一种考虑自然灾害的电力系统暂态风险评估方法与流程

文档序号:14685740发布日期:2018-06-14 20:58
本发明涉及一种评估方法,具体涉及一种考虑自然灾害的电力系统暂态风险评估方法。
背景技术
:自然灾害虽然是小概率事件,但其对电力系统的危害却极大,极容易造成大面积停电事故。电网规划是电力系统安全运行的前提,防御自然灾害对系统造成重大损坏需要在电网规划的过程中考虑自然灾害的影响。目前,电力系统暂态风险评估尚未进行到与实际电网分析软件相结合,并利用其分析结果指导电网规划的阶段。在电网规划的过程中,考虑尽可能多的灾害因素,才能使电网规划结果更加精确,从而避免未来电网可能遭受的灾害损坏。由于规划电网在规划期内可能会遭受不同类型的灾害,如何把各种灾害统筹考虑是目前待解决的问题之一。另外,大多数风险评估采用非序贯蒙特卡罗模拟法,即利用[0,1]上均匀分布的随机数与损坏概率的比较来决定元件的损坏状态;而实际电网的风险评估大多采用解析法,但由于输电线路数目庞大,再加上稳定计算又比较耗时,一般只计算输电线路的N-1或N-2故障;灾害情况下,可能会产生大量的元件损坏,因此必须对解析法进行改进适应自然灾害。技术实现要素:为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种考虑自然灾害的电力系统暂态风险评估方法,通过电力系统的失稳概率和缺供电量指标描述考虑自然灾害的电力系统暂态风险。为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:本发明提供一种考虑自然灾害的电力系统暂态风险评估方法,所述方法包括以下步骤:步骤1:确定考虑自然灾害的元件损坏概率;步骤2:确定初步故障集合,并对其进行分类;步骤3:对电力系统进行暂态风险评估。所述步骤1具体包括以下步骤:步骤1-1:将自然灾害分为I类自然灾害和II类自然灾害;步骤1-2:分别确定考虑I类自然灾害和II类自然灾害的元件损坏概率。所述步骤1-1中,I类自然灾害包括台风、覆冰和地震;II类自然灾害包括暴雨、雷电和山火;I类自然灾害的发生概率小于II类自然灾害的发生概率,I类自然灾害对电力系统的影响大于II类自然灾害对电力系统的影响。所述步骤1-2包括以下步骤:步骤1-2-1:通过分析I类自然灾害的危险性确定考虑I类自然灾害的元件损坏概率;步骤1-2-2:确定考虑II类自然灾害的元件损坏概率,具体包括:元件的状态包括正常状态、暴雨状态、雷电状态和山火状态,暴雨状态、雷电状态和山火状态下元件的完好概率分别用P2、P3和P4表示,且有:P2==μrμr+λr---(1)]]>P3=μfμf+λf---(2)]]>P4=μlμl+λl---(3)]]>其中,λr和μr为元件从正常状态转到暴雨状态的故障率和修复率,λl和μl为元件从正常状态转到雷电状态的故障率和修复率,λf和μf为元件从正常状态转到山火状态的故障率和修复率;考虑II类自然灾害的元件损坏概率用U表示,有:U=1-P2×P3×P4=A+CA+B+C---(4)]]>其中,中间量A=λfμrμl+μfλrμl+μfμrλl,中间量B=μfμrμl,中间量C=λfμrλl+μfλrλl+λfμrλl+λfλrλl。所述步骤2具体包括以下步骤:步骤2-1:读入电力系统的潮流数据和地理接线图;步骤2-2:选取电压等级和线路范围,组合所需阶数的故障,形成初步故障集合;步骤2-3:从初步故障集合中任选故障i,断开故障i中的线路,故障i的权重指标PIi表示为:PIi=Σj=1Lwsj(SjSjmax)2mj---(5)]]>其中,wsj表示线路j的权重因子,Sj表示线路j的视在功率,表示线路j的视在功率极限值,mj表示线路j的整数指数,j=1,2,…,L,L表示线路总数;故障i的风险指标RIi表示为:RIi=Σj=1LP(Xi)·wsj(SjSjmax)2mj---(6)]]>其中,P(Xi)表示故障i的发生概率;步骤2-4:计算初步故障集合中所有故障的权重指标和风险指标;步骤2-5:将初步故障集合划分为固定故障集合和可变故障集合;固定故障集合包括单回线三相永久性故障、同杆并架双回线三永故障、母线故障、直流输电线路单极故障、直流输电线路双极故障和变压器故障;将可变故障集合中故障的风险指标按照从大到小的顺序进行排序,并根据相似度和关联度将故障进行归类。所述步骤3中,电力系统的失稳概率越小,表明电力系统失稳风险越小;电力系统的失稳概率用Ps表示,有:Ps=PdI×PdIS(X)+PNd×PNdS(X)---(7)]]>其中,PNd表示日常运行情况下电力系统的发生概率,PdI表示II类自然灾害情况下电力系统的发生概率,表示日常运行情况下电力系统的状态概率,表示表示II类自然灾害情况下电力系统的状态概率,且有:PNdS(X)=Σm=1MΠk=1KP(Xkm)×Fm---(8)]]>PdIS(X)=Σn=1NΠk=1KP(Xkn)×Fn---(9)]]>其中,M为日常运行情况下的故障总数,m=1,2,…,M;N为II类自然灾害情况下的故障总数,n=1,2,…,N;Fm表示日常运行情况下第m个故障对应的电力系统测试函数,电力系统失稳时,Fm=1,电力系统稳定时,Fm=0;Fn表示II类自然灾害情况下第n个故障对应的电力系统测试函数,电力系统失稳时,Fn=1,电力系统稳定时,Fn=0;P(Xkm)为日常运行情况下元件k在第m个故障下的概率,P(Xkn)为II类自然灾害情况下元件k在第n个故障下的概率,且有:其中,μkm和λkm分别表示日常运行情况下元件k在第m个故障下的修复率和故障率,μkn和λkn分别表示II类自然灾害情况下元件k在第n个故障下的修复率和故障率;电力系统的期望缺供电量越小,表明电力系统失负荷风险越小;电力系统的期望缺供电量用EENS表示,有:EENS=EENSD+EENSND=PdI×Σn=1NΠk=1KP(Xkn)×C(Xn)×Tn+PNd×Σm=1MΠk=1KP(Xkm)×C(Xm)×Tm---(12)]]>其中,EENSD表示II类自然灾害情况下电力系统的期望缺供电量,EENSND表示日常运行情况下电力系统的期望缺供电量;C(Xm)为日常运行情况下第m个故障对应的电力系统切负荷量,Tm为日常运行情况下第m个故障对应的电力系统状态持续时间;C(Xn)为II类自然灾害情况下第n个故障对应的电力系统切负荷量,Tn为II类自然灾害情况下第n个故障对应的电力系统状态持续时间。与现有技术相比,本发明的有益效果在于:1)本发明对区域内的灾害进行了分类,能够综合考虑区域内的多种灾害故障,能够使元件概率更加精确;2)本发明能快速计算出随机组合故障的严重程度;3)本发明提出了初步故障集合的选取方法,避免因为计算量的限制,遗漏重要故障;4)本发明能够使系统风险评估的结果更加精确;5)本发明能够应用于实际电网,有助于解决实际问题。附图说明图1是本发明实施例中考虑自然灾害的电力系统暂态风险评估方法流程图;图2是本发明实施例中四川电网地理结构图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明提供一种考虑自然灾害的电力系统暂态风险评估方法,(如图1)所述方法包括以下步骤:步骤1:确定考虑自然灾害的元件损坏概率;步骤2:确定初步故障集合,并对其进行分类;步骤3:对电力系统进行暂态风险评估。所述步骤1具体包括以下步骤:步骤1-1:将自然灾害分为I类自然灾害和II类自然灾害;步骤1-2:分别确定考虑I类自然灾害和II类自然灾害的元件损坏概率。所述步骤1-1中,I类自然灾害包括台风、覆冰和地震;II类自然灾害包括暴雨、雷电和山火;I类自然灾害的发生概率小于II类自然灾害的发生概率,I类自然灾害对电力系统的影响大于II类自然灾害对电力系统的影响。所述步骤1-2包括以下步骤:步骤1-2-1:通过分析I类自然灾害的危险性确定考虑I类自然灾害的元件损坏概率;步骤1-2-2:确定考虑II类自然灾害的元件损坏概率,具体包括:元件的状态包括正常状态、暴雨状态、雷电状态和山火状态,暴雨状态、雷电状态和山火状态下元件的完好概率分别用P2、P3和P4表示,且有:P2==μrμr+λr---(1)]]>P3=μfμf+λf---(2)]]>P4=μlμl+λl---(3)]]>其中,λr和μr为元件从正常状态转到暴雨状态的故障率和修复率,λl和μl为元件从正常状态转到雷电状态的故障率和修复率,λf和μf为元件从正常状态转到山火状态的故障率和修复率;考虑II类自然灾害的元件损坏概率用U表示,有:U=1-P2×P3×P4=A+CA+B+C---(4)]]>其中,中间量A=λfμrμl+μfλrμl+μfμrλl,中间量B=μfμrμl,中间量C=λfμrλl+μfλrλl+λfμrλl+λfλrλl。所述步骤2具体包括以下步骤:步骤2-1:读入电力系统的潮流数据和地理接线图;步骤2-2:选取电压等级和线路范围,组合所需阶数的故障,形成初步故障集合;步骤2-3:从初步故障集合中任选故障i,断开故障i中的线路,故障i的权重指标PIi表示为:PIi=Σj=1Lwsj(SjSjmax)2mj---(5)]]>其中,wsj表示线路j的权重因子,Sj表示线路j的视在功率,表示线路j的视在功率极限值,mj表示线路j的整数指数,j=1,2,…,L,L表示线路总数;故障i的风险指标RIi表示为:RIi=Σj=1LP(Xi)·wsj(SjSjmax)2mj---(6)]]>其中,P(Xi)表示故障i的发生概率;步骤2-4:计算初步故障集合中所有故障的权重指标和风险指标;步骤2-5:将初步故障集合划分为固定故障集合和可变故障集合;固定故障集合包括单回线三相永久性故障、同杆并架双回线三永故障、母线故障、直流输电线路单极故障、直流输电线路双极故障和变压器故障;将可变故障集合中故障的风险指标按照从大到小的顺序进行排序,并根据相似度和关联度将故障进行归类。所述步骤3中,电力系统的失稳概率越小,表明电力系统失稳风险越小;电力系统的失稳概率用Ps表示,有:Ps=PdI×PdIS(X)+PNd×PNdS(X)---(7)]]>其中,PNd表示日常运行情况下电力系统的发生概率,PdI表示II类自然灾害情况下电力系统的发生概率,表示日常运行情况下电力系统的状态概率,表示表示II类自然灾害情况下电力系统的状态概率,且有:PNdS(X)=Σm=1MΠk=1KP(Xkm)×Fm---(8)]]>PdIS(X)=Σn=1NΠk=1KP(Xkn)×Fn---(9)]]>其中,M为日常运行情况下的故障总数,m=1,2,…,M;N为II类自然灾害情况下的故障总数,n=1,2,…,N;Fm表示日常运行情况下第m个故障对应的电力系统测试函数,电力系统失稳时,Fm=1,电力系统稳定时,Fm=0;Fn表示II类自然灾害情况下第n个故障对应的电力系统测试函数,电力系统失稳时,Fn=1,电力系统稳定时,Fn=0;P(Xkm)为日常运行情况下元件k在第m个故障下的概率,P(Xkn)为II类自然灾害情况下元件k在第n个故障下的概率,且有:其中,μkm和λkm分别表示日常运行情况下元件k在第m个故障下的修复率和故障率,μkn和λkn分别表示II类自然灾害情况下元件k在第n个故障下的修复率和故障率;电力系统的期望缺供电量越小,表明电力系统失负荷风险越小;电力系统的期望缺供电量用EENS表示,有:EENS=EENSD+EENSND=PdI×Σn=1NΠk=1KP(Xkn)×C(Xn)×Tn+PNd×Σm=1MΠk=1KP(Xkm)×C(Xm)×Tm---(12)]]>其中,EENSD表示II类自然灾害情况下电力系统的期望缺供电量,EENSND表示日常运行情况下电力系统的期望缺供电量;C(Xm)为日常运行情况下第m个故障对应的电力系统切负荷量,Tm为日常运行情况下第m个故障对应的电力系统状态持续时间;C(Xn)为II类自然灾害情况下第n个故障对应的电力系统切负荷量,Tn为II类自然灾害情况下第n个故障对应的电力系统状态持续时间。截止2014年底,四川电网有500千伏变电站44座,220、110千伏变电站分别207座和740座;全省110千伏及以上输电线路2423条,输电长度55791公里。其地理结构如图2所示。四川电网二阶随机故障的数目为6109个,三阶随机故障的数目为222365个,以二阶故障为例,计算出各故障的PI值,所有的二阶故障共可分为6个集合,为了衡量PI值校核及故障集合分类是否合理,采用PSD-BPA程序分别计算系统在集合1-6所示线路三相短路故障情况下的安全性,二阶故障PI值及安全性校核结果如表1所示:表1从表1可以看出:各阶故障的PI值均能找出一个范围,在此范围内的故障对系统造成的后果比较相似;大多数故障的PI都属于此范围,少部分故障属于对系统造成的后果比较严重的故障,这部分故障恰好属于要寻找的严重故障。由于缺乏II类自然灾害的电气设备统计规律,为了证明本文所提方法,暂时以研究较多的I类自然灾害数据来替代。四川是地震重灾区,因此按照50年超越概率为10%估算地震灾害的发生概率,按照30年一遇估算线路冰灾的发生概率。根据地震烈度图,估算出石棉变电站的PGA为0.2,丹景、雅安、九龙变电站的PGA值为0.15,其余变电站的PGA值均为不大于0.1,按照降雨量为20mm时,估计线路可能的失效概率。由于篇幅所限,筛选出故障概率较大的故障如表2所示。表2从表2可以看出,单独考虑一种风险,会低估元件的损坏概率,从而低估系统可能面临的风险,采用综合损坏概率模型,其结果相对精确。计算随机故障到四阶故障时,结合BPA-PSD稳定计算程序,对系统进行日常运行和灾害情况下的风险评估;以地震发生后,修复时间为20天,计算系统损坏概率,其评估结果如表3所示:表3从表中可以看出,本文所提考虑灾害的综合场景失效概率比通常只考虑到N-2故障的场景大了接近1个数量级,不考虑后续故障会低估系统的风险;当基于地震区划图设防标准的地震发生时,系统失效概率虽然很小,但一旦发生,其损失的负荷量很大,因此针对规划方案有必要考虑自然灾害的影响。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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