一种电力系统风险分级方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供的电力系统风险分级方法，可用于制定电力系统在不同季节下的风险级别标准，根据电力系统当前季节下的风险级别标准，得到该季节下电力系统当前的风险等级。与现有的分级方法相比，该分级方法不需要设置多属性决策矩阵和指标权重，避免了主观因素的影响，可以对系统整体风险做出更加科学、客观的评价，准确性更高。提供的根据电力系统风险分级结果指导电力系统运行调度的应用，当系统运行方式改变或设备故障时，统一按照当前季节基本运行方式下制定的风险级别标准对系统风险进行分级，分级结果可以直观反映运行方式改变、设备故障对系统风险等级的影响，指导电力系统运行调度人员采取控制措施将系统风险维持在可接受的风险等级内。
【专利说明】-种电力系统风险分级方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统风险评估和风险分级领域，特别涉及电力系统风险分级方法 及应用。
【背景技术】
[0002] 概率风险评估方法以系统失效事件发生的概率和这些事件后果的严重程度为依 据建立风险指标体系，为识别系统在不确定运行环境下的风险水平提供了有力工具。根据 系统的风险指标来评价整个系统的风险水平高低（即划分风险等级）、实现风险的分级管 理，对于电网的规划和运行人员有重要的指导意义。
[0003] 电力设备包括发电机组、线路和变压器，线路包括电缆和架空线路。在电力系统实 际运行过程中，随着负荷水平的提高，电力系统的风险会不断增加。根据调度人员的经验， 当负荷增长到不可接受的水平时，调度人员将采取调整发电机出力、投入备用、调整无功甚 至切负荷等校正措施，保证系统的安全可靠运行。有研究（段盼.电力系统负荷及负荷率 的可靠性影响模型[D].重庆：重庆大学，2012)采用三次样条差值的方法拟合出了系统风 险指标随负荷增长的变化曲线（风险-负荷曲线），从该风险-负荷曲线可以看出，系统风 险指标随着负荷水平的提高增加的速度越来越快，两者呈一一对应的非线性关系。
[0004] 现有研究大多采用多属性决策方法（如层次分析法和模糊综合评判法），根据系 统各项风险指标的综合权值来判断系统的风险等级，然而该方法给出的多属性决策矩阵和 各属性权重具有一定的主观性，直接导致最终的风险分级结果不准确。有研究选取负荷水 平使得系统平均电压Uav等于0. 95,并将该负荷水平下系统的低电压风险指标A作为安全 边界。类似地，依据线路平均负载率和系统负荷裕度分别定义线路过载的安全边界B及电 压失稳的安全边界C。当系统运行状态变化或设备故障时，根据低电压、过载、电压失稳3种 风险指标的越界情况综合评定系统的风险等级。虽然该风险分级方法考虑了系统风险与运 行状态之间的关系，但是根据平均电压和平均负载率来判断系统在低电压方面及过载方面 是否安全，显然过于粗略：比如平均负载率小于1，仍然可能有线路出现过载现象，导致系 统"不安全"。因此，该风险分级方法并不准确，得到的风险分级结果不能很好的指导调度人 员采取措施控制系统风险。
[0005] 此外，有些研究采取系统分指标（Severity Index)对所有系统制定统一的风险级 别标准，但是分级的依据不够明确，而且该风险级别标准并不适用于所有系统：不同的系统 可靠性不同，可接受的风险水平也是不同的（可靠性高的系统可接受的风险水平低于可靠 性低的系统），因此不同系统的风险级别标准应该存在差异。
[0006] 综上所述，现有的电力系统风险分级方法准确性较差，对于不同的电力系统通用 性不强。
【发明内容】
[0007] 针对现有电力系统风险分级方法中的不足，本发明的目的在于提供一种准确性更 好，能够适用于不同电力系统的风险分级方法。
[0008] 本发明的另一个目的还在于提供一种根据电力系统风险分级结果指导电力系统 运行调度的应用。
[0009] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0010] 一种电力系统风险分级方法，首先制定电力系统当前季节下的风险级别标准，然 后根据该风险级别标准得出该季节下电力系统当前的风险等级；该方法具体步骤为：
[0011] 1)在当前季节电力系统的基本运行方式下，按预设的步长成比例地增加电力系统 的各节点负荷及系统可调度发电机组中各发电机的有功出力，根据电力系统在正常运行条 件下和在单一元件故障条件下的越限、失负荷情况，获得多个负荷分界点，利用各负荷分界 点将负荷水平划分等级，得到多个负荷级别，构成该季节下电力系统的负荷级别标准；所述 节点负荷包括有功负荷和无功负荷；所述正常运行是指电力系统中没有元件故障；
[0012] 2)采取蒙特卡罗模拟法或状态枚举法计算该季节下电力系统负荷级别标准中各 负荷分界点对应的风险指标，从而得到该电力系统中各负荷级别对应的风险指标区间及风 险等级，构成该电力系统在该季节下的风险级别标准；
[0013] 3)计算该季节下电力系统当前的风险指标，根据步骤2获得的风险级别标准，判 断该电力系统当前的风险指标落入风险级别标准中的风险指标区间，从而对应得到该季节 下电力系统当前的风险等级。
[0014] 进一步，所述步骤1具体为：所述电力系统在当前季节检修设备最少的时期下，以 电力设备全部投入的运行方式作为该季节的基本运行方式，所述电力设备包括系统可调度 发电机组、线路和变压器；
[0015] 在电力系统当前季节的基本运行方式下，以电力系统在该季节的最低负荷水平为 起点，按预设的步长成比例地增加电力系统的各节点负荷及系统可调度发电机组中各发电 机的有功出力，同时采用交流潮流和基于交流潮流的最优削负荷模型，判断电力系统在正 常运行条件下和在单一元件故障条件下，每增加一次各节点负荷及各发电机的有功出力 时，电力系统是否越限、是否失负荷，将电力系统中越限、失负荷情况变化的负荷水平作为 负荷分界点，利用各负荷分界点将负荷水平划分等级，得到多个负荷级别，得到电力系统在 该季节下的负荷级别标准。
[0016] 进一步，所述"按预设的步长成比例地增加电力系统的各节点负荷及系统可调度 发电机组中各发电机的有功出力"的步骤具体为：
[0017] 当步长取1. 25%时，电力系统节点i的有功负荷无功负荷QDi分别为：
[0018] PDi = PDilowestX (1+1. 25% Xk)；
[0019] QDi = QDilowestX (1+1. 25% Xk)；
[0020] 其中，PDilmrest、QDilrarest分别表示电力系统节点i在该季节下的最低有功负荷和最 低无功负荷，k为迭代次数，取值范围为：1?Nmax，Nmax是预设的最大迭代次数；
[0021] 发电机j的有功出力PGj为：
[0022] PGj = PGJlowestX (1+1. 25% Xk)；
[0023] 其中，PGJlowest是发电机j在电力系统处于该季节最低负荷时的有功出力。
[0024] 进一步，所述负荷级别为6级；1级负荷等级定义为电力系统在正常运行时不越 限，在单一元件故障条件下不越限；2级负荷等级定义为电力系统在正常运行时不越限，在 单一元件故障条件下越限，采取校正措施后不失负荷；3级负荷等级定义为电力系统在正 常运行条件时不越限，在单一元件故障条件下越限，采取校正措施后仍然失负荷；或定义为 电力系统在正常运行时越限，采取校正措施后不失负荷，在单一元件故障条件下越限，采取 校正措施后不失负荷；4级负荷等级定义为电力系统在正常运行时越限，采取校正措施后 不失负荷，在单一元件故障条件下越限，采取校正措施后仍然失负荷；5级负荷等级定义为 电力系统在正常运行时越限，且采取校正措施后失负荷，切负荷比例小于30% ;6级负荷 等级定义为电力系统在正常运行时越限，且采取校正措施后失负荷，切负荷比例大于等于 30%。
[0025] 进一步：所述步骤2具体为：针对当前季节的电力系统的负荷级别标准中各负荷 分界点，采用蒙特卡罗模拟法随机抽取电力系统的系统状态，或采用状态枚举法枚举出一 定阶数内的系统状态；针对每一系统状态，采取基于交流潮流的最优削负荷模型得到削负 荷量；记录削负荷量大于〇的系统状态，结合系统状态的概率和削负荷量，计算该负荷分界 点对应的电力系统的风险指标；从而得到该电力系统中各负荷级别对应的风险指标区间及 风险等级，得到该电力系统在该季节下的风险级别标准。
[0026] 进一步：所述步骤3具体为：不论电力系统处于何种运行方式，都统一按照当前季 节基本运行方式下制定的风险级别标准划分风险等级，计算电力系统当前的风险指标，根 据风险指标落入的风险指标区间，判断系统当前的风险等级。
[0027] -种根据电力系统风险分级结果指导电力系统运行调度的应用，具体步骤如下：
[0028] 1)预先设定作为调度对象的电力系统的可接受风险等级和不可接受风险等级；
[0029] 2)采用上述的电力系统风险分级方法，得到该电力系统当前处于的风险等级； [0030] 3)如果电力系统当前的风险等级处于可接受的风险等级，执行步骤5 ;如果电力 系统的风险等级上升到不可接受的风险等级，执行步骤4 ;
[0031] 4)以可接受风险等级为调度目标，采取校正措施降低电力系统的风险，并在完成 校正后返回步骤2 ;
[0032] 5)结束调度流程。
[0033] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0034] 1、本发明提供的电力系统风险分级方法，依据电力系统在正常运行及单一元件故 障条件（即N-1故障条件）下的越限、失负荷情况划分负荷级别，将各负荷级别对应的系统 风险指标区间及风险等级作为电力系统的风险级别标准。该分级方法不需要设置多属性决 策矩阵和指标权重，避免了主观因素的影响，可以对系统整体风险做出更加科学、客观的评 价，准确性更高。
[0035] 2、本发明提供的电力系统风险分级方法，适用于不同电力系统，可以针对不同电 力系统建立与之相适应的风险级别标准，考虑了不同系统可接受风险水平的差异性，提高 了系统风险分级结果的可靠性和实用性。
[0036] 3、本发明提供的根据电力系统风险分级结果指导电力系统运行调度的应用，当系 统运行方式变化或设备故障时，可以统一按照当前季节基本运行方式下制定的风险级别标 准对系统风险进行分级，分级结果可以直观反映运行方式改变、设备故障对系统风险等级 的影响，指导电力系统运行调度人员采取控制措施将系统风险维持在可接受的风险等级 内。
【专利附图】
【附图说明】：
[0037] 图1为电力系统风险分级原理图。
[0038] 图2为RBTS可靠性测试系统的单线图。
[0039] 图3为MRBTS系统风险分级结果图。
【具体实施方式】：
[0040] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0041] 1、电力系统风险分级方法。
[0042] 本发明提出的电力系统风险分级方法，可用于制定电力系统在不同季节下的风险 级别标准。针对不同季节：在该季节系统的基本运行方式下，以该季节系统的最低负荷水平 为起点，成比例增加系统负荷和机组出力，根据系统在正常运行及N-1故障条件下的越限、 失负荷情况，划分负荷级别，采取概率风险评估方法（蒙特卡罗模拟法或状态枚举法）计算 该系统负荷级别标准中各负荷分界点对应的风险指标，从而得到各负荷级别对应的系统风 险指标区间及风险等级，构成该电力系统在该季节下的风险级别标准。这样做是为了在概 率风险评估方法和确定性安全准则（N-1原则）之间建立桥梁，使得分级依据更加直观，准 确，便于运行人员理解。
[0043] 对于各季节，风险级别标准的制定步骤如下：
[0044] 1)在当前季节电力系统的基本运行方式下，按预设的步长成比例地增加电力系统 的各节点负荷及系统可调度发电机组中各发电机的有功出力，根据电力系统在正常运行条 件下和在单一元件故障条件下的越限、失负荷情况，获得多个负荷分界点，利用各负荷分界 点将负荷水平划分等级，得到多个负荷级别，构成该季节下电力系统的负荷级别标准；所述 节点负荷包括有功负荷和无功负荷；所述正常运行是指电力系统中没有元件故障；
[0045] 步骤1具体为：所述电力系统在当前季节检修设备最少的时期下，以电力设备全 部投入的运行方式作为该季节的基本运行方式，所述电力设备包括系统可调度发电机组、 线路和变压器；
[0046] 在电力系统当前季节的基本运行方式下，以电力系统在该季节的最低负荷水平为 起点，按预设的步长成比例地增加电力系统的各节点负荷及系统可调度发电机组中各发电 机的有功出力，采用交流潮流和基于交流潮流的最优削负荷模型，判断电力系统在正常运 行条件下和在单一元件故障条件下，每增加一次各节点负荷及各发电机的有功出力时，电 力系统是否越限、是否失负荷，将电力系统中越限、失负荷情况变化的负荷水平作为负荷分 界点，利用各负荷分界点将负荷水平划分等级，得到多个负荷级别，得到该电力系统在该季 节下的负荷级别标准。
[0047] 参照图1，系统负荷级别可划分为6级：
[0048] 1区绿色（正常）：电力系统在正常运行时不越限，在单一元件故障条件（即N-1 故障条件）下不越限；
[0049] 2区蓝色（临界）：电力系统在正常运行时不越限，在单一元件故障条件（即N-1 故障条件）下越限，采取校正措施后可以不失负荷；
[0050] 3区黄色（警戒）：电力系统在正常运行时不越限，在单一元件故障条件（即N-1 故障条件）下越限，采取校正措施后仍然失负荷（或电力系统在正常运行时越限，采取校正 措施后可以不失负荷，在单一元件故障条件下越限，采取校正措施后可以不失负荷）；
[0051] 4区橙色（危险）：电力系统在正常运行时越限，采取校正措施后可以不失负荷，在 单一元件故障条件下越限，采取校正措施后仍然失负荷；
[0052] 5区红色（事故）：电力系统在正常运行时越限，采取校正措施后仍然失负荷，切负 荷比例小于30% ;
[0053] 6区黑色（严重事故）：电力系统在正常运行时越限，采取校正措施后仍然失负荷， 切负荷比例大于等于30% ;
[0054] 具体实施时，校正措施包括调整发电机组出力、投入备用以及调整无功等等。当系 统处于风险等级2级（临界）时，系统在正常运行时不越限，在N-1故障情况下会出现越限 但不失负荷。此时再增加系统负荷，如果"正常运行时越限"比"N-1故障情况下失负荷"先 出现，那么3级（警戒）的定义就是系统在正常运行时越限但不失负荷，N-1故障条件下越 限但不失负荷；如果"N-1故障情况下失负荷"比"正常运行时越限"先出现，那么3级（警 戒）的定义就是系统在正常运行时不越限，N-1故障条件下越限且采取校正措施后仍然失 负荷。另外，5级（事故）、6级（严重事故）定义中的切负荷比例可针对不同类型的电网确 定不同的切负荷比例，作为分级依据。
[0055] 根据上述原则将负荷水平划分负荷等级（1级?6级），各负荷等级在风险-负荷 曲线上对应的风险指标区间（1?6区）即作为风险级别标准。如图1所示，划分负荷等级 时需要找到各负荷分界点（1?5)，其中，分界点1的负荷水平定义为电力系统在"正常运行 时不越限，单一元件故障时不越限"的条件下，在持续增大系统负荷的过程中，首次出现"在 正常运行条件下不越限，在单一元件故障条件下越限，采取校正措施后不失负荷"时的负荷 水平。以此类推，采用同样的方法定义分界点2?5的负荷水平。
[0056] 所述"按预设的步长成比例地增加电力系统的各节点负荷及系统可调度发电机组 中各发电机的有功出力"的步骤具体为：
[0057] 当步长取1. 25%时，电力系统节点i的有功负荷无功负荷QDi分别为：
[0058] PDi = PDilowestX (1+1. 25% Xk) ； (1)
[0059] QDi = QDilowestX (1+1. 25% Xk) ； (2)
[0060] 其中，PDilmrest、QDilrarest分别表示电力系统节点i在该季节下的最低有功负荷和最 低无功负荷，k为迭代次数，取值范围为：1?Nmax，Nmax是预设的最大迭代次数；
[0061] 发电机j的有功出力PGj为：
[0062] PGj = PGJlowestX (1+1. 25% Xk) ； (3)
[0063] 其中，PGJlowest是发电机j在电力系统处于该季节最低负荷时的有功出力。
[0064] 2)采取蒙特卡罗模拟法或状态枚举法计算该季节下电力系统负荷级别标准中各 负荷分界点对应的风险指标，从而得到该电力系统中各负荷级别对应的风险指标区间及风 险等级，构成该电力系统在该季节下的风险级别标准；
[0065] 步骤2具体为：针对当前季节的电力系统负荷级别标准中的各负荷分界点，采用 蒙特卡罗模拟法随机抽取电力系统的系统状态，或采用状态枚举法枚举出一定阶数内的系 统状态；针对每一系统状态，采取基于交流潮流的最优削负荷模型得到削负荷量；记录削 负荷量大于〇的系统状态，结合系统状态的概率和削负荷量，计算该负荷分界点对应的电 力系统的风险指标；从而得到该电力系统中各负荷级别对应的风险指标区间及风险等级， 得到该电力系统在该季节下的风险级别标准。
[0066] 系统风险指标采用系统分指标（Severity Index)，计算公式如下：
[0067]
【权利要求】
1. 一种电力系统风险分级方法，其特征在于，首先制定电力系统当前季节下的风险级 别标准，然后根据该风险级别标准得出该季节下电力系统当前的风险等级；该方法具体步 骤为： 1) 在当前季节电力系统的基本运行方式下，按预设的步长成比例地增加电力系统的各 节点负荷及系统可调度发电机组中各发电机的有功出力，根据电力系统在正常运行条件下 和在单一元件故障条件下的越限、失负荷情况，获得多个负荷分界点，利用各负荷分界点将 负荷水平划分等级，得到多个负荷级别，构成该季节下电力系统的负荷级别标准；所述节点 负荷包括有功负荷和无功负荷；所述正常运行是指电力系统中没有元件故障； 2) 采取蒙特卡罗模拟法或状态枚举法计算该季节下电力系统负荷级别标准中各负荷 分界点对应的风险指标，从而得到该电力系统中各负荷级别对应的风险指标区间及风险等 级，构成该电力系统在该季节下的风险级别标准； 3) 计算该季节下电力系统当前的风险指标，根据步骤2获得的风险级别标准，判断该 电力系统当前的风险指标落入风险级别标准中的风险指标区间，从而对应得到该季节下电 力系统当前的风险等级。
2. 如权利要求1所述的电力系统风险分级方法，其特征在于，所述步骤1具体为：所述 电力系统在当前季节检修设备最少的时期下，以电力设备全部投入的运行方式作为该季节 的基本运行方式，所述电力设备包括系统可调度发电机组、线路和变压器； 在电力系统当前季节的基本运行方式下，以电力系统在该季节的最低负荷水平为起 点，按预设的步长成比例地增加电力系统的各节点负荷及系统可调度发电机组中各发电机 的有功出力，同时采用交流潮流和基于交流潮流的最优削负荷模型，判断电力系统在正常 运行条件下和在单一元件故障条件下，每增加一次各节点负荷及各发电机的有功出力时， 电力系统是否越限、是否失负荷，将电力系统中越限、失负荷情况变化的负荷水平作为负荷 分界点，利用各负荷分界点将负荷水平划分等级，得到多个负荷级别，得到电力系统在该季 节下的负荷级别标准。
3. 如权利要求2所述的电力系统风险分级方法，其特征在于，所述"按预设的步长成比 例地增加电力系统的各节点负荷及系统可调度发电机组中各发电机的有功出力"的步骤具 体为： 当步长取1. 25%时，电力系统节点i的有功负荷无功负荷QDi分别为： PDi = PDilowestX (1+1. 25% Xk)； QDi = QDilowestX (1+1. 25% Xk)； 其中，PDilmrest、QDilmrest分别表示电力系统节点i在该季节下的最低有功负荷和最低无 功负荷，k为迭代次数，取值范围为：1?Nmax，Nmax是预设的最大迭代次数； 发电机j的有功出力PG」为： PGj = PGJlowestX (1+1. 25% Xk)； 其中，PGjlOTrest是发电机j在电力系统处于该季节最低负荷时的有功出力。
4. 如权利要求2所述的电力系统风险分级方法，其特征在于，所述负荷级别为6级；1 级负荷等级定义为电力系统在正常运行时不越限，在单一元件故障条件下不越限；2级负 荷等级定义为电力系统在正常运行时不越限，在单一元件故障条件下越限，采取校正措施 后不失负荷；3级负荷等级定义为电力系统在正常运行条件时不越限，在单一元件故障条 件下越限，采取校正措施后仍然失负荷；或定义为电力系统在正常运行时越限，采取校正措 施后不失负荷，在单一元件故障条件下越限，采取校正措施后不失负荷；4级负荷等级定义 为电力系统在正常运行时越限，采取校正措施后不失负荷，在单一元件故障条件下越限，采 取校正措施后仍然失负荷；5级负荷等级定义为电力系统在正常运行时越限，且采取校正 措施后失负荷，切负荷比例小于30% ;6级负荷等级定义为电力系统在正常运行时越限，且 采取校正措施后失负荷，切负荷比例大于等于30%。
5. 根据权利要求1所述的电力系统风险分级方法，其特征在于：所述步骤2具体为：针 对当前季节的电力系统的负荷级别标准中各负荷分界点，采用蒙特卡罗模拟法随机抽取电 力系统的系统状态，或采用状态枚举法枚举出一定阶数内的系统状态；针对每一系统状态， 采取基于交流潮流的最优削负荷模型得到削负荷量；记录削负荷量大于〇的系统状态，结 合系统状态的概率和削负荷量，计算该负荷分界点对应的电力系统的风险指标；从而得到 该电力系统中各负荷级别对应的风险指标区间及风险等级，得到该电力系统在该季节下的 风险级别标准。
6. 根据权利要求1所述的电力系统风险分级方法，其特征在于：所述步骤3具体为：不 论电力系统处于何种运行方式，都统一按照当前季节基本运行方式下制定的风险级别标准 划分风险等级，计算电力系统当前的风险指标，根据风险指标落入的风险指标区间，判断系 统当前的风险等级。
7. -种根据电力系统风险分级结果指导电力系统运行调度的应用，其特征在于：具体 步骤如下： 1) 预先设定作为调度对象的电力系统的可接受风险等级和不可接受风险等级； 2) 采用如权利要求1?6中任一项所述的电力系统风险分级方法，得到该电力系统当 前处于的风险等级； 3) 如果电力系统当前的风险等级处于可接受的风险等级，执行步骤5 ;如果电力系统 的风险等级上升到不可接受的风险等级，执行步骤4 ; 4) 以可接受风险等级为调度目标，采取校正措施降低电力系统的风险，并在完成校正 后返回步骤2 ; 5) 结束调度流程。
【文档编号】G06Q50/06GK104331849SQ201410667909
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】赵渊, 耿莲, 芦晶晶, 孙璐, 何蕾, 谢开贵 申请人:重庆大学, 中国电力科学研究院