首页 / 专利库 / 变压器和转换设备 / 发电机组 / 考虑灾害因素的电力系统短期风险判定方法

考虑灾害因素的电系统短期险判定方法

阅读:308发布:2024-02-15

专利汇可以提供考虑灾害因素的电系统短期险判定方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及考虑灾害因素的电 力 系统短期 风 险判定方法,属于电力系统可靠性与风险分析领域。该方法包括:从地理上划分引起电力系统输电线路故障的灾害所分布的地区(简称灾区,例如 雷击 、 冰 灾、 鸟 害等地区);并根据电力系统输电设备的 位置 以及灾区的地理分布建立输电设备与灾区的对应关系;通过统计电力系统输电设备历史故障及其发生原因,计算处于灾区内的输电设备在灾害发生时的条件故障率;根据气象预报信息以及输电设备的条件故障率,利用电力系统风险评估技术判定未来短期内电力系统的停电风险。利用本方法对灾害天气下电力系统潜在的停电事故作出预警,合理安排电力系统检修计划与运行方式, 预防 电力系统大规模停电事故。,下面是考虑灾害因素的电系统短期险判定方法专利的具体信息内容。

1.一种考虑灾害因素的电系统短期险判定方法,将电力系统发电机组、输电线路、变压器统称为“元件”;定义电力系统中的所有母线为“节点”;定义Tst与Ted为电力系统风险判定的起始时段与截止时段,电力系统风险判定的时间长度为Ted-Tst;
其特征在于,包括以下步骤:
1)从地理上划分对电力系统输电线路故障具有影响的灾区,建立输电线路与灾区的对应关系,根据线路与灾区的对应关系将输电线路分为多个输电线路分段,计算处于灾区内输电线路分段在灾害发生及未发生条件下的条件故障概率;
2)根据天气预报信息获取各灾区发生灾害的概率,并以此确定各输电线路分段的条件故障概率,根据输电线路的条件故障概率通过随机采样确定各输电线路的状态,并通过随机采样确定发电机组状态以及各母线负荷大小,以所述各元件的状态以及电力系统负荷大小为边界条件,利用最优潮流模型判断电力系统失效状态,得到电力系统各节点失负荷量;
3)根据所述各节点失负荷量计算系统失负荷概率、失负荷期望电量以及失负荷损失,利用收敛准则判定风险评估是否收敛,若不收敛则返回步骤2)开始新一次的采样,若收敛则根据系统计算结果判定系统短期运行风险。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述步骤1)具体包括以下步骤:
1.1)形成灾区地图
结合多年气象数据以及电力系统因自然灾害而产生故障的区域分布,绘制灾区分布图,在地图上形成多个闭合的灾区;利用式(1)计算每个灾区不同月份发生灾害的概率:
pij=dij/Dj (1)
式(1)中pij表示灾区i第j月灾害发生概率,dij表示灾区i历史上在第j月发生灾害的平均天数,Dj为第j月的总天数;
1.2)根据各输电线路故障的历史统计数据计算各输电线路的故障概率指标,包括各输电线路综合跳闸率al、重合闸成功率pRC,l、以及各输电线路故障平均修复时间MTTRl:
采用式(2)计算输电线路综合跳闸率:
式(2)中,al为输电线路l的综合跳闸率,单位为次/(年×百公里);nl,T为时间T内输电线路l跳闸的总次数;Ll为输电线路l的长度,单位为公里;
采用式(3)计算输电线路重合闸成功率:
式(3)中pRC,l为输电线路l的重合闸成功率; 为时间T内输电线路l跳闸后自动重合闸成功的总次数;
采用式(4)计算输电线路故障平均修复时间:
式(4)中,MTTRl为输电线路l故障平均修复时间,单位为小时;tl,T为时间T内输电线路l跳闸后处于修复状态的总时间;
1.3)建立灾区与输电线路对应关系:
根据灾区对输电线路位置关系将输电线路进行分段,分别记录输电线路在每个灾区的起始坐标与终止坐标,进而将输电线路分为K段,形成K个输电线路分段,分别获取各输电线路分段的长度:
ll,k,l=1,2,...,L,k=1,2,...,K (5)
式(5)中ll,k为输电线路l第k个分段的长度;
1.4)计算灾区内线路因灾害而引起的故障占其整体故障的百分比:
统计历史上灾区内各输电线路的所有故障,并将故障按发生原因进行分类,根据式(6)计算输电线路l因灾区i产生的灾害而引起的故障占其整体故障的百分比Qi,l为:
式(6)中nl,T,i为输电线路l在时间T的因灾区i产生的灾害而引起的故障的总次数;
1.5)计算处于同一灾区内输电线路故障相关系数:
采用式(7)计算时间时间T内各输电线路因灾害i产生故障的概率pl,i:
设灾区i内包含输电线路l1与l2,采用式(8)计算两输电线路故障的相关系数ρ:
-1 -1
Φρ[Φ (pl1),Φ (pl2)]=pl1,l2 (8)
式(8)中pl1,i与pl2,i分别表示l1与l2各自因灾害产生的故障概率,pl1,l2表示线路l1-1
与l2历史上因灾害同时产生故障的概率。Φ 表示一维标准正态分布函数的逆函数,Φρ为相关系数为ρ的二维正态分布;
1.6)计算输电线路在灾害发生与未发生情况下的条件故障率:
采用式(9)计算灾区i灾害时间占全年总时间的比例Ri:
l
根据步骤1.3)中对输电线路的分段以及步骤1.2)中输电线路综合跳闸a 率与重合闸成功率pRC,l,计算各输电线路各分段线路故障率,输电线路l第k分段故障率采用式(10)计算:
对于处于灾区中的输电线路,采用式(11)计算输电线路在发生灾害情况下条件故障率λl,k,1与未发生灾害情况下条件故障率λl,k,0:
3.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述步骤2)具体包括:
2.1)对灾区内是否发生灾害进行采样:
采用式(12)计算风险评估时间长度内灾害发生的概率pi:
式(12)中tj为风险评估目标时段处于各个月的天数,pij为步骤1.1)中计算得到的灾区i各月发生灾害概率;
利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定灾区i的状态:
Si取值中,0表示灾区i中未发生灾害,1表示灾区i发生灾害,i=1,2,...,I,i为灾区的序号,根据每个灾区的采样值依次确定电力系统中所有灾区在一次采样中的状态;
2.2)对处于灾区内的输电线路的分段的状态进行随机采样:
根据步骤2.1)中得到的灾区状态Si以及步骤1.6)中输电线路在发生灾害情况下与未发生灾害情况下条件故障率,计算处于灾区内的各输电线路的分段产生故障的概率,若输电线路l第k段处于灾区i内,则其故障概率的计算公式如式(14)所示:
式(14)中t=Ted-Tst表示风险评估的时间长度,pl,k,1表示灾害发生条件下输电线路l第k段发生故障的概率,pl,k,0表示灾害发生条件下输电线路l第k段发生故障的概率;
λl,k,1与λl,k,0分别为步骤1.6)中计算得到的输电线路在发生灾害情况下与未发生灾害情况下的条件故障率;
对灾区内输电线路分段的状态进行采样,对于每一个灾区,若灾害发生情况下(Si=
1),则进行步骤2.2.1),若灾害未发生(Si=0)则跳转至步骤2.2.2);
2.2.1)灾害发生情况下对输电线路分段的状态进行随机采样:
利用计算机标准随机数生成程序随机产生Li个正态分布的随机数δn(0.1),l,l=
1,2,...,Li,构成一个Li维的列向量Δn(0.1),Li表示灾区i内共有Li条线路;将步骤1.5)中计算得到的处于灾区i内所有输电线路分段故障相关系数组成相关系数矩阵Ci,其形式如式(15)所示:
式(15)矩阵Ci中的每一个元素均可由步骤1.5)中所述的过程获得;对Ci矩阵进行Cholesky分解,将Ci分解为三矩阵L及其转置的乘积:
Ci=LLT (16)
根据式(17)采用L对Δn(0.1)进行线性变换:
根据 中各元素的值 l=1,2,...,Li确定灾区各输电线路分段的状态,若输电线路l第k段处于灾区i内,输电线路分段状态Sl,k(0代表故障,1代表正常运行)由式(18)确定:
式(18)中Φ(·)为标准正态分布函数;
2.2.2)灾害未发生情况下对输电线路分段的状态进行随机采样:
利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定灾区i内输电线路l第k段的状态Sl,k(0代表故障,1代表正常运行):
步骤2.2.1)以及步骤2.2.2)完成了一个灾区内所有输电线路分段的状态的采样,i=
1,2,...,I,对所有灾区进行遍历采样后,得到所有处于灾区内输电线路分段在一次采样中的状态;
2.3)对不在灾区内的输电线路分段的状态进行随机采样:
根据步骤1.6)中式(10)计算得到的不在灾区内的输电线路分段的随机停运率λl,k,采用式(20)计算风险评估目标时间段t内停运概率pl,k:
式(20)中pl,k表示输电线路l第k段故障概率,λl,k为步骤1.6)中计算得到的输电线路故障率;利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定输电线路l第k段的采样状态Sl,k为:
Sl,k取值中,0表示输电线路l第k段故障停运,1表示输电线路l第k段正常运行;l=1,2,...,L,k=1,2,...,K,l与k分别是输电线路以及输电线路分段的编号;根据每个输电线路分段的采样值依次确定不在灾区内的输电线路分段的采样状态;
2.4)根据步骤2.2)与2.3)中采样得到的各输电线路各个分段的状态确定各输电线路整体的状态为:
Sl取值中,0表示输电线路l故障停运,1表示输电线路l正常运行;采用式(22)对所有输电线路l=1,2,...,L利用步骤2.4)进行遍历,得到所有输电线路在一次采样中的状态;
2.5)对发电机组的状态进行随机采样:
根据式(23)计算发电机组随机停运率λg:
式(23)中FORg为发电机组g的强迫停运率;MTTRg为发电机组g的停运平均修复时间;
计算风险评估目标时间段内停运概率pg:
利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定发电机组g的采样状态Sg为:
Sg取值中,0表示发电机组g故障停运,1表示发电机组g正常运行;g=1,2,...,G,g为发电机组的序号;根据每台发电机组的采样值依次确定电力系统中所有机组的在一次采样中的状态;
2.6)在辨识的时间长度内,对电力系统各节点负荷进行随机采样:
获取辨识的时间长度内电力系统负荷预测曲线,采用计算机标准随机数生成程序生成
0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定电力系统总负荷的一次采样值为: t=round[ξu(0,1)(Tst-Ted)],b=1,2,...,B (26)式(26)中hb为节点b的采样负荷,Ht为t时刻电力系统总负荷, 为节点b负荷占系统负荷的比例,节点总数为B,round[·]表明对括号内数的取整;
2.7)对变压器的状态进行随机采样:
根据式(23)计算风险评估目标时间段内变压器停运概率pq:
式(27)中λq为变压器q的停运率,t=Ted-Tst表示风险评估的时间长度;利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定变压器q的采样状态Sq为:
Sq取值中,0表示变压器q故障停运,1表示变压器q正常运行;q=1,2,...,Q,q为变压器的序号;根据每台变压器的采样值依次确定电力系统中所有变压器的在一次采样中的状态;
通过步骤2.1)至步骤2.7),完成了短期风险评估中对于系统状态的一次采样,确定了该采样中输电线路、变压器、发电机组的状态以及各节点负荷的大小。
4.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述步骤3)具体包括:
3.1)根据系统发电机组与输电线路的采样状态以及负荷采样大小,采用以失负荷量最小为优化目标的单时段最优潮流模型计算电力系统在该状态下各节点最小切负荷量:
h′b=F(Sl,Sg,hb,Ωx,Ωg,cx) (29)
式(29)中F(·)表示以失负荷量最小为优化目标的单时段最优潮流模型,模型的输入数据包括系统各输电线路的采样状态Sl、输电线路的参数集Ωl、发电机组的采样状态Sg、发电机组的参数集Ωg、各母线负荷的大小hb以及切负荷成本参数cb,模型输出参数为系统失负荷成本最小目标下系统各节点切负荷量h′b;
3.2)根据各节点最小切负荷量h′b统计系统风险指标,风险指标包括系统失负荷概率LOLP、系统失负荷期望EENS以及系统期望失负荷损失费用ECLL:
式(30)、(31)与(32)中,M为总采样次数,h′mb表示第m次采样对应的各节点切负荷的大小,式(30)中,Um表示系统在第m次采样中系统切负荷的示性变量:
3.3)判断系统收敛性:
采用式(34)计算LOLP,EENS以及ECLL的均方差的渐进无偏估计量 与
采用式(35)计算各风险指标的相对计算误差:
式(35)中λα为标准正态分布双侧检验的置信度为1-α时对应的自变量的值,取置信度为0.95,则λα=1.96;
采用是(36)判断系统风险指标计算的收敛性:
式(36)中ε0为最大允许相对误差极限;
3.4)根据风险评估中得到的LOLP、EENS、ECLL的指标大小,判定电力系统短期运行风险,若有:
LOLP≤LOLPmax且EENS≤EENSmax且ECLL≤ECLLmax (37)
则系统风险指标合格,否则,则判定系统处于较大风险中;式(37)中LOLPmax、EENSmax、ECLLmax为电力系统短期运行最大风险容许标准。

说明书全文

考虑灾害因素的电系统短期险判定方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统可靠性与风险分析领域,特别涉及考虑灾害因素的电力系统短期风险判定方法。

背景技术

[0002] 随着电网互联规模的不断扩大,电力资源得到进一步优化配置,但电网的可靠运行却迎来了新的挑战。2008年年初,受到持续低温的影响,我国南方多个省区发生灾害,在全国范围内造成了36740条10kV及以上电力线路与2016座35kV及以上变电站停运,10kV及以上杆塔倒塌及损坏310321基,导致3348多万户(约1.1亿人口)断电,直接经济损失达1516.5亿元。这些停电事故对经济发展和社会生活造成了极大的影响。必须通过更合理的方法来全面、科学地评价电网的可靠性以发现系统的潜在危险,从而达到加强电网、防御电力灾变的目的。
[0003] 电力系统安全性风险评估方法通过建立电力系统输电线路、变压器、发电机组的停运模型,计算电力系统事故发生的概率和后果,进而定量地将事故的可能性和严重性结合起来,能比较全面地反映事故对整个电力系统的影响,更好地协调电力系统运行安全性和经济性之间的关系。文献(Li Wenyuan,电力系统风险评估模型、方法和应用,北京:科学出版社,2006)建立了电力系统风险评估的基础理论并提出了电力系统风险评估基本方法。该文献提出基于蒙特卡洛抽样方法的电力系统风险评估技术,并给出了以失负荷量最小为优化目标的单时段经济调度模型用于求解电力系统各采样状态下的最小切负荷量。
[0004] 电力系统输电线路的故障率建模是电力系统风险评估的基础,影响电力系统输电线路可靠运行的不确定因素可分为内部来源和外部来源两类。外部来源主要包括2个方面:①自然灾害和天气状况,包括地震飓风、冰雹、雷雨、风暴、热浪、洪、森林火灾以及动物触发故障等;②外力破坏和人为因素,包括外部施工对电力设施的破坏及控制和保护系统设置错误、系统操作员误操作等人为破坏。纵观世界范围内的大停电事故,事故产生的原因都与自然灾害有关,例如雷击、冰灾、害等。这些灾害可能造成电力系统中输电线路闪络停运,进而产生潮流转移,引发更大的停电事故。因此可知,在不同的季节以及天气情况下,各种灾害发生的概率并不相同,因而电力系统的所处的风险也不相同。此外,在某类灾害发生时,处于该灾害区域内的多个输电线路可能同时受此灾害的影响而同时发生停运,即产生共因故障,进而对电力系统造成更大的威胁。因此,在电力系统短期风险评估中需要考虑自然灾害对其故障率的影响。
[0005] 目前电力系统风险评估中已有对于灾害因素的处理方法。文献(何剑,程林,孙元章,王鹏.计及天气预测的电力系统运行可靠性短期评估.电力系统保护与控制,2012,38(10):31-38)建立了基于支持向量机的天气预测模型,并建立两状态天气模型以反映气温、风速、天气状况、设备服役时间、负荷水平等运行条件的影响,但是这种模型存在原理复杂,同时没有考虑输电输电线路全长范围内可能跨越多种天气类型地区的情况。文献(王建学,张耀,吴思,孙羽.大规模冰灾对输电系统可靠性的影响分析.中国电机工程学报,2011,31(28):49-56.)采用曲线拟合法获得载冰量和强迫停运率的数学关系,并提出了一种混合蒙特卡罗抽样法,来获得系统状态以及状态持续的时间;文献(孙羽.架空输电线路冰风荷载风险建模及模糊预测.中国电机工程学报,2011,31(7):21-28.)建立了架空输电线路设计冰风荷载曲线,并应用模糊理论对输电线路的短期冰风荷载风险进行预测,给出了时间尺度上输电线路的风险测度。上述两种技术都未能考虑灾害条件下输电线路因同一故障而产生的共因停运的概率。
[0006] 与本发明相关的已有背景技术包括:
[0007] 1)计算机标准随机数生成技术:该技术能够生成0~1之间均匀分布的随机数,计算机中C,Java等编程语言均将该技术封装为标准函数供用户调用;
[0008] 2)对称矩阵的Cholesky分解技术:该技术能够将对称矩阵分解为一个下三矩阵与其转置的乘积;
[0009] 3)单时段最优潮流模型:该技术在考虑电力系统输电线路潮流约束、节点负荷以及发电机组出力约束的条件下,通过最优化方法求解系统运行成本最低的发电机组出力方案,若电力系统无法满足全部负荷,则给出切负荷量最小的发电机组出力方案。

发明内容

[0010] 本发明的目的是克服现有电力系统风险评估中不能详细考虑灾害因素的不足,提供了一种考虑灾害因素影响的电力系统短期风险判定方法,该方法能够规范化考虑雷击、冰灾、鸟害等多种灾害对输电线路故障影响,可帮助电力系统调度运行人员根据天气预报等预测信息准确识别电力系统未来一周至几周内短期运行风险水平,能够及时对电力系统潜在的停电事故作出预警,进而能够用于安排电力系统检修计划与运行方式,以保障电网的安全、可靠运行。
[0011] 本发明的考虑灾害因素的电力系统短期风险判定方法,包括:将电力系统发电机组、输电线路、变压器统称为“元件”;定义电力系统中的所有母线为“节点”;定义Tst与Ted为电力系统风险判定的起始时段与截止时段,电力系统风险判定的时间长度为Ted-Tst;
[0012] 其特征在于,包括以下步骤:
[0013] 1)从地理上划分对电力系统输电线路故障具有影响的灾区(灾害所分布的地区,例如雷击、冰灾、鸟害等灾害所分布的地区),建立输电线路与灾区的对应关系,根据线路与灾区的对应关系将输电线路分为多个输电线路分段,计算处于灾区内输电线路分段在灾害发生及未发生条件下的条件故障概率;
[0014] 2)根据天气预报信息获取各灾区发生灾害的概率,并以此确定各输电线路分段的条件故障概率,根据输电线路的条件故障概率通过随机采样确定各输电线路的状态,并通过随机采样确定发电机组状态以及各母线负荷大小,以所述各元件的状态以及电力系统负荷大小为边界条件,利用最优潮流模型判断电力系统失效状态,得到电力系统各节点失负荷量;
[0015] 3)根据所述各节点失负荷量计算系统失负荷概率、失负荷期望电量以及失负荷损失,利用收敛准则判定风险评估是否收敛,若不收敛则返回步骤2)开始新一次的采样,若收敛则根据系统计算结果判定系统短期运行风险。
[0016] 本发明的技术特点及有益效果:
[0017] 本发明在现有电力系统风险评估的基础上,建立了一套能够考虑灾害因素对输电线路影响的电力系统短期风险评估方法。相比于现有方法,该方法建立了灾区的概念并实现了输电线路与灾区之间关系的对应,能够通过输电线路故障的历史统计结果估计在灾害发生情况下单条输电线路的条件故障率以及处于同一灾区多条输电线路的共因故障率,进而能够在风险评估中考虑外部环境对于电力系统风险的影响。应用该技术,能够对根据气象预报信息准确估计电力系统未来风险的大小,能够及时对电力系统潜在的停电事故作出预警,进而能够在灾害发生前通过安排电力系统检修与运行方式降低系统的运行风险,有利于降低由自然灾害引起的电力系统大规模停电事故发生的几率,提高电力系统运行安全可靠性水平,能够为电力系统带来显著的安全效益,因而具有重要的现实意义和良好的应用价值。附图说明
[0018] 图1为本发明中考虑灾害因素影响的电力系统短期风险判定方法流程图
[0019] 图2为实施例中IEEE RTS-79系统网络图及输电线路与灾区对应关系图;
[0020] 图3为实施例中IEEE RTS-79系统风险评估时间长度内的负荷曲线;

具体实施方式

[0021] 下面结合附图及实施例,说明本发明提出的考虑灾害因素影响的电力系统短期风险判定方法。将电力系统发电机组、输电线路、变压器统称为“元件”;定义电力系统中的所有母线为“节点”;定义Tst与Ted为电力系统风险判定的起始时段与截止时段,电力系统风险判定的时间长度为Ted-Tst,该方法的实施流程图如图1所示,该方法详细步骤说明如下:
[0022] 1)从地理上划分对电力系统输电线路故障具有影响的灾害所分布的地区(简称灾区,例如雷击、冰灾、鸟害等),建立输电线路与灾区的对应关系,根据线路与灾区的对应关系将输电线路分为多个输电线路分段,计算处于灾区内输电线路分段在灾害发生及未发生条件下的条件故障概率;该步骤具体包括:
[0023] 1.1)形成灾区地图:
[0024] 结合多年气象数据以及电力系统因自然灾害而产生故障的区域分布,绘制灾区分布图,在地图上形成多个闭合的灾区;利用式(1)计算每个灾区不同月份发生灾害的概率:
[0025] pij=dij/Dj (1)
[0026] 式(1)中pij表示灾区i第j月灾害发生概率,dij表示灾区i历史上在第j月发生灾害的平均天数,Dj为第j月的总天数;
[0027] 1.2)根据各输电线路故障的历史统计数据计算各输电线路的故障概率指标,包括各输电线路综合跳闸率al、重合闸成功率pRC,l、以及各输电线路故障平均修复时间MTTRl:
[0028] 采用式(2)计算输电线路综合跳闸率:
[0029]
[0030] 式(2)中,al为输电线路l的综合跳闸率,单位为次/(年×百公里);nl,T为时间T内输电线路l跳闸的总次数;Ll为输电线路l的长度,单位为公里;
[0031] 采用式(3)计算输电线路重合闸成功率:
[0032]
[0033] 式(3)中pRC,l为输电线路l的重合闸成功率; 为时间T内输电线路l跳闸后自动重合闸成功的总次数;
[0034] 采用式(4)计算输电线路故障平均修复时间:
[0035]
[0036] 式(4)中,MTTRl为输电线路l故障平均修复时间,单位为小时;tl,T为时间T内输电线路l跳闸后处于修复状态的总时间;
[0037] 由于实际当中输电线路发生故障属于偶然事件,样本量较小,可根据电压等级以及线路类型等对线路进行归类,按类统计al、pRC,l以及MTTRl;
[0038] 1.3)建立灾区与输电线路对应关系:
[0039] 根据电力系统地理信息图,结合灾区覆盖区域的位置信息,建立灾区与输电线路的包含关系,包含关系的建立原则是:一个灾区可能包含多条输电线路,一条输电线路可能同时处于多个灾区内;对于某条输电线路而言,可能并非完全处于一个灾区内,而是仅有一部分处于灾区内;因此根据灾区对输电线路位置关系将输电线路进行分段,分别记录输电线路在每个灾区的起始坐标与终止坐标,进而将输电线路分为K段,形成K个输电线路分段,分别获取各输电线路分段的长度:
[0040] ll,k,l=1,2,...,L,k=1,2,...,K (5)
[0041] 式(5)中ll,k为输电线路l第k个分段的长度;
[0042] 1.4)计算灾区内线路因灾害而引起的故障占其整体故障的百分比:
[0043] 统计历史上灾区内各输电线路的所有故障,并将故障按发生原因进行分类,根据式(6)计算输电线路l因灾区i产生的灾害而引起的故障占其整体故障的百分比Qi,l为:
[0044]
[0045] 式(6)中nl,T,i为输电线路l在时间T的因灾区i产生的灾害而引起的故障的总次数;
[0046] 1.5)计算处于同一灾区内输电线路故障相关系数:
[0047] 灾害发生时,灾害内的线路有可能同时发生故障,例如冰灾发生时,并在区域内多条输电线路可能同时发生闪络,这种多个输电线路由于共同的原因同时发生的故障被称为共因故障;共因故障对于电力系统的威胁较大,因此,在统计灾害故障百分比的同时,需要统计每个灾区内输电线路故障的相关系数,具体方法为:
[0048] 采用式(7)计算时间时间T内各输电线路因灾害i产生故障的概率pl,i:
[0049]
[0050] 设灾区i内包含输电线路l1与l2,采用式(8)计算两输电线路故障的相关系数ρ:
[0051] Φρ[Φ-1(pl1),Φ-1(pl2)]=pl1,l2 (8)[0052] 式(8)中pl1,i与pl2,i分别表示l1与l2各自因灾害产生的故障概率,pl1,l2表示线-1路l1与l2历史上因灾害同时产生故障的概率。Φ 表示一维标准正态分布函数的逆函数,Φρ为相关系数为ρ的二维正态分布;
[0053] 1.6)计算输电线路在灾害发生与未发生情况下的条件故障率:
[0054] 采用式(9)计算灾区i灾害时间占全年总时间的比例Ri:
[0055]
[0056] 根据步骤1.3)中对输电线路的分段以及步骤1.2)中输电线路综合跳闸al率与重合闸成功率pRC,l,计算各输电线路各分段线路故障率,输电线路l第k分段故障率采用式(10)计算:
[0057]
[0058] 对于处于灾区中的输电线路,采用式(11)计算输电线路在发生灾害情况下条件故障率λl,k,1与未发生灾害情况下条件故障率λl,k,0:
[0059]
[0060] 2)根据天气预报信息获取各灾区发生灾害的概率,并以此确定各输电线路分段的条件故障概率,根据输电线路的条件故障概率通过随机采样确定各输电线路的状态,并通过随机采样确定发电机组状态以及各母线负荷大小,以所述各元件的状态以及电力系统负荷大小为边界条件,利用最优潮流模型判断电力系统失效状态,得到电力系统各节点失负荷量;该步骤具体包括:
[0061] 2.1)对灾区内是否发生灾害进行采样:
[0062] 采用式(12)计算风险评估时间长度内灾害发生的概率pi:
[0063]
[0064] 式(12)中tj为风险评估目标时段处于各个月的天数,pij为步骤1.1)中计算得到的灾区i各月发生灾害概率;
[0065] 利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定灾区i的状态:
[0066]
[0067] Si取值中,0表示灾区i中未发生灾害,1表示灾区i发生灾害,i=1,2,...,I,i为灾区的序号,根据每个灾区的采样值依次确定电力系统中所有灾区在一次采样中的状态;
[0068] 2.2)对处于灾区内的输电线路的分段的状态进行随机采样:
[0069] 根据步骤2.1)中得到的灾区状态Si以及步骤1.6)中输电线路在发生灾害情况下与未发生灾害情况下条件故障率,计算处于灾区内的各输电线路的分段产生故障的概率;电力系统短期风险评估中输电线路停运模型采用不可修复元件模型,即认为一段时间内输电线路故障概率服从指数分布;若输电线路l第k段处于灾区i内,则其故障概率的计算公式如式(14)所示:
[0070]
[0071] 式(14)中t=Ted-Tst表示风险评估的时间长度,pl,k,1表示灾害发生条件下输电线路l第k段发生故障的概率,pl,k,0表示灾害发生条件下输电线路l第k段发生故障的概率;λl,k,1与λl,k,0分别为步骤1.6)中计算得到的输电线路在发生灾害情况下与未发生灾害情况下的条件故障率;
[0072] 对灾区内输电线路分段的状态进行采样,对于每一个灾区,若灾害发生情况下(Si=1),则进行步骤2.2.1),若灾害未发生(Si=0)则跳转至步骤2.2.2);
[0073] 2.2.1)灾害发生情况下对输电线路分段的状态进行随机采样:
[0074] 利用计算机标准随机数生成程序随机产生Li个正态分布的随机数δn(0.1),l,l=1,2,...,Li,构成一个Li维的列向量Δn(0.1),Li表示灾区i内共有Li条线路;将步骤1.5)中计算得到的处于灾区i内所有输电线路分段故障相关系数组成相关系数矩阵Ci,其形式如式(15)所示:
[0075]
[0076] 式(15)矩阵Ci中的每一个元素均可由步骤1.5)中所述的过程获得;对Ci矩阵进行Cholesky分解,将Ci分解为三角矩阵L及其转置的乘积:
[0077] Ci=LLT(16)
[0078] 根据式(17)采用L对Δn(0.1)进行线性变换:
[0079]
[0080] 根据 中各元素的值 l=1,2,...,Li确定灾区各输电线路分段的状态,若输电线路l第k段处于灾区i内,输电线路分段状态Sl,k(0代表故障,1代表正常运行)由式(18)确定:
[0081]
[0082] 式(18)中Φ(·)为标准正态分布函数;
[0083] 2.2.2)灾害未发生情况下对输电线路分段的状态进行随机采样:
[0084] 灾害没有发生的情况下,认为各输电线路故障相互独立,即不会产生共因故障;利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定灾区i内输电线路l第k段的状态Sl,k(0代表故障,1代表正常运行):
[0085]
[0086] 步骤2.2.1)以及步骤2.2.2)完成了一个灾区内所有输电线路分段的状态的采样,i=1,2,...,I,对所有灾区进行遍历采样后,得到所有处于灾区内输电线路分段在一次采样中的状态;
[0087] 2.3)对不在灾区内的输电线路分段的状态进行随机采样:
[0088] 电力系统中并不是所有输电线路的所有部分都包含在灾区中,对于输电线路中不包含在灾区里的分段,需要进行单独的抽样。根据步骤1.6)中式(10)计算得到的不在灾区内的输电线路分段的随机停运率λl,k,采用式(20)计算风险评估目标时间段t内停运概率pl,k:
[0089]
[0090] 式(20)中pl,k表示输电线路l第k段故障概率,λl,k为步骤1.6)中计算得到的输电线路故障率;利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定输电线路l第k段的采样状态Sl,k为:
[0091]
[0092] Sl,k取值中,0表示输电线路l第k段故障停运,1表示输电线路l第k段正常运行;l=1,2,...,L,k=1,2,...,K,l与k分别是输电线路以及输电线路分段的编号;根据每个输电线路分段的采样值依次确定不在灾区内的输电线路分段的采样状态。
[0093] 2.4)根据步骤2.2)与2.3)中采样得到的各输电线路各个分段的状态确定各输电线路整体的状态为:
[0094]
[0095] Sl取值中,0表示输电线路l故障停运,1表示输电线路l正常运行;采用式(22)对所有输电线路l=1,2,...,L利用步骤2.4)进行遍历,得到所有输电线路在一次采样中的状态;
[0096] 2.5)对发电机组的状态进行随机采样:
[0097] 根据式(23)计算发电机组随机停运率λg:
[0098]
[0099] 式(23)中FORg为发电机组g的强迫停运率;MTTRg为发电机组g的停运平均修复时间;
[0100] 计算风险评估目标时间段内停运概率pg:
[0101]
[0102] 利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定发电机组g的采样状态Sg为:
[0103]
[0104] Sg取值中,0表示发电机组g故障停运,1表示发电机组g正常运行;g=1,2,...,G,g为发电机组的序号;根据每台发电机组的采样值依次确定电力系统中所有机组的在一次采样中的状态;
[0105] 2.6)在辨识的时间长度内,对电力系统各节点负荷进行随机采样:
[0106] 获取辨识的时间长度内电力系统负荷预测曲线,采用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定电力系统总负荷的一次采样值为: t=round[ξu(0,1)(Tst-Ted)],b=1,2,...,B (26)
[0107] 式(26)中hb为节点b的采样负荷,Ht为t时刻电力系统总负荷, 为节点b负荷占系统负荷的比例,节点总数为B,round[·]表明对括号内数的取整;
[0108] 2.7)对变压器的状态进行随机采样:
[0109] 根据式(23)计算风险评估目标时间段内变压器停运概率pq:
[0110]
[0111] 式(27)中λq为变压器q的停运率,t=Ted-Tst表示风险评估的时间长度;利用计算机标准随机数生成程序生成0~1之间均匀分布的随机数ξu(0,1),根据随机数ξu(0,1)确定变压器q的采样状态Sx为:
[0112]
[0113] Sq取值中,0表示变压器q故障停运,1表示变压器q正常运行;q=1,2,...,Q,q为变压器的序号;根据每台变压器的采样值依次确定电力系统中所有变压器的在一次采样中的状态;
[0114] 通过步骤2)中的所有子步骤,完成了短期风险评估中对于系统状态的一次采样,确定了该采样中输电线路、变压器、发电机组的状态以及各节点负荷的大小。
[0115] 3)根据所述各节点失负荷量计算系统失负荷概率、失负荷期望电量以及失负荷损失,利用收敛准则判定风险评估是否收敛,若不收敛则返回步骤2)开始新一次的采样,若收敛则根据系统计算结果判定系统短期运行风险。该步骤具体包括:
[0116] 3.1)根据系统发电机组与输电线路的采样状态以及负荷采样大小,采用以失负荷量最小为优化目标的单时段最优潮流模型计算电力系统在该状态下各节点最小切负荷量:
[0117] h′b=F(Sl,Sg,hb,Ωl,Ωg,cb) (29)
[0118] 式(29)中F(·)表示以失负荷量最小为优化目标的单时段最优潮流模型,该模型的建模技术以及求解技术详见文献(Li Wenyuan,电力系统风险评估模型、方法和应用,北京:科学出版社,2006);模型的输入数据包括系统各输电线路的采样状态Sl、输电线路的参数集Ωl、发电机组的采样状态Sg、发电机组的参数集Ωg、各母线负荷的大小hb以及切负荷成本参数cb,模型输出参数为系统失负荷成本最小目标下系统各节点切负荷量h′b;
[0119] 3.2)根据各节点最小切负荷量h′b统计系统风险指标,风险指标包括系统失负荷概率LOLP(Loss of Load Probability)、系统失负荷期望EENS(Expected Energy Not Served)以及系统期望失负荷损失费用ECLL(Expected Cost of Lossed Load):
[0120] 系统失负荷概率LOLP表示系统产生切负荷事件的概率,采用式(30)计算:
[0121]
[0122] 系统失负荷概率EENS表示系统在评估期内切负荷总电量的期望,单位为MWh,,采用式(31)计算:
[0123]
[0124] 系统期望失负荷损失费用ECLL表示系统在评估期内切负荷对应的负荷损失费用,单位为万元,采用式(32)计算:
[0125]
[0126] 式(30)、(31)与(32)中,M为总采样次数,h′mb表示第m次采样对应的各节点切负荷的大小,式(30)中,Um表示系统在第m次采样中系统切负荷的示性变量:
[0127]
[0128] 3.3)判断系统收敛性
[0129] 采用式(34)计算LOLP,EENS以及ECLL的均方差的渐进无偏估计量与
[0130]
[0131] 采用式(35)计算各风险指标的相对计算误差:
[0132]
[0133] 式(35)中λα为标准正态分布双侧检验的置信度为1-α时对应的自变量的值,取置信度为0.95,则λα=1.96;
[0134] 采用是(36)判断系统风险指标计算的收敛性:
[0135]
[0136] 式(36)中ε0为最大允许相对误差极限;
[0137] 3.4)根据风险评估中得到的LOLP、EENS、ECLL的指标大小,判定电力系统短期运行风险,若有:
[0138] LOLP≤LOLPmax且EENS≤EENSmax且ECLL≤ECLLmax (37)[0139] 则系统风险指标合格,否则,则判定系统风险指标不合格,判定系统处于较大风险中;式(37)中LOLPmax、EENSmax、ECLLmax为电力系统短期运行最大风险容许标准;当系统风险指标不合格时,通过调整电力系统检修计划、调整电力系统运行方式、降低电力系统负荷等手段降低电力系统运行风险,提高电力系统的可靠性。
[0140] 实施例:
[0141] 本发明以IEEE可靠性标准测试系统(IEEE RTS-79)为实施例详细描述本发明所提出的基于风险评估的电力系统薄弱环节辨识方法,并验证本发明所实现的效果。IEEE RTS-79系统网络图如图2所示,该系统共包括24个节点、32台发电机组、38条输电线路,最高负荷2850MW,装机容量为3405MW。本实施例中,评估系统1月1日至1月14日共计14天的短期运行风险,系统1月1日至1月14日小时级负荷曲线如图3所示,发电机参数如表1所示,各母线负荷比例如表2所示,线路与变压器参数如表3所示。
[0142] 表1IEEE RTS-79发电机参数
[0143]
[0144]
[0145] 表2IEEE RTS-79母线负荷比例
[0146]母线编号 母线负荷比例(%) 母线编号 母线负荷比例(%)
1 3.8 13 9.3
2 3.4 14 6.8
3 6.3 15 11.1
4 2.6 16 3.5
5 2.5 17 0.0
6 4.8 18 11.7
7 4.4 19 6.4
8 6.0 20 4.5
9 6.1 21 0.0
10 6.8 22 0.0
11 0.0 23 0.0
12 0.0 24 0.0
[0147] 表3IEEE RTS-79线路(变压器)参数
[0148]
[0149]
[0150] 系统灾区的情况设置如下,假设该系统中存在三个冰灾区A,B,C,灾区位置如图2所示。冰灾区A中包含线路31(节点17到节点22)与线路38(节点21到节点22),线路位于灾区内的长度都为45km;冰灾区B中包含线路36(节点20到节点23)与线路37(节点20到节点23),线路位于灾区内的长度均为15km;冰灾区C中包含线路32(节点18到节点
21)与线路4033(节点18到节点21),线路位于灾区内的长度都为18km。上述冰灾区中,线路因冰灾产生故障的占总此线路总故障的比例都为0.8,灾区仅在1月份发生灾害,灾害发生的概率为0.9,其余月份发生灾害概率均为0,该灾区内线路故障相关系数为0。
[0151] 1、对比是否考虑灾区以及考虑灾区时,在灾害高发时段与低发时段的系统风险[0152] 在上述设置下,对2020年1月1日至2020年1月14日进行短期风险评估,得到风险指标如下,系统的LOLP为0.02236,系统的EENS为1032.35MWh,系统的风险损失为1037.6万元。在该设置中,风险评估的目标时段处于冰灾发生概率较大的1月份,为了说明灾害对系统风险的影响,设上述方案为方案1,同时引入两个对比方案:方案2中,将冰灾1月份发生的概率改为0,2月份发生的概率改为0.9,即1月份不发生冰灾;方案3中不考虑冰灾,即忽略两个灾区对于线路的影响。分别采用本发明对两种方案的风险进行判定,结果如下:
[0153] 方案2系统的LOLP为0.02026,EENS为909.21MWh,ECLL为913.6万元。
[0154] 方案3系统的LOLP为0.02033,EENS为915.90MWh,ECLL为921.1万元。
[0155] 方案3不考虑灾害的是否发生在风险评估目标时间内,因此可以认为其风险评估结果是系统全年的“平均水平”,其计算得到的风险水平处于方案1与方案3之间,方案1中,由于风险评估目标时段恰好处于灾害的高发时期,因此得到的风险指标高于全年内的平均水平,相反,方案2中风险评估目标时段处于灾害不发生的时期,因此风险低于平均水平。由算例结果可见,采用本发明的风险判别方法,能够准确的估计灾害高发期内电力系统运行风险的上升,因此对于电力系统及时应对自然灾害具有重要现实意义。
[0156] 2、对比灾区内线路共因故障对系统风险的影响
[0157] 本节举例说明灾区内线路共因故障对系统风险的影响,修改三个灾区内线路故障相关系数,分别设置为0.3(方案4),0.6(方案5),0.9(方案6),其他条件保持不变,对2020年1月1日至2020年1月14日进行短期风险评估,即在冰灾发生时,考虑冰灾区内线路共因故障,得到各方案风险指标如下:
[0158] 方案4系统的LOLP为0.02345,EENS为1096.21MWh,ECLL为1102.0万元。
[0159] 方案5系统的LOLP为0.02695,EENS为1279.92MWh,ECLL为1287.5万元。
[0160] 方案6系统的LOLP为0.03097,EENS为1562.01MWh,ECLL为1570.5万元。
[0161] 由计算结果可见,灾区内线路故障相关系数越强,发生共因故障的可能性越大,系统风险越大。其原因是,线路发生共因故障对系统的危害比两条线路分别故障对系统危害的总和更大,由算例结果可见,采用本发明中的风险判定方法能够准确判定线路共因故障对系统运行风险的影响,
[0162] 以上所述的具体实施例仅为说明本发明的实现效果,并不用以限制本发明。凡在本发明所提出的方法的基本思路和框架之内所作的任何非实质性的修改、转换和改进,均应包含在本发明的保护范围之内。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈