一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标确定方法与流程

本发明涉及一种电力系统的模拟与计算领域的判定方法，具体设计一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标计算方法。

背景技术：

电力系统可靠性包括充裕性和可靠性两个方面。

充裕性(adequacy)是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。充裕性又称静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电能能量的能力。

可靠性(Security)是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未预料短路或预料到的失去系统元件的能力。可靠性也称动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电能量的能力。

由于动态可靠性评估的复杂性，目前在模型、算法、软件等方面，国内外都是处于起步和探索阶段。目前，我国电网动态可靠性评估中广泛采用的是概率性评价方法，概率性评价方法分为解析法和模拟法。解析法理论严密，物理概念清楚，可以用较严格的数学模型和一些有效的算法对系统可靠性进行周密的分析，准确性较高，便于进行事件针对性分析。因此，工程上动态可靠性评估应用比较多的是解析法，也即故障枚举法。它通过枚举系统故障状态，然后对此系统状态进行潮流和稳定计算，以判断此枚举状态是否为故障状态。由于潮流计算涉及矩阵计算，计算量较大，并且随着系统规模的增大，需要枚举的系统状态将呈指数增长，若再加上励磁系统等，容易出现维数灾难。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标计算方法，该方法实现了与PSD－BPA接口，解决了以往动态可靠性评估中暂态稳定分析模型较为简单的问题，使可靠性分析结果更为精确；所考虑的故障模式更为全面，不仅包括线路、变压器等发生的单重故障或双重故障，还包括由于保护误动或拒动引起的多重连锁故障；采用分区模型和故障排序法等加速算法来解决解析法计算量大的问题，进一步提高了算法的计算效率和实用性。该方法可实现对大规模电力系统的动态可靠性综合评价，为电力系统运行和规划人员提供一种有效的分析方法和手段，以便找出制约电力系统安全性 的瓶颈和薄弱环节，制定相应的防范和改进措施，提高电力系统运行的安全性和可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标确定方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：与电力系统分析程序PSD－BPA接口；

步骤2：存储电力系统的线路参数；

步骤3：电力系统分层及故障排序；

步骤4：电力系统暂态稳定计算；

步骤5：对失稳事件进行可靠性指标计算。

进一步地，所述步骤1包括：通过与电力系统分析程序PSD－BPA接口，选取电力系统分析程序PSD－BPA格式潮流和稳定文件的路径，调用潮流和稳定数据文件，使其作为原始输入文件。

进一步地，所述步骤2包括：

步骤2-1：从潮流文件获取分析电力系统的元件(发电机、变压器等)数、节点数和网络线路数，确定电力系统基本结构，形成故障集；

步骤2-2：整理分析电力系统的可靠性参数，包括：元件的故障率(次/年)、故障平均修复时间(小时/次)、计划检修率(次/年)、计划检修时间(小时/次)和继电保护装置误动概率；

步骤2-3：运行BPA潮流计算程序，得到潮流结果输出二进制文件.BSE。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤3-1：考虑采用分层模型并在故障枚举时对相同性质类型的故障进行合并处理来减少所需模拟的故障状态数；根据对电力系统中各部分的不同关注程度，将电力系统分为主关注层A和次关注层B两层；

(1)在模拟电网的故障事件时，对于分层模型的不同层分别采用截断状态空间法，对于主关注层A，考虑元件一重和两重故障；对于次关注层B只考虑一个独立元件故障和两个独立元件同时故障，即只考虑系统的N-1和N-2安全性；

(2)若故障切除时间大的事故发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作故障切除时间小的暂稳计算，例如某条500kV线路三相短路单相拒动故障(故障切除时间1s)后系统能够保持稳定，则不再进行该线路的三相短路(故障切除时间0.1s)故障计算；

步骤3-2：按照故障的严重程度对故障计算顺序进行排序：优先计算较严重的线路故障， 若电力系统稳定，则不往下计算；

进一步地，所述步骤3-2中，线路故障包括：①三相短路②三相断线③两相接地短路④两相短路⑤两相断线⑥单相短路重合闸不成功⑦单相短路重合闸成功和⑧单相断线；

对线路故障按照下面的原则来处理：

(1)若①三相短路故障发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作①三相短路故障以后的故障暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，则进行三相断线故障②的暂稳计算；

(2)若②三相断线故障发生后，电力系统能够保持稳定，不再作②三相断线故障以后的故障暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，则进行③两相接地短路故障的暂稳计算；

(3)若③两相接地短路故障发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作③两相接地短路故障以后的故障暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，进行④两相短路故障的暂稳计算；

(4)若④两相短路故障发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作④两相短路故障以后的故障暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，进行⑤两相断线故障的暂稳计算；

(5)若⑤两相断线故障发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作⑤两相断线故障以后的故障暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，进行⑥单相短路重合闸不成功故障的暂稳计算；

(6)若⑥单相短路重合闸不成功故障发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作⑥单相短路重合闸不成功故障以后的故障的暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，进行⑦单相短路重合闸成功故障的暂稳计算；

(7)若⑦单相短路重合闸成功故障发生后，电力系统能够保持稳定，则不再作⑦单相短路重合闸成功故障以后的故障的暂稳计算；若电力系统不能够保持稳定，进行⑧单相断线故障的暂稳计算。

进一步地，所述步骤4包括：通过获取的各类参数，在BSE文件的基础上，运行BPA暂态稳定计算程序，对处于不同故障情况下的电力系统进行暂态稳定计算，得到稳定计算结果输出文件。

进一步地，所述步骤5包括：

步骤5-1：根据《电力系统安全稳定计算技术规范》中的稳定判据，设定电压、频率和功角的判稳阈值，并基于稳定计算结果输出文件，对电力系统中各节点按照设定阈值进行电压、频率和功角稳定分析，判定电力系统是否失稳；

步骤5-2：结合元件可靠性历史数据，对导致电力系统失稳的事件进行可靠性指标计算，得到该次失稳事件导致的电力系统动态可靠性概率指标，，电力系统动态可靠性概率指标包 括功角越限系统失稳指标、电压越限系统失稳指标、系统不安全指标。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1.实现了与PSD－BPA接口，较好的解决了以往可靠性可靠性评估中暂态稳定分析模型较为简单的问题，使可靠性分析结果更为精确，且大大减少了人工计算工作量。

2.考虑的故障模式更加合理、全面,不仅考虑了线路故障模式，而且考虑了母线、变压器故障及保护误动、拒动的故障模式。

3.采用了各种加速算法来解决解析法计算量大的问题，进一步提高了软件的计算效率，使软件的实用性更强。

本发明提供一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标计算方法，可适用于大规模电力系统的动态可靠性评估，具有很好的可计算性和广泛适应性，计算简单，速度快，可以作为调度运行及规划设计部门的主要分析工具。

附图说明

图1是本发明所提供的电力系统分层模型图；

图2是本发明所提供的判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标计算方法流程图；

图3是本发明所提供的示例计算系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标计算方法实现了与PSD－BPA接口，解决了以往动态可靠性评估中暂态稳定分析模型较为简单的问题，使可靠性分析结果更为精确； 所考虑的故障模式更为全面，不仅包括线路、变压器等发生的单重故障或双重故障，还包括由于保护误动或拒动引起的多重连锁故障；采用分区模型和故障排序法等加速算法来解决解析法计算量大的问题，进一步提高了算法的计算效率和实用性。该方法可实现对大规模电力系统的动态可靠性综合评价，为电力系统运行和规划人员提供一种有效的分析方法和手段。

本发明提供一种判定电网可靠性水平的动态可靠性概率指标计算方法，流程图如图1所示，主要包括以下步骤：

步骤1：与PSA－BPA程序的接口；包含通过与PSD－BPA程序的接口，选取PSD－BPA格式潮流和稳定文件的路径，调用潮流和稳定数据文件，使其作为原始输入文件。

步骤2：存储研究系统的线路等参数；包含：

步骤2-1：从潮流文件获取分析系统的元件(发电机、变压器等)数、节点数、网络线路数，确定系统基本结构，形成故障集；

步骤2-2：整理分析系统的可靠性参数，包括：元件的故障率(次/年)、故障平均修复时间(小时/次)、计划检修率(次/年)、计划检修时间(小时/次)、继电保护装置误动概率等。

步骤2-3：运行BPA的潮流计算程序，得到潮流结果BSE文件。

步骤3：系统分层及故障排序；包含：

步骤3-1：考虑采用分层模型并在故障枚举时对相同性质类型的故障进行合并处理来减少所需模拟的故障状态数，从而提高计算速度。根据对系统中各部分的不同关注程度，将系统分为A、B两层，A层是所关注的主要部分，应采用详细模型进行重点研究；B层为关注的次要部分，B层与A层是有机联结的，可采用一般模型进行研究。系统分层模型附图1所示：

(1)在模拟电网的故障事件时，对于分层模型的不同层分别采用截断状态空间法，对于主关注层A，考虑元件一重、两重故障。而对于次关注层B只考虑一个独立元件故障和两个独立元件同时故障，即只考虑系统的N-1和N-2安全性。对于三个及三个以上独立元件同时发生故障这类事件，概率极小，忽略以后对电网可靠性计算结果不会产生重大影响。

(2)若故障切除时间较大的事故发生后，系统能够保持稳定，则不再作故障切除时间较小的暂稳计算。

步骤3-2：按照故障的严重程度对故障计算顺序进行排序。考虑到解析法的计算量比较大，该方法中按照以下思路对其进行了改进，达到提高计算效率的目的。即按照故障的严重程度对故障计算顺序进行排序，优先计算比较严重的故障，若系统稳定，则不往下计算，从而显著地减少计算量。

在该方法中的具体实现如下：由于母线、变压器故障；双回线一回三永，一回保护误动；同杆双回或多回异名相故障；三永故障，一侧开关拒动；单永故障，一侧开关拒动的后果比较严重，所以对它们都要计算。线路故障(①三相短路②三相断线③两相接地短路④两相短路⑤两相断线⑥单相短路重合闸不成功⑦单相短路重合闸成功⑧单相断线)则按照下面的原则来处理：

(1)若故障①发生后，系统能够保持稳定，则不再作故障①以后的故障的暂稳计算；若系统不能够保持稳定，就需要进行故障②的暂稳计算。

(2)若故障②发生后，系统能够保持稳定，不再作故障②以后的故障的暂稳计算；若系统不能够保持稳定，就需要进行故障③的暂稳计算。

其它类型故障的计算顺序以此类推，在此不再详述。

步骤4：进行系统暂态稳定计算；包含：通过前面获取的各类参数，在BSE文件的基础上，运行BPA的暂态稳定计算程序，对处于不同故障情况下的研究系统进行暂态稳定计算，得到稳定计算结果OUT文件。

步骤5：对失稳事件进行可靠性指标计算；包含：

步骤5-1：基于稳定计算结果OUT文件，对电力系统中各节点按照设定阈值进行电压、频率、功角稳定分析，判定系统是否失稳；

步骤5-2：结合元件可靠性历史数据，对导致系统失稳的事件进行可靠性指标计算，得到该次事件导致的系统动态可靠性概率指标，电力系统动态可靠性概率指标包括功角越限系统失稳指标、电压越限系统失稳指标、系统不安全指标。

实施例

采用图3中IEEE9简单系统作为示例，系统规模：共有3台发电机，9个节点，6条支路，全系统状态变量为31个。由于IEEE9算例的系统规模较小，可靠性数据采用全国平均可靠性数据。

进行动态可靠性概率指标计算时步骤如下：

(1)选择要计算的PSD-BPA格式的潮流和稳定文件的路径；

(2)对所研究电力系统进行分层，选择关注层或次关注层的计算分区或者全部分区；

(3)选择分区中计算故障类型，设定各种不同类型故障的切除时间，对各层系统进行故障排序；

(4)按照故障排序对各故障状态进行暂态稳定计算，分析计算结果，判定系统是否失稳；

(5)若系统失稳，则进行系统动态可靠性概率指标，并得到系统的概率稳定指标。

下面给出IEEE9简单系统在扰动情况下的稳定情况，如表1所示。

表1 IEEE9节点系统扰动下的稳定情况

根据上述稳定计算结果，按照动态可靠性概率指标评估算法可计算得到由于系统失稳的概率值为：

由电压越限导致失去稳定的概率为：1.797104×10^-8

由功角越限导致失去稳定的概率为：8.498713×10^-8

总的系统不安全概率为：9.063984×10^-8

从上面的结论可以看出，IEEE9节点系统所有的系统失稳都伴随有功角不稳，因此，可以认为功角稳定是影响系统稳定的主要因素。

本发明中所提出的方法计算比较方便，概念清晰，在实际电网中得到了应用和验证。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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。