台莉方式对、v s c c9 系统菇陵指标的影响 计算方 譬a p n se r p n s p l o sr o lr l v vr l f v 案( m 呻( m v a ) o ，0 1 6 1 6o ，0 2 7 2 7o 0 0 0 0 lo 0 2 0o 4 9 1 5 1o 1 8 0 7 4 i 和j o 0 0 3 3 32 气 圭 浙江大学硕士学位论文 第黧章核心算；虫介绣 从表l 和表4 的对比硝以看出，对于w s c c 9 节点系统，特重与单重方 式豹失稳概率小，但是由于它们在多相故障时都是三相跳开丽不羹舍，所毅造成 的失负荷藿等风险指标反而会较高。 3 i s - 1 4 、不颡方案酶线路过载风险 图3 4 给出了以上运行方案的线路过载风险，从圈8 可以看出随着方式的变 化，冬线路静相对于箕它线路的过载风险大小是变纯的。例如5 号线只肖在方案 1 、方案a 、方案b 和方案j 中才是全系统过载风险最大的线路，这样在方案确定 话，就可以潞时获知哪些是调度人费需要重点监视的线路。 图3 4 不脚运行方案对线路过载风险的影响 3 5 2 、i e e e3 9 节点系统冀例 对于i e e e3 9 节点系统，补充了与上节中w s c c9 节点系统相同