一种电力系统运行可靠性的确定方法及装置与流程

本发明涉及电力系统运行分析领域，具体涉及一种电力系统运行可靠性的确定方法及装置。

背景技术：

随着我国电力需求的快速增长，西电东送、全国联网战略的实施，我国电网的互联规模日益扩大、复杂性不断提高。提高大型互联电网运行可靠性、保证电网安全已成为我国电力系统面临的关键性和迫切性问题。

电力系统运行风险评估是现代互联电网规划关键技术之一，该技术将量化分析未来电力需求增长、元件故障等不确定因素对电网格局的影响。常规的可靠性算法基于元件的稳态统计参数，对典型的系统运行模式进行状态枚举或模拟，从而评估其状态后果，但这种方法在大规模电力系统中分析时，系统的充裕度很大，考虑到所有备用容量和备用线路的投运，然而电力系统运行分析的过程中，人们更关心电力系统的特定运行方式，希望对某些运行方式进行评估，以及运行可靠性的评估。

技术实现要素：

本发明提供一种电力系统运行可靠性的确定方法及装置，其目的是更加准确的分析故障发生后元件的运行状态，继而得到故障发生后的故障概率。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电力系统运行可靠性的确定方法，其改进之处在于，包括：

确定电网中各元件的故障概率；

根据所述各元件的故障概率并利用动态潮流确定各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数；

根据所述各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数确定电力系统运行可靠性。

优选的，所述确定电网中各元件的故障概率，包括：

若电网中元件为线路，则按下式确定线路的故障概率p(l)：

上式中，为线路的年平均故障概率，l为线路传输功率，为线路正常工况下最大传输功率，lmax为线路极端工况下能承受的最大传输功率；

若电网中元件为发电机，则按下式确定发电机的故障概率p(v)：

上式中，为发电机的年平均故障概率，vg为发电机端电压，为发电机正常工况下最小工作电压，vg,min为发电机极端工况下能承受的最小工作电压，为发电机正常工况下最大工作电压，vg,max为发电机极端工况下能承受的最大工作电压。

优选的，根据所述各元件的故障概率并利用动态潮流确定各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数，包括：

a.初始化第k个元件故障时电网的故障概率pk＝fk以及电网的损失负荷量lk＝0，fk为电网中第k个元件的故障概率；

b.读入第k个元件故障时的电网数据；

c.利用牛顿-拉夫逊法计算电网潮流，获取平衡点的有功功率pswing，并判断平衡点的有功pswing是否满足预设条件，若是，则转至步骤e，若否，则令加速功率pacc＝pswing-p0，p0为平衡节点的设定功率；

d.更新频率偏差δf及电网中节点的发电机的出力和负荷出力，并返回步骤c；其中，频率偏差δf初始值为0；

e.输出电网潮流结果，并更新系统频率f＝f0-δf，其中，f0为系统的基准频率；

f.若电网中各节点的电压和系统频率f越限，则对电网进行切负荷，并更新第k个元件故障时的电网的损失负荷量lk＝lk+lx，其中，lx为最小切负荷量，若电网中各节点的电压和系统频率f不越限，则不对电网进行切负荷；

g.搜索电网越限元件，若存在，则断开随机挑选的越限元件x，并更新电网的故障概率pk＝pk*fx，转至步骤b，其中，fx为随机挑选的越限元件x的故障概率，若不存在，则转至步骤h；

h.根据第k个元件故障时电网的损失负荷量lk确定第k个元件故障时电网的切负荷系数ik；

i.判断k是否小于等于m，若是，则令k＝k+1并返回步骤a，若否，则结束操作，输出最终计算结果。

进一步的，所述预设条件为|pswing-plaxt|≤εmax，临时变量plast＝p0，εmax为预设的误差上限值。

进一步的，按下式更新频率偏差δf：

上式中，kgi为第i个节点的机组负荷改变时相应的转速偏移，kli为第i个节点的有功负荷的频率调节效应系数，n为电网节点总数。

进一步的，所述步骤d中，更新电网中节点的发电机的出力以及负荷出力包括：

按下式更新电网中第i个节点的发电机的出力pgi：

pgi＝pgi0+kgi·δf

上式中，pgi0为电网中第i个节点的发电机的原始出力，δf为频率偏差，kgi为第i个节点的机组负荷改变时相应的转速偏移；

按下式更新电网中第i个节点的负荷出力pli：

pli＝pli0+kli·δf

上式中，pli0为电网中第i个节点的负荷的原始出力，kli为第i个节点的有功负荷的频率调节效应系数。

优选的，所述根据所述各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数确定电力系统运行可靠性，包括：

根据所述各元件故障时电网的故障概率和切负荷系数确定电力系统的失负荷概率；

根据所述各元件故障时电网的故障概率和损失负荷量确定电力系统的电能不足期望值。

进一步的，按下式确定电力系统的失负荷概率lolp：

上式中，pk为第k个元件故障时的电网的损失负荷量，ik为第k个元件故障时电网的切负荷系数，m为电网中元件总数；

按下式确定电力系统的电能不足期望值eens：

上式中，lk为第k个元件故障时电网的损失负荷量。

一种电力系统运行可靠性的确定装置，其改进之处在于，所述装置包括：

第一确定模块，用于确定电网中各元件的故障概率；

第二确定模块，用于根据所述各元件的故障概率并利用动态潮流确定各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数；

第三确定模块，用于根据所述各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数确定电力系统运行可靠性。

优选的，所述第三确定模块，包括：

第一确定单元，用于根据所述各元件故障时电网的故障概率和切负荷系数确定电力系统的失负荷概率；

第二确定单元，用于根据所述各元件故障时电网的故障概率和损失负荷量确定电力系统的电能不足期望值。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案基于动态潮流技术，在计算电力系统运行可靠性时，采用动态潮流实时分析电网在不同故障下的运行状态，然后根据电网运行状态，结合电力系统元件的故障概率，获得电网故障发生的概率，计算得到电力系统的运行可靠性。该方法考虑了系统解列或并网后的频率变化过程，以及故障发生后的潮流转移情况，计算得到的元件运行状态相较于常规潮流更加准确；同时，该方法利用电力系统元件的的故障概率，能够更加准确的确定电网的故障概率，计算得到的运行可靠性结果对电力系统运行调度具有十分重要的指导意义，进一步的，本发明提供的技术方案可以弥补现有电力系统运行可靠性计算的不足，为运行可靠性计算提供有效的计算工具，提高运行可靠性计算精度，对电力系统安全稳定运行具有十分重要的使用价值和意义。

附图说明

图1是本发明一种电力系统运行可靠性的确定方法的流程图；

图2是本发明实施例中线路的运行可靠性模型特性曲线示意图；

图3是本发明实施例中发电机的运行可靠性模型特性曲线示意图；

图4是本发明实施例中电力系统运行可靠性确定流程示意图；

图5是本发明实施例中机组负荷改变时相应的转速偏移特性曲线示意图；

图6是本发明实施例中有功负荷的频率调节效应系数特性曲线示意图；

图7是本发明一种电力系统运行可靠性的确定方法的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种电力系统运行可靠性的确定方法，基于动态潮流技术，在计算电力系统运行可靠性时，采用动态潮流实时分析电网在不同故障下的运行状态，然后根据电网运行状态，结合电力系统元件的运行可靠性模型，得到不同元件的故障概率，由此获得多重故障发生的概率，计算得到电力系统的运行可靠性，如图1所示，包括：

101.确定电网中各元件的故障概率；

102.根据所述各元件的故障概率并利用动态潮流确定各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数；

103.根据所述各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数确定电力系统运行可靠性。

具体的，所述步骤101中，可以利用线路的运行可靠性模型以及发电机的运行可靠性模型确定电网中各元件的故障概率，其中，线路的运行可靠性模型性曲线示意图如图2所示，发电机的运行可靠性模型性曲线示意图如图3所示，具体包括：

若电网中元件为线路，则按下式确定线路的故障概率p(l)：

上式中，为线路的年平均故障概率，l为线路传输功率，为线路正常工况下最大传输功率，lmax为线路极端工况下能承受的最大传输功率；

若电网中元件为发电机，则按下式确定发电机的故障概率p(v)：

上式中，为发电机的年平均故障概率，vg为发电机端电压，为发电机正常工况下最小工作电压，vg,min为发电机极端工况下能承受的最小工作电压，为发电机正常工况下最大工作电压，vg,max为发电机极端工况下能承受的最大工作电压。

确定电网中各元件的故障概率之后，所述步骤102，如图4所示，包括：

a.初始化第k个元件故障时电网的故障概率pk＝fk以及电网的损失负荷量lk＝0，fk为电网中第k个元件的故障概率；

其中，电网数据包含电网中母线节点的名称、电压等级；线路长度、阻抗参数；变压器阻抗参数；发电机有功无功最大最小值、有功设定值、调差系数kg；负荷的有功和无功、频率调节效应系数kl；

kg为可定量表明一台机组负荷改变时相应的转速偏移，其特性曲线如图5所示，其中，pgn为发电机组有功功率，fn为发电机组频率，f0＝50hz为系统的基准频率，例如，当kg＝5％，如有功功率改变1％，频率偏移为0.05％；如有功率改变20％，则频率偏移1％(0.5hz)。汽轮机kg＝3％～5％，水轮机kg＝2％～4％；

kl为有功负荷的频率调节效应系数，或简称负荷的频率调节效应，其特性曲线如图6所示，其中，pln为负荷有功功率，一般电力系统kl＝1～3，它表示频率变化1％时，负荷有功功率相应的变化为1％～3％；

b.读入第k个元件故障时的电网数据；

c.利用牛顿-拉夫逊法计算电网潮流，获取平衡点的有功功率pswing，并判断平衡点的有功pswing是否满足预设条件，若是，则转至步骤e，若否，则令加速功率pacc＝pswing-p0，p0为平衡节点的设定功率；

其中，所述预设条件为|pswing-plaxt|≤εmax，临时变量plast＝p0，εmax为预设的误差上限值。

d.更新频率偏差δf及电网中节点的发电机的出力和负荷出力，并返回步骤c；其中，频率偏差δf初始值为0；

e.输出电网潮流结果，并更新系统频率f＝f0-δf，其中，f0为系统的基准频率；

f.若电网中各节点的电压和系统频率f越限，则对电网进行切负荷，并更新第k个元件故障时的电网的损失负荷量lk＝lk+lx，其中，lx为最小切负荷量，若电网中各节点的电压和系统频率f不越限，则不对电网进行切负荷；

g.搜索电网越限元件，若存在，则断开随机挑选的越限元件x，并更新电网的故障概率pk＝pk*fx，转至步骤b，其中，fx为随机挑选的越限元件x的故障概率，若不存在，则转至步骤h；

其中，越限元件包括：负载越限线路、和电压或频率越限发电机；

h.根据第k个元件故障时电网的损失负荷量lk确定第k个元件故障时电网的切负荷系数ik；

i.判断k是否小于等于m，若是，则令k＝k+1并返回步骤a，若否，则结束操作，输出最终计算结果。

进一步的，该步骤中的潮流计算为常规潮流计算，可以使用牛顿-拉夫逊法、pq解耦法等方法计算得到，也可以使用bpa、psasp、pss/e等潮流计算软件获得；

所述步骤d中，按下式更新频率偏差δf：

上式中，kgi为第i个节点的机组负荷改变时相应的转速偏移，kli为第i个节点的有功负荷的频率调节效应系数，n为电网节点总数。

所述步骤d中，更新电网中节点的发电机的出力以及负荷出力包括：

按下式更新电网中第i个节点的发电机的出力pgi：

pgi＝pgi0+kgi·δf

上式中，pgi0为电网中第i个节点的发电机的原始出力，δf为频率偏差，kgi为第i个节点的机组负荷改变时相应的转速偏移；

按下式更新电网中第i个节点的负荷出力pli：

pli＝pli0+kli·δf

上式中，pli0为电网中第i个节点的负荷的原始出力，kli为第i个节点的有功负荷的频率调节效应系数。

获取各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数后，所述步骤103，包括：

根据所述各元件故障时电网的故障概率和切负荷系数确定电力系统的失负荷概率；

根据所述各元件故障时电网的故障概率和损失负荷量确定电力系统的电能不足期望值。

其中，按下式确定电力系统的失负荷概率lolp：

上式中，pk为第k个元件故障时的电网的损失负荷量，ik为第k个元件故障时电网的切负荷系数，m为电网中元件总数；

按下式确定电力系统的电能不足期望值eens：

上式中，lk为第k个元件故障时电网的损失负荷量。

本发明还提供一种电力系统运行可靠性的确定装置，如图7所示，所述装置包括：

第一确定模块，用于确定电网中各元件的故障概率；

第二确定模块，用于根据所述各元件的故障概率并利用动态潮流确定各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数；

第三确定模块，用于根据所述各元件故障时电网的故障概率、损失负荷量及切负荷系数确定电力系统运行可靠性。

其中，所述第三确定模块，包括：

第一确定单元，用于根据所述各元件故障时电网的故障概率和切负荷系数确定电力系统的失负荷概率；

第二确定单元，用于根据所述各元件故障时电网的故障概率和损失负荷量确定电力系统的电能不足期望值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。