电力系统暂态稳定性评估综述

1、电力系统暂态稳定性评估综述摘要：随着电力市场化的深入和全球可再生能源的蓬勃发展，电力系统面临着日 益加剧的不确定性等多变的电力市场规则，断断续续的大规模风力发电和随机访问 和恶劣天气频繁发生，这给系统运行带来巨大的挑战和规划。如何避免各种不确定 因素造成的短期经营风险成为亟待解决的问题。关键词：短期可靠性评估；电力市场；大规模风电接入；电力系统因稳定性破坏导致的停电事故频发，暴露出电力系统运行中的暂态 稳定评估方面仍存在技术瓶颈；因此，必须把准确而快速地进行暂态稳定性评估 放在重要位置。一、短期可靠性研究的必要性电力市场改变了电力系统原有的运行体制，短期投资决策频繁，尤其在竞 争激烈的日前市场

2、，传统可靠性标准无法适用于市场环境下，需要新的短期风险 分析工具为投资决策提供依据。市场环境下，需要考虑日前市场机组组合方案、 备用规划方案、设备检修安排、转运带来风险等短期问题。市场环境下决策者（短 期规划决策与调度决策）更关心的是投资成本与回报，即成本与效益分析问题，可 靠性价值是町靠性与经济性之间的桥梁，市场环境下经济性受电价与电量双重影 响，电价实时波动导致安全性与经济性平衡的动态特性。另外决策者对风险的偏 好，严重影响系统可靠性水平。短期可靠性评估是系统短期风险量度与成本效益 分析的有力工具，并为决策者提供技术支持。可再生能源大量接入，其功率输出不确定性给系统带来的短期风险，需要 短

3、期可靠性实时量度。可再生能源包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、 海洋能等非化石能源，其中风能转换系统占非水可再生能源比例最大，风的随机 性与间歇性特征严重影响电力系统的安全性。WECS特点包括可预测性差，短时 间内风的变化幅度大，风与负荷的相关性差。随着大规模WECS接入，将给系统 的调度、运行与规划等各方面带来重大影响。风能与电能是不可大量存储的能源， 在确保系统安全前提下，做到大规模、VECS与传统电力系统无缝连接，需要对目 前的运行方案与标准重新审视。除安全性与经济性问题之外，大规模WECS接入 电网后还需要考虑其对电力市场调度模式及电价的影响。考虑大规模可再生能源 的电力系统短

4、期风险，是电力系统急需解决的问题。极端天气是导致电力系统发生严重性事故的重要原因，环境恶化导致极端 天气频繁发生，其小概率大范围事件远超过了电力系统设防标准。为防止灾难性 后果，需要根据短期天气预测信息对系统短期风险进行量度，并制定相应的特殊 保护方案。输电系统元件模型受天气状况影响较大，统计表明，60%的输电线路 故障发生在恶劣天气，而恶劣天气占全年比例小，所以恶劣天气下输电系统的故 障率极高，短期风险问题突出。建立极端天气环境下的短期可靠性模型，预测电 力系统短期风险，并建立电力系统预警系统，是减小稀有事件的经济损失的重要 手段。二、短期可靠性评估框架短期可靠性评估流程。短期可靠性预测是基

5、于短期有效信息，包括确定性 信息（系统运行方式等）与预测性信息（天气预测与负荷预测等）。基于短期有效信息 建立元件模型，考虑系统近期町能的运行状态，考虑近期可能的随机故障，进而 分析系统的安伞性与充裕度。电力系统随机故障发展历程及相应控制措施、表明 短期可靠性评估/预测划分为安全控制与经济调度两个阶段，在0Z，（耳为暂 态与稳态临界时刻）时问范畴为系统安全控制阶段，强调系统动态行为分析以及短 时内的有效控制措施，为在线调度范畴，采用灵敏度分析方法，使系统快速达到 稳定平衡点。在此阶段，安全调度优于经济调度，甚至是非经济调度。短期充裕度与安全性分析。（1）充裕度分析。充裕度采用静态分析方法， 假

6、设系统从事故前静态直接转移到故障后静态，不考虑中间的动态过程，用以检 验故障后的各种约束是否满足，如电网结构强度、运行方式、过负荷、母线低电 压等问题。传统充裕度评估包括发电系统充裕度评估与发输电系统充裕度评估。 发电充裕度评估包括容量停运概率表与等效持续负荷曲线法提出的随机生产模拟 等效电量函数法，特别适合于解决含有多个水电厂的电力系统随机生产模拟。短 期充裕度评估的作用可概括为以下五个方面：量化短期负荷削减的严重程度。 权衡系统运行的可靠性与经济性。量度经济调度模式下系统发电瓶颈问题。 比较运行与短期检修方案。制定能量市场与辅助服务市场短期决策与规划。（2）安全性分析。安全性是指系统经受住

7、突然扰动，并不间断地向用户提供电 能的能力。安全性分析更强调系统短期行为，如短期调度策略、补救措施、辅助 控制等，而发展规划可靠性评估则无法考虑系统的短期措施。两者的根本区别在 于两种评估的目的不同。三、短期可靠性指标状态类指标。电力系统安全性取决于系统的初始状态与扰动性质，系统的 安全性是与状态相依的，系统所处状态反映系统运行的可靠性裕度。状态类指标 为研究周期内停留在各个状态的概率、频率与平均持续时间。系统运行状态可概 括为：传统的二状态与健康度评估的三状态的充裕性状态划分。考虑安全 性与充裕性的电力系统运行的五状态。考虑充裕性、安全性、稳定性三者之间 关系的九状裂。状态间转移不仅受故障严

8、重程度（故障性质与故障切除时间）影响， 而且与保护、控制策略及其响应时间有关。电力系统运行越来越接近于安全极限 区域，系统更关注暂态稳定裕度、电压稳定性、连锁故障等安全性问趔，可靠性 评估中考虑安全性的运行状态划分有待深入研究。程度类指标。程度类指标包括严重性指标、裕度指标、越限指标。严重性 指标为研究周期内负荷点或系统切负荷严重程度，如系统分指标，包括静态切负 荷（量度规划周期内切负荷）严重程度与扰动引起切负荷（量度每次扰动引起的切负 荷）严重程度；裕度指标反映系统正常运行状态下，系统的安全裕度水平，包括 LOLP、LOLE、EENS等指标；越限指标包括越限的概率、频率、持续时间，用来量 度

9、系统的运行特性。层次类指标。层次类指标包括负荷点指标和系统指标。负荷点指标用来量 度负荷点中断频率、中断持续时间、中断损失电量、中断严重程度的指标。系统 指标是负荷点指标的综合，包括系统平均中断频率指标SA旧、系统平均中断持续 时间指标SAIDl、系统平均恢复时间指标SAXI、系统平均切负荷指标、系统平均 中断能量指标、系统中断的严重程度指标。时限类指标。可靠性评估按时间划分为过去行为评估（客观性评估）和未来预 测性评估（主观性评估），指标分为行为度量指标和未来预测性指标，目的是根据 过去运行经验预测未来系统的行为。过去行为评估的目的是发现系统薄弱环节， 以便采取相应的加强措施。预测性评估是基于有效的预测信息，预测系统未来时 段的可靠性水平，目的是用以比较系统投资策略，维修方案等。风险类指标。风险指标是考虑事件发生的可能性与严重性综合类指标。文 献考虑暂态稳定引起的严重性后果，建立安全性评估的风险指标。总之，充裕度指标方面有待深入研究发展规划可靠性指标与短期可靠性指标 之间的关系，进而制定短期可靠性指标的标准。目前存在主要问