电力系统风险评估

电力系统风险评估

绪论

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电”烬Ni*ff.

箕汜性评

什么叫风险？

-电力系统中存在哪些风险？

•大规模风电入网给电力系统带来哪些风险？

教材及参考文献：

1.《电力系统风险评估模型、方法和应用》李文沅著

2.郭永基《电力系统可靠性分析少

3.静铁岩，《大规模风电并网条件下的电力系统有功功率平衡理

论研究》，博士论文第一章绪论部份,

4.张丽英，叶廷路等，大规模风电接入电网的相关问题及措施.

中国机电工程学报.Vol.30(25),2022

1-1电力系统中的风险

•风险和可靠性的关系

-描述同一个事实的两个方面：更高的风险即更低的

可靠性

•本课程的目的：讨论电力系统风险评估的模

型、方法及其工程应用

•电力系统风险的根源：设备的随机故障，负荷

的波动，市场环境下多变的市场需求及市场参

预者的行为，可间歇性能源入网。。。

•风险管理包括:

-实施风险的定量评估：建立表征系统风险的指*示

-确定降低风险的措施：意味着投资

-确认可接受的风险水平：对技术、经济、社会以及

环境等因素进行综合评估

・电力系统风险评估合用的领域:

-发、输、配系统的规划

-电源规划

-运行风险评估

-设备维修

-设备备用分析

-变电站接线分析

-输电服务

•评估所选系统状态的后果

-由评估分类决定具体的运算

-充裕性分析：表明系统设施是否能充分满足用户的

负荷需求和系统运行的约束条件，只涉及到系统的

稳态条件，不要求动态和暂态分析。

-安全性分析：系统对动态和暂态扰动的响应能力。

因此通常要进行动态、智态或者电压稳定性分析。

-基于历史停运统计数据的评估

・风险指标

-反应停电规模，电压的变化或者均值，潮流的变化

或者均值等

-单位停电损失

•基于用户损失函数的方法：

•基于投资核算的方法：

-基于国民生产总值的方法；

第二章系统元件的停运模型

可修复强迫失效

•Componenttwo-state

model:______________Failurerate:X________________

UpstateaDownstale

।Repairrate:/J)

Failurerateandrepairrate:from

statisticsofthelargelcomponent.

Forexample:failuretin7e

人，sofs

years

MeanTimeToFailure(MTTF):MTTF=

MeanTimeToRepair(MTTR):MTTR-一

P

A=21=W_

AvailabilityA:M邛音七MTJR工十工人

=Sb/p/nneJ+〃

Z\tipnwq,

+\hm

,UnavailabilityU:U=\—A

•MeanTimeBetweenFailure(MTBF):MTBF=

MTTF+MTTR

•Failurefrequencyf:f=----------------二AA=〃U

MTBF

Example:

•Statisticsofa200MW人二5.68times/year

generator:方350/Zme5/year

A/7TF=_=0.17606(yeai)

MTTR=±=0.00286(year)

P・

A_MTTF_//35()

—=0.98403

MTTF八MTTR一5.68+350

f二朋二小二5.68x0.98403=5.5S9(thnes/year)

•Thereliabilityofasystem:dependsonthereliabilityofthe

componentsinvolved,andsystemstopologj

•Seriesconnectedsystem:

1=1/=1fI-/Ji

A-=4+>9+•••+用A

Example:&

•Asimplepowersupplysystem;theavailabilityofeach

componentis:generatorA]=0.990099.transformer

A2=0.999933,busbarA,=0.999965,circuitbreaker

A4=0.999833,transmissionlineA5=0.999334.whatisthe

availabilityofthewholesystem?

A、二巾凡二09900990.999933xO.99996$x0.999833

xO.999334

=0.988907

•Parallelconnectedsystem:onlywhenall

componentsfail,thesystemfails.

n

_L=P\-2+一，•一工

f=i

(a)Parallelconnected

system

(b)Equivalentsystem

Example

•Twotransformersareinparalleloperation.Statisticsare:

Z=O.()5〃2〃es/year

MT7R;=250/i

7=1,2

Whatisthefailurerateofthisparallelconnectedsystem

andtheMTTFofthesystem?

(0.05Y=4

25()0.05+35.04I-2.+70.08

MTTR-------——=0.02854

xj=0.1423x10'-times!year

'365x24

u=-------------times/yearMTVF^=―=io274year

Ml7R0.02854A

I"2=2x35.04=70.08HmCS!丁6。厂

"=351.37

4

A+Ai九-叫）勺，（

•Integratedsystem:breakdownintoseries

connectedsubsystemandparallelconnected

subsystem

Example

•A:powersupplybus;C:loadpoint.

SupposebusbarAisalways

available.Question:

-whatisthefailurerateofpointCandthe

totaldowntime;

-Whatisthereliabilityofpointc

ParallelconnectedY

seriesconnected

ComponemFailurerateRepairrateComponentFailurerateRepairnite

II057513ni75

0517.5

L2L40.67.5

•Parallelconnected1:『〃L2

42二布为

〃(外+如一人+目冬+七

［上二2x1168=2336times/year

=().427以1()times!year

•Seriesconnected2:0+5

,23二人2十几=o.4279x1(T1+o.i=oAyear

幽二缶冯

如+卷+知1+缶人+力

"5=117\timesfyear

•Parallelconnected3:ti23//h

&2A4=°-103x103times/year=2339",〃心、/year

•Unavailability：

0.103x10"

Ui10

二佑234+乃234-0.103x10'+2339=o心、

•TotaldowntimeatbusbarC:

,="sX8760=0.386x10'U

•ReliabilityatbusbarC:

T

Ed—南戏说=(”)*眼-99.999995幼

•作业：

-Matlab编程，实现可修复强迫失效相关计算。

计划停运

最简单的蒙特卡洛仿真流程

Slut

考虑连锁故障的MonteCarlo仿真流程

____________尸

ShnuLucCa>u'adeTrippings

..i：,

AnyTripping二）

,no

■▼.

I•"Entiu^hSirnulalKHi?

C\»ni]KilrtuicigvNtHSennl

J

end

元件的失效模型参考文献

•考虑保护的隐性故障J.ChenfJ.S.Thorp,I.Dobson.Cascadingdynamicsand

mitigationassessmentinpowersystemdisturbancesviaahiddenfailuremodel.

InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems.2005,27:318-

326

•考虑天气变化对导体散热影响M.Anghel.K.A.Werley,A.E.Motter.Stochastic

modelforpowergriddynamics.The40thHICSS.2022

•环境相依失效卢锦玲，朱永利.基于暂态能星裕度的电力系统脆弱性评估.电工技术学报，

2022,25（6）：96-103（看2.1节）

保护的隐性故障

•当有路线断开时，与此路线两端相连的所有路线的保护均存在发生隐性故障的可能。

•仅考虑单重隐性故障。

为Ba忤故障概率：尸为宰龟保护动作概率」为路线仃功潮而

考虑天气变化对导体散热影响

•随机路线故障模型

-路线I上发生的随机故障由泊松过程描述。即在时间

段t中发生的故障的次数服从泊松分布，均值为

风功率波动建模

•WindTurbineGeneratorModeling

(><5WZ<VdVb

\A+lixSWt+CxSWf)<SWt<V,

P(SWt)

Vr<SWt<Vn

=J(

P(SWt)：windturbineoutputSWt:WindspeedVa*cui-inwind

speed

ruledspeed

VL,:cut-outspeed

510”2025

P5r»rlIE/C、

P-Wcharacteristicestablishedfor1.5-MWdoubly

fed(continuous)and1.5-MWfixedspeed

asyiichionouswindgeneiatois(dotted).

•Windsneedmodeling：

-Drawingofan

uniformlydistributed

numberuonthe

interval[0,1];

-Applicationofthat

drawnrandomnumber

utotheWeibull

Cumulative

DistributionFunction

F(W,AfB)inorderto

determinethe

associatedwindspeed

w.

Note:CumulativeDistributionFunction.p(x<x)

序贯蒙特卡洛仿真

•状态时间抽样法

-第1步：指定所有元件的初始状态（•般假定均处于运行状态）

-第2步：对每一元件停留在当前状态的持续时间进行抽样。

-第3步：在所研充的时间跨度内重复第2步，并记录所有元件的何■•状态持续时间的抽

样值，获得给定时网跨度内每-•元件的随机状态转移过程。

-第4步：组合所有元件的状态转移过程，建立系统时序状态转移循环过程。

-第5步：对每一个不同系统状态进行系统分析，计算风险指标函数。

负荷的处理

・负荷保持不变

•年负荷曲线

»5.2负荷水平率【未计入不•定性I

饭荷水平_________

(I

了“丁

Pl-Tl/T

LaP.-T/1

年负荷曲线，并考虑随机变化

W%3U分段正志分4,IB形

・负荷分区、增长及随机波动

-假设在蒙特卡罗仿真的每-•个循环内，负荷为该循环的平均负荷与某一随机变化量的

叠加，H在该循环中保持不变。所有仇荷节点按其所处位殂划分为?vF个区域，处

于同•区域的负荷变化幅度相同，不同区域之间负荷的变化幅度不同。

第，+1循环的——

平均负荷矿二礼'厂

-X代表平均负荷的增K速度，略大于1,可设定。随机因了/在区间［1〃,刃上变化。

则对于给定的，，所引入的负荷波动系数为（r-i）/2/A7o

P98负荷曲线模型

•多级负荷水平模型

-将各个母^符合按其遵循的不同负荷由线分类为相同的母线组。

每一个母线组有其使用的负荷持续曲线。

-使用聚类技术

-选择聚类均值Mij的初值，i代表聚类，j代表曲线j

•利用下式计算何小时仇荷点至每个聚类均值的欧拉距高

・负荷点分配到最近的聚类，敢新编组.并利用卜•式计算新的聚类均值M

O=£L/N]

*=i

•里度第2步和第3步，直到全部聚类均值在迭代中保持不变为1上。

使用收敛后的聚类均值Mij作为多级负荷模型中每一曲线每一聚类的负荷水平。

故障分析

•基于交流潮流的最优潮流模型

-目标函数：社会效益最大化（等效成发电费用最

小），切负荷量最小，网损最小。。O

-约束条件：

♦等式约束：功率平衡.不等式约束：运行极限

min~八q总+bR,+C.

/-I

牛L%一”加（Q3电+%sin%）=0

kcJy-i

?Qs十sQkQm-5如j（Gosmq一及*）=。心l€i/=!

AGnim—人GIR；mux

Q：nun——nuix

UtninrUt<>UiUlux

一耳一叫皿gM反+¥心

nisi~~nut\

-期望却供电量（EENS）

Nl.

EENS=±£n(5)C(y)j「

•NL:variousloadlevels

77:（heno.ofhoursthatsystemhasthe?hloadlevel

•C（S）:loadshedofstateS

♦,心）:theno.ofrunstluitsystemhasaloadshedofC（S）

•Ni:（hetotalno.ofrunsinthesimulation

Fl:underthe冲loadlevel,thesetofrunsthathavenon-zero

loadshed.

•EENSz

其中S导致切负荷的系统状态集合0是状态

卜，系统的切伍荷量，〈是系统族态什的蒙特卡

洛循环次数，丁是蒙4寺卡洛总的循环次数・

负荷削减频率

PLC=、b

i=5(s)]77

•n(s)：抽样中S状态的发生数；

・匕是多级负荷模型中，第i级负荷水平下系统失效嵌态

的集合：

•7；是全i负荷水平的时间长度h；

•T是负荷曲线的总时间区间h；

­NL是负管水平分级数

•AveragelineflowlimitPerMWserved:itisusedtoshow

theefficiencyoftheinvestment.

Z")

•wherePd(t}istheaverageloaddemandofthetestsystem

atthe/thsimulationrun.NLineistheno.oftransmission

inesinthesystem.Fjmax(t)isthetransmissioncapacity

imitofline/atthefthsimulationrun.

•TheaveragelineflowlimitperMWservedisusedasa

measureotgridutilization.Sincethegridinvestment