用于在线评估与控制决策的电网运行安全风险指标体系研究

科学、系统的风险指标体系是电网运行安全风险管控的基础,风险评估与风险控制决策是风险管控的重要环节。基于电网运行安全风险层次全息评估的研究,提出了在线风险评估指标体系;基于风险聚合控制决策的研究,提出了在线风险控制决策指标体系,从而构成用于在线分析的电网运行安全风险指标体系,对推动电网运行安全风险在线评估与控制决策的工程应用具有重要意义。     

宁波电网运行风险分析及决策支持系统

介绍了宁波电网运行风险分析及决策支持系统的主要功能和特点.引入风险理论,根据历史统计数据创建了元件停运模型,进而计算电网处于某一预想故障状态的概率,结合电网预想故障的后果分析,定量地描述了电网的运行风险情况.在电网运行风险分析时,仿真了备自投及主变过载联切等自动装置的动作逻辑,使分析结果与电网实际情况更加吻合.系统基于EMS实时数据实现了在线电网运行风险评估,结合检修计划实现了离线电网运行风险评估,为电网调度操作及检修计划安排提供决策支持.实际运行经验表明,该系统可以有效地指导宁波电网的运行工作.     

一种考虑二次设备模型的在线静态运行风险评估方法

电网运行风险评估可以综合考虑扰动事件发生的可能性和严重性,其模型复杂、计算量大。文中分析了在线环境下运行风险评估的特点和模型要求,提出一种基于事件树概念的在线运行风险评估方法。该算法采用自动装置和继电保护逻辑仿真法,模拟N-1的原发性故障引发的连锁故障,动态生成事件树。通过设置事件树的概率精度来控制事件树的规模,从而控制单次运行风险评估的计算量。基于该方法开发的软件已嵌入预警系统,并已在现场投入运行。     

关于电网运行安全风险在线评估的评述

根据确定性的准则进行电网运行控制,难以妥善协调电网运行的安全稳定性与经济性;在线安全稳定综合防御技术的发展与应用,为电网运行安全风险在线评估奠定了良好的基础。文中评述电网运行安全风险在线评估相关的研究成果,讨论电网运行安全风险的内涵、工程化的电网运行安全风险指标的特征及其要求,分析运行安全风险在线评估的特点,探讨电网运行安全风险在线评估的流程及其实现所要解决的关键问题。     

基于可信性理论的电力系统运行风险评估:（一）运行风险的提出与发展

介绍了运行风险评估的基本定义,总结了电力系统运行风险评估与传统调度确定性分析方法和电力可靠性研究相区别的特征.电力系统运行风险评估的主要目的有2个:一是对电力系统运行中的不确定性因素进行定量评估,建立运行风险指标体系;二是以运行风险指标为决策手段,综合协调电力系统的安全性与经济性.与核电厂运行风险进行类比,分析了电网运行风险评估的发展前景.概述了运行风险评估的相关研究已分别在元件级的安全评估和系统级的安全评估2方面取得的一些重要进展,介绍了它们所借鉴的传统的可靠性研究方法,阐述了风险评估的研究思路.     

计及多因素的电网冰灾风险评估模型研究

为综合评价电网遭受的冰灾风险,提出了一种计及多因素的电网冰灾风险评估模型。首先对冰灾气候建模,采用皮尔森Ⅲ分布描述年极值冰厚概率分布,并给出电网设计冰厚与年极值冰厚的关系;接着分析了覆冰厚度、融冰机配置和资源保障率等因素对元件停运模型的影响,并通过模糊推理系统建立线路的停运模型。在此基础上建立电网的冰灾风险评估模型,对算例的仿真结果表明,该方法可以准确、合理地考虑多种因素对电网冰灾风险的影响,并指出采用融冰机等措施能够有效地减小电网的运行风险,从而为电力部门的运行和管理提供有益的参考和意见。     

基于拓扑建模和关联集分解的电网设备风险评估技术

针对当前基于风险的检修辅助决策在工程实践方面的不足,提出一种基于拓扑建模和关联集分解的电网设备风险评估技术方案。通过解析IEC61970标准的公共信息模型数据,建立电网拓扑的等值模型,同时为简化分析,引入设备关联集的概念作为风险评估的基本单元。基于设备停运模型、故障筛选策略及最优切负荷模型,评估关联集停运引起的电网N-1运行风险,并利用风险评估结果指导设备检修决策。结合山东电网应用实例,展示了该技术方案对检修决策的指导意义。     

计及安全稳定二、三道防线的电网运行风险评估

为满足电网运行风险"实时分析、预先调控"的安全性要求,提出计及安全稳定二、三道防线的电网运行风险评估方案,解决安全自动装置(安自装置)执行效果与电网实时运行缺乏互动的问题。该方案基于可扩展标记语言XML描述安自装置当值控制策略及定值,在线实时传送至在线动态安全评估系统。在线动态安全评估系统按启动逻辑、动作逻辑和控制设备三元素建立安自装置控制策略模型后,结合电网实时运行数据,评估安自装置当值控制策略在电网预想故障场景下能否保证电网安全稳定运行。进一步根据599号令等有关条款,统计安自装置动作切除设备所造成的电力安全事故事件等级,实现安自装置动作后果的风险评估。该方案首次在广东电网实际应用,效果表明该方案能够计及二、三道防线安自装置当值控制策略的影响,提升在线动态安全评估结果的实时性和准确性。     

特高压直流运行风险评估技术研究及应用

特高压直流输送容量大、外部运行环境复杂、一二次设备繁多,一旦故障将对送受端同步交流电网造成较大影响,实时运行中亟需研究构建特高压直流运行风险评估技术。构建了特高压直流运行风险评估总体框架,描述了直流一二次设备建模情况,提出了针对特高压直流运行特点的在线分析关键技术,最后给出了直流闭锁、再启动和换相失败、多馈入短路比等核心分析模块。相关成果已在相关调度机构部署,保障了特高压互联电网的安全运行。     

基于智能电网调度技术支持系统的电网运行安全风险在线防控

在国家电网公司范围内省级及以上调度中心,建设了智能电网调度技术支持系统,实现了基于确定性的电网安全稳定分析。研究基于智能电网调度技术支持系统进行电网运行安全风险在线防控的相关问题。分析了电网运行安全风险在线防控对基础信息和分析决策功能的要求;分析了智能电网调度技术支持系统为实现电网运行安全风险在线防控提供的基础,包括基础平台、基础信息和分析决策支持等方面;提出了电网运行安全风险在线防控在智能电网调度技术支持系统中的定位,分析研究了基于智能电网调度技术支持系统实现电网运行安全风险在线防控的技术方案,提出了电网故障概率在线评估、电网运行安全风险在线评估和电网运行安全风险在线控制辅助决策的功能要求、输入输出信息和关键技术。     

一种电力系统连锁故障的概率风险评估方法

讨论了连锁故障风险评估的框架结构,即确定元件停运模型、选择初始系统状态、相继故障过程分析和风险计算。该文在分析中考虑了保护误动、断路器拒动、元件组停运、电站相关停运、共因停运等相关停运模型,利用功能组分解技术和事件树分析法,选择连锁故障的初始系统状态,提出简化相继故障过程分析的依据和处理方法,进而提出一种新的连锁故障概率风险评价方法。通过算例,给出不同停运模式的风险指标以及系统元件的风险排序。仿真结果显示,系统发生连锁故障的总风险值随负荷率的增长而增长。当负荷率小于1时,连锁故障总风险主要由保护误动模式承担;当负荷率达到1和1.26两个临界点时,总风险发生两次突变。其中,第1个临界点受共因停运模式的影响,第2个临界点受单元件强迫停运模式的影响。     

电力系统运行风险评估中元件时变停运模型分析

电力系统设备发生故障的可能性是随外部天气条件、老化程度等运行工况变化而变的,因此在运行风险评估中需要采用时变的设备停运模型.文中对现有文献中故障率的定义进行了分类和分析,论证了泊松过程停运模型中的故障率和马尔可夫过程停运模型中的状态转移速率之间的关系,并给出了时变故障率下的马尔可夫过程建模的条件和建模方法.基于上述结论,进一步提出对于暴露型设备停运可采用马尔可夫过程模型描述;而封闭型设备必须采用非马尔可夫模型.最后,给出典型暴露型设备(架空线路)和典型封闭型设备(变压器)的时变停运模型,并进行了算例分析.     

基于ALARP准则的高比例新能源并网系统日前运行风险评估

为提高高比例新能源并网系统的运行安全性,提出含风电与光伏并网系统的日前运行风险评估模型,在计及风光有功出力不确定性、负荷不确定性和系统元件状态的基础上,考虑了风光联合有功出力以及天气对线路停运率的影响,以更准确地进行风险评估.在计及电压越限、线路有功功率越限和系统失负荷的传统风险指标体系基础上,增加稳态频率越限风险指标,以更全面地考量风险来源,并结合层次分析法与熵权法引入涵盖上述指标的综合风险指标;基于最低合理可行(ALARP)准则对各个风险指标进行等级划分,以更直观地反映运行风险的大小.采用非序贯蒙特卡洛法抽取系统状态和运行条件进行风险评估,以IEEE-RTS79系统为例,通过计算分析一天24 h中系统运行风险的变化,验证了所提模型和方法的有效性,为风险指标评级研究和以风电和光伏为代表的高比例新能源并网系统日前运行风险评估提供参考.     

基于风险理论的电力系统元件风险评估

提出了基于风险理论的电力系统元件风险评估办法。以风险理论为基础,综合考虑元件停运概率和元件停运可能对系统造成的影响,通过过电压风险、低电压风险、线路过载风险、变压器过载风险、失负荷风险五类风险指标对电力系统元件风险进行“分诊”,应用3标度层次分析法得出元件综合风险,并进一步应用ALARP原则对综合风险量化分级。通过IEEE RTS-79系统验证了基于风险理论的电力系统元件风险评估办法是可行的,它能确定系统各元件所处的风险水平及在系统中的重要度,为电力系统运行维护人员提供了一定的参考依据。     

输电系统连锁故障风险评估指标及计算方法

电力系统连锁故障是一种发生概率低但后果极为严重的事故,可能导致大面积停电甚至整个系统崩溃。为了防止连锁故障事故的发生,尽量降低其危害,本文对评估输电系统连锁故障的风险指标进行研究,以保障电网的安全运行。文章首先根据复杂网络理论和风险评估理论,提出输电系统连锁故障风险评估指标体系,然后建立一种基于最优潮流的连锁故障仿真模型,在此基础上计算各类评估指标。最后,通过对IEEE118节点测试系统进行连锁故障风险分析,以说明研究工作的有效性。     

基于潮流转移和追踪的含风电电力系统运行风险评估

为实现含风电电力系统运行风险快速评估,提出了一种基于潮流转移和追踪的风险快速评估方法。首先,考虑风电出力波动与时间和风速的相关性,基于Markov理论建立了风速相依的风电出力波动模型;其次,为提高系统状态分析效率,通过推导节点转移分布因子和适用于多支路开断的支路开断分布因子来实现快速潮流计算,避免了潮流迭代计算;然后,建立了基于潮流追踪的负荷削减模型,采用潮流追踪理论筛选出最有效的控制节点集合,将全系统范围内寻优转化为局部范围内寻优,在改进潮流计算算法和负荷削减模型2个方面实现了运行风险快速评估;最后,通过IEEE-RTS79系统的仿真分析,验证了所提模型的准确性和有效性,进一步计算切负荷风险指标和线路越限风险指标以分析不同风速条件对系统运行风险评估的影响,为含风电电力系统运行风险评估提供参考。     

运行风险评估中的变压器时变停运模型(二)基于延迟半马尔可夫过程的变压器时变停运模型

建立了用于电力系统运行风险评估的变压器时变停运模型。首先,根据变压器事故停运的特性,将其状态划分为运行状态、内部潜伏性故障状态和外部附件故障状态。然后,建立了基于延迟半马尔可夫过程的变压器时变停运模型。该模型既能够反映变压器内部故障和外部故障在修复时间上的区别,又能够反映变压器内部潜伏性故障在维修前后故障率的变化。最后,利用数值算例验证了所提出的模型的科学性。     

考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合

发电机故障停运是电力系统运行中的不确定事件。目前在含风电鲁棒机组组合中考虑机组故障停运的方法,不同程度地忽略了机组故障停运的概率特征,难以较好描述机组故障停运风险。在含风电鲁棒机组组合模型的基础上,引入电量不足期望以量化机组故障停运风险,基于成本收益分析建立了考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合模型,并提出计算电量不足期望的简化模型以提升计算效率。基于改进的IEEE-RTS 26机系统验证所提模型和方法,结果表明该方法能较好考虑风电不确定性和机组故障停运风险的影响,该简化模型能显著减小问题求解规模、缩短计算时间。     

A time-varying transformer outage model for on-line operational risk assessment

The failure probabilities of system components may vary with changes in the operating conditions. Performing a probabilistic risk assessment in real-time is challenging, since component failure probabilities are difficult to predict. Accordingly, this paper introduces a delayed semi-Markov process that incorporates real-time data from advanced sensors, as a means of efficiently calculating time-varying or condition-based failure probabilities. To demonstrate the feasibility of the procedure, a time-varying transformer outage model with numerical examples is presented. In the proposed technique, an analytic random model is developed to accommodate the impact of real-time dissolved gas analysis data, as well as other conditions pertaining to the failure probabilities of system components.     

Power System Risk Assessment Using a Hybrid Method of Fuzzy Set and Monte Carlo Simulation

This paper presents fuzzy-probabilistic modeling techniques for system component outage parameters and load curves. The fuzzy membership functions of system component outage parameters are developed using statistical records, whereas the system load is modeled using a combined fuzzy and probabilistic representation. Based on the fuzzy-probabilistic models, a hybrid method of fuzzy set and Monte Carlo simulation for power system risk assessment is proposed to capture both randomness and fuzziness of loads and component outage parameters. An actual example using a regional system at the British Columbia Transmission Corpoation is given to demonstrate the application of the presented fuzzy-probabilistic models for system parameters and new system risk evaluation method.