（电力电子与电力传动专业论文）组合电力系统安全性的概率建模.pdf

abs t r ac t s t o c h a s t i c a n d u n c e r ta i n p e rf o r m a n c e o f p o w e r s y s t e m s i s t h o ro u g h ly s t u d ie d w it h a p ro b a b i l is t ic s i m u l a t i o n m e t h o d i n t h i s p a p e r . b a s e d o n m o d e l i n g o f e l e m e n t f a i l u r e a n d d i s p a t c h i n g m e a s u r e s , s t a t i c , d y n a m i c a n d i n t e g r a t e d s e c u r i t i e s a r e a n a ly z e d , a n d h e n c e o p e r a t i o n s t a t e s a r e q u a n t it a t i v e ly c l a s s i f ie d . i n p ro b a b i l i s t i c s t a t ic s e c u r i ty a s s e s s m e n t , s e q u e n t i a l a n d n o n - s e q u e n t i a l m o n t e - c a r l o s a m p l i n g t e c h n i q u e s a r e a p p l i e d c o n s id e r in g t i m e v a ry i n g p a r a m e t e r a n d c o n s t r a i n ts . r a n d o m f a i lu re s o f g e n e r a t o r , t r a n s f o r m e r , t r a n s m i s s i o n l in e , p r o t e c t i o n s y s t e m a n d t o p o l o g y o f b o t h p o w e r s ta t i o n a n d p o w e r n e t w o r k a r e c o n s t r u c t e d . a ft e r l o a d fl o w s t u d y i n e a c h s a m p l e , d i s t a n c e t o s t a t i c v o l t a g e s t a b i l i ty b o u n d a ry i s c a l c u la t e d . w h e n s t a t i c v o lt a g e i n s t a b i l ity w i l l o c c u r , l o a d c u r t a i l m e n t w it h o p t i m u m l o c a t i o n a n d a m o u n t i s e x e c u t e d . w h e n t h e r e i s a c t i v e p o w e r d e f ic i e n c y o r l i n e o v e r lo a d e d , l i n e a r p ro g r a m m i n g m e t h o d w it h m u lt i d i s p a t c h i n g s t r a t e g i e s i s a p p l ie d t o a d j u s t g e n e r a t o r o u t p u t o r s h e d l o a d . wh e n t h e re is r e a c t i v e p o w e r d e f i c i e n c y o r b u s v o l t a g e e x c e e d i n g l i m it , re a c t i v e p o w e r d i s p a t c h i n g a n d v o l t a g e c o r r e c t i o n p r o g r a m b a s e d o n c o n t i n u a l l i n e a r p ro g r a m m i n g m e t h o d a r e i n t r o d u c e d t o e l i m in a t e t h e m . a s t h e re s u l t , p ro b a b i l i s t i c s t a t ic s e c u r ity i n d i c e s b a s e d o n s y s t e m , l o a d p o i n t a n d e le m e n t le v e ls a r e i n t ro d u c e d . i n p r o b a b il is t ic d y n a m ic s e c u r ity a s s e s s m e n t, p ro b a b il is t ic t r a n s ie n t s t a b i l it y is m a in ly d is c u s s e d d e t a i le d m o d e l s o f t r a n s m i s s i o n l i n e , p ro t e c t i o n s y s t e m a n d e m e r g e n c y c o n t ro l m e a s u re s a r e a d d e d t o s t e p - b y - s t e p t r a n s i e n t s t a b i l ity p r o g r a m s . m o d e l s o f h y b r i d a n d p ro b a b i l i s t i c s t a b i l ity a re c o n s t r u c t e d . t h e f o r m e r c o m b i n e s e n u m e r a t io n a n d s a m p l e t e c h n iq u e a n d i s e a s y t o i m p l e m e n t , b u t o n l y d e f i n it e f a i l u re m o d e s a re s i m u l a t e d , w h i c h m a y b e i n a c c u r a c y w it h b u lk p o w e r s y s t e m in w h i c h h ig h o r d e r f a i l u r e s a n d p r o t e c t i o n f a i l u r e s a r e t h e m a in c a u s e t o in s t a b i l ity . p r o b a b i l is t ic s t a b i l i ty a s s e s s m e n t b a s e d o n m o n t e - c a r l o s a m p l i n g t e c h n i q u e ta k e s in t o a c c o u n t h i g h o r d e r f a i l u r e a n d c o r re la t i o n b e t w e e n f a i l u re s . s t a t ic a n d d y n a m ic s e c u r it i e s a re s i m p l if i c a t io n b a s e d o n d i ff e re n t t i m e f r a m e a n d s t u d y p u r p o s e . t h e y a r e i n h e re n t l y r e l a t e d h o w e v e r . a s i n g le c o n t i n g e n c y h a s i n fl u e n c e o n b o t h s t a t ic a n d d y n a m i c s e c u r ity . t h u s a n i n t e g r a t e d m o d e l is c o n s t r u c t e d t o c o m p re h e n s i v e l y e v a l u a t e p o w e r s y s t e m s e c u r i ty . a s t h e re s u lt , p ro b a b i l i s t i c d y n a m i c s e c u r ity a n d i n t e g r a t e d a s s e s s m e n t i n d i c e s b a s e d o n s y s t e m , l o a d p o i n t a n d e l e m e n t le v e l s a r e i n t r o d u c e d . o p e ra t i o n s t a t e o f p o w e r s y s t e m s a r e d e f in e d a n d c la s s i fi e d t o c o m p r i s e s e c u r ity re g u l a t i o n s a n d d i s p a t c h e r s e x p e r i e n c e . b a s e d o n s e q u e n t i a l s i m u la t io n a n d i n t e g r a t e d a s s e s s m e n t t o p o w e r s y s t e m s e c u r ity , c a u s e , p ro p e r ty , d u r a t i o n , re s u lt a r e d e ta i l e d a n a ly z e d t o p r e s e n t a n e w a n d f e a s i b l e s t a t e fr a m e w o r k a n d i t s q u a n t it a t iv e c a lc u la t io n m e th o d . a l l th e p o s s ib le o p e r a t io n s t a t e s a r e r a t io n a lly in c o r p o r a te d in t o a p r a c t ic a l s t a t e f r a m e w o r k . l o a d c u r ta il m e n t i s t h e m a j o r c r it e r i o n t o c la s s i f y s t a t e s , a s w e l l a s s e v e r ity o f f a i l u r e m o d e . d e f i n it i o n a n d c l a s s if i c a ti o n o f o p e r a ti o n s t a t e s p r e s e n t a n e w t o o l t o e v a l u a t e s e c u r i ty o f p o w e r s y s t e m s . k e y w o r d s : p o w e r s y s t e m , p r o b a b i l is t i c s i m u l a t i o n , s t a t ic s e c u r i ty , d y n a m i c s e c u r i ty , o p e r a t i o n s t a t e s 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。 据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得宣胆工业 ) z 堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 告 q 虎 签 字 日 期 :、 杠 、 月 ，、 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 0 a n 工遨泛舀乞有关保留、 使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权崖翘业退 ; f l兰可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 。 ; 告 、 志 签 字日 期 : u乃年/ 0 月1 子 日 ifo rm 3 k- - 签 字 日 黔 共 ) 年 “ ” “ 日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 合肥工业大学电 气与自 动化工程学院 电话: 通讯地址:合肥工业大学电气与自动化工程学院邮编: 0 8 6 - 0 5 5 1 - 2 9 01 41 7 合肥工业大学博士学位论文 第一章 前言 1 . 1电力系统概率仿真研究范围 作为国 家经济发展的基础产业，电 力工业的安全经济运行对其他行业的持续快速发展意义重 大， 严 重 停电 事 故 可 能 造 成 经 济 损失 、 人 员 伤 亡， 并 造成 重 大 社 会 政 治 影 响 !1 .9 1。 这 就 要 求电 力 生 产 和输送部门能 够 尽量满足用户需求、 提高供电 质量、减少停电 事故。 现在我国电 力工业正 在进行市 场化改革， 尽管发电 公司、电网 公司 和用户的需求目 标存在差异， 但在减少停电 事故、 增加经济效 益方面目标一致。 电 力系统安 全经济分析方法包括确定性方法和概率仿真方法， 前者在确定运行方式或有限 枚举 故障模式下， 检查系统的安全经济性能， 如n - 1 或n - k故障检验; 后者通过对系统运行方式和元件 故障模式的 概率模拟， 分析系统的安全经济水平， 得到概率风险 指标和概率经济指标。 确定性方法 可以 分析给定时间断面下系统的安全经济水平， 但对于多重故障、 连锁故障、时序参数等的 模拟存 在一定的困 难， 而随着系统规模的 扩大， 低重故障的 影响越来越小。 从本质上来说，电 力系统是一 个具有随机特性的大系统，负荷水平变化、 元件故障、 保护动作特性等都具有不确定性，需要采用 概 率 仿 真 方 法 11 0- 13 1 随着概率抽样算法的改 进和元件建模的 完善，目 前电 力系统概率仿真范围逐步扩大， 从元件可 用性分析和小型 系统电 源概率安全 评估， 开始转向 对大型组合系统的静态、 动态、综合安全概率评 估和 经济 运 行 概率 模拟， 并 在分 析中 计 及各 种 安全校 正 措施和 紧急 控 制 措施的 影响。 主要 针对安 全 性能和停电 风险指标的 概率仿真，即 常规所言的 概率可靠性评估， 包括概率充分性( 静态安全) 、 概 率 稳定性 ( 动态 安 幻和概 率 综合评 估 ( 包 括静 态安 全和 动态安 全) 。 同 一事 故对 系 统静态安 全和动 态安 全造成的 破坏是不同的， 应分别研究并纳入综合评估体系。电 力系统的 经济运行中，不仅要考虑运 行成本， 还需要考虑运行风险，如制定峰谷电 价和停电赔偿时必须要考虑不同系统的性质和运行风 险，当加入经济调度和价格成本等因素时， 概率仿真算法的 应用被扩展到 对电 力系统安全经济性能 的评估。 表 1 . 1 给出了电 力系统概率安全经济分析的一般分类。 表1 . 1电 力系统概率仿真范围和研究内 容 ( t a b . i . 1 r a n g e a n d c o n t e n t o f p o w e r s y s te m p ro b a b il is t ic s i m u l a t io n ) 仿 真 声围研究内容 概率静 态安全 ( a ) 元件可 靠性 ( al ) 研究在给定电网 和电 站结构、 保护方案下， 电 厂、电 站等单个或组合元 件，以 及继电 保护装置等，能否可靠完成预定任务。 电源可靠性 ( a 2 ) 认为电 网不停运、 不阻塞， 研究在机组随机停运情况下， 电源能 否向 负 荷充分供电， 计算停电风险指标， 制定合理的起停机和检修计划。 电网可靠性 ( a 3 ) 认为电 源不故障、 不检修， 研究在线路、 变压器、 保护系统等随机停运 下，电 网 ( 主输电网成配电网) 能否满足负荷需求， 计算停电 指标，研究 改进措施. 组合系统可靠性睁 ( a 4 ) 考虑机组、 线路、 变压器、 母线、 保护等一、 二次设备的随机故障， 在 给定调度方式和设备调节范围内， 计算停电指标， 研究改进措施。 静态电压安全. ( a s ) 在设备故障和负荷增长时， 系统在较长时间能否保持静态电 压稳定， 以 及维持静态电 压稳定有效控制措施. 考虑在设备随机故障和可调范围 内 ， 系统能否保持无功平衡， 母线电 压偏差能否维持在允许范围内， 研 究安全控制措施。 第一章 前言 概率动 态安全 ( b ) 概率暂态稳定中 ( b i ) 研究在设各停运、 特别是 线路随机故障下系统能否保持功角暂态稳定， 研究有效紧急 控制措施。 概率频率稳定 ( e 2 ) 研究在设 各随机停 运时， 系 统和负荷节点的 频率能否维持稳定， 研究有 效紧急控制措 施. 概率动态电 压稳 定 ( b 3 ) 研究在设 备随 机停运时， 系统在短时间内能否 保持动态电 压稳定， 是否 可能发生电 压崩溃或振荡。 概率综 合评估 ( c ) 概率综合评估. ( cl ) 研究在设 备随 机故障、 负 荷水平变化和给定调节能力下， 系统能 否保持 供电 的充 分性和稳定 性， 采取安 全控制和紧急控制措施， 计算量 化的系 统 和负荷点的停电 指标、 元件可靠性指标， 提供改进措施。 运行状态评估. ( c 2 ) 根据综合 译估结果， 按照系统运行要求和安全规程， 基于安全水平划分 运行状态， 确定不同 状 态的 概率分布。 新型发 输电技 术 ( d ) 直流输电 ( d1 ) 加入直流输电 线路， 模拟不同 运行方式 和随机故障模式下的系统安全性 能和停电 指 标， 研究有效控制措施。 f a c t s 元件 ( d 2 ) 加入 可控串 补、 可控并补、 统一潮流控制器、 滤波装置 等电 力电 子元件 后， 模拟不同 运行方式 和随机故障 模式下的系统安全性能和停电 指标， 研究有效控制措施. 可再生能 源技术 ( d 3 ) 研究 风力发电 、 太阳能发电 等新型可再生发电 技术对电力系统安全经济 性能的 影响. 概率经 济评估 ( e ) 可靠性评估 ( e i ) 基于电力市 场运行 规则下的 运行风险 和停电 指标， 研究可靠性和经济性 间的平衡关系。 可靠性定价 ( e 2 ) 墓于运行风险 分析， 研究上网定价、 停电 赔偿定价、 峰谷电 价、 备用定 价、 辅助服务定价、 转运费用、 输电 阻塞定 价、紧急控制成本等. 注:加* 部分为本文 研究内 容。 实际 上，由 于 研究 对象和故障 后果的 联系、以 及安全性与经济性的 相关性， 各个模块有时是 相 互交叉甚至重叠的。 例如考虑保护系 统故障时，电 网 可靠性和组合系统可靠性中 包括保护系统可靠 性研究内 容; 概率充分 性评估中的发电 再调 度策略中， 可以 加入发电 成本和停电 损失 成本等经济参 数: 传统的 组合系统可靠性一般只考虑有功 指标， 当 加入无功和电 压安全时，实际上就包括了 静态 电 压安全研究内 容;电 压稳定包括动态电 压 稳定 和静态电 压稳定， 后者由 于时间框架较长， 研究 手 段与静态安全分析类似， 都是基于 潮流计算，因 此也常被归入概率静态安 全分析;当 采用时 域仿真 算 法 研究 功 角 稳定、 动 态电 压 稳 定、 频 率稳 定时， 三 者实际 上是 统一 研究 的， 采 用的 紧急 控制 措施 对三者都会产生影响: 完整的 概率经济评估 算法应该包括对静态、动态安全风险指标的 分析，以 及 对安全控制成本的 计算。 对于新型发 输电 技 术， 如风力发电、太阳能发电、直流输电、 灵活交流输 电 等， 若只研究其本身的 可用性， 可归 属到 元件可靠性范畴，若 研究它们对系统运行的 影响， 则可 分别归属到静态、 动态、综合安全或经济评估范畴。 1 . 2国内 外研究现状综述 将概率方法引 入电 力系统安全 经济评估， 始于上世纪中期的 发电 系统可靠性研究， 并在 7 0年 代得 到较大 发展。 为了 验 证各 种 概率 仿 真 算 法的 准确 性、 计算 速 度并 提供 一些 可供比 较的 例系统， i e e e建立了若干可靠性标准测试系统， 概率方法应用协会可靠性测试系统工作组分别于 1 9 7 9和 1 9 %年 公 布了 两 个 不 同 规 模 的r t s 标 准 测 试 系 统 i 14 1 ， 其中r t s - 7 9 系 统 有2 4 个 节 点 ， 负 荷1 7 个 ， 电 厂1 0 个， 机组3 2 台 ， 输电 线 路3 4 条。 除了 基 本电 气参数外， 还 给出了 发电 机、 变压器、 输电 线 路的 故障率 和修 复率， 机组 类型 和 成本 参 数， 线 路载 荷容量、 共 模故障 参 数和保护故 障参 数，以 及 合肥工业大学博士学位论文 时 序负 荷参 数， 这是一个比 较完 整的 发 输电 组 合 测 试系 统. 加 拿大s a s k a t c h e w a n 大 学的r .b il lin to n 等人将r f 5 系统 简化为一个6 个节点 、 9 条线 路、 2 个电 厂、 1 1 台 机 组、 5 个负 荷的r b t s 系 统 【15 以图建立可靠性研究的基本概念， 在这个系统上进行电力系统经济成本及可靠性研究。鉴于不同 设 备的可靠性参数不同， 而且需要长时间的 数据统计，电 力部门 也开始重视 刘设备可靠性原始数 据的 统 计 和 整 理 工 作 iib 最近 2 0年来， 随着安全经济分析研究的 深入和计算机硬件条件的改善， 概率仿真算法的 研究 在电 力系统安全v r 估方面取得了 长足的 进步， 在部分领域达到大型组合系统工程应用的 水平。以 下 就本文涉及的发输电 组合电 力系统概率仿真的主要研究领域， 分析国内 外最新研究进展。 ( 1 ) 概率静态安 全分析 电 力 系统 概率 静态安 全分 析的内 容主 要包括 有功 发电 再 调 度 ( 有功 校正 ) 和无功电 压 校正， 前者 处理有功功率平衡和相关安全约束，后者处理无功功率平衡、电 压水平安全和相关安全约束。由 于 时间框架和处理措施有相近之处，静态电 压稳定问 题也常被放在静态安全分析中。自 从蒙特卡罗抽 样技术作为计算工具被引入电 力系统概率仿真以 来，基于蒙特卡罗抽样的非序贯仿真算法、 序贯仿 真算法和伪序贯仿真算法在元件可靠性、电 源可靠性、电网 可靠性、发 输电组合系统可靠性等方面 得到广泛应用。 由于计算机内 存和速度的限制， 非序贯仿真比 序贯仿真更早地在电力系统概率仿真中得到应 用。 在非 序贯仿 真中， 对负 荷分 布的 概 率 模拟一 直是 值得关 注的问 题。 文 献 1 7 1 在生产费 用 模拟中， 将年度负荷简单分级， 给出 每个年度的 需求电 量和峰荷值， 从而得到每年生产费用及其方差。由 于 数学 模型简 化太多， 该 分类 方法 很难 应 用 于电 力 系 统概 率安全 分 析。 文 献 1 8 1 将负 荷k均 值聚 类， 在聚类过程中考虑节点负荷变化的相关性和负荷预测中的不确定性，采用动态调优方法计算各类负 荷的 类均值、分布概率， 并借助w i l k s 统计量来检验分类显著性，以 判断分类效果是否明 显。 在非 序贯 仿真中， 停电 频率 指标计 算是 一个 难点。 文献 1 9 基于 元件 状态转 移， 根据状态发生的 条 件概 率计 算停电 频率。 文献 2 0 1 假设 每 个每次 只 有一 个元 件故障， 模 拟系 统的 状态转移过程， 从而 计算 停电 频率. 文献 2 1 认为 系统 保持 严格同 调 性， 忽略 发生 概率 较小 事件， 从而简化状态空间， 计算 停电 频率。 序贯仿真中，按事件序列的负 荷模型几乎不需要附 加建 模， 而停电 频率的计算也非 常简 单。 元件随 机故障和保护系统保护动作造成的电 网 拓扑结构的 变化直接改 变潮流的分布， 影响系统 的 安全运行，因 此需要准确模拟。 输电 线路和保护元件的建模较为复杂， 不仅要区分开路、 瞬时短 路 、 永 久 短 路 ， 还 声 要 考 虑 保 护 和 重 合 闸 的 拒 动 ， 以 及 由 此 造 成 的 电 站 和 电 网 拓 扑 结 构 的 改 变 。 文 献 2 2 ,2 3 健立了r t s 系统电 站内 部结构详细结构和保护系统参数， 讨论了 保护系统故障对电 力系统 可靠性的 影响。 在此基础上， i e e e 于1 9 9 4 年公布了 保护系统可靠性报告 2 4 1 ， 对保护元件的拒动、 误动、 连锁跳闸 进行分析， 建立了 保护系统的 状态图 和故障 树， 并定义了 保护系统的性能指标。 文 献 2 5 ,2 6 对输电 系统 和保护 元 件进 行了 详细 建模， 在 此基 础上 对组 合系 统可靠性 进行分析。并 分 析 了 保护 系统的由 于 配电 网 结 构的 特点， 保护系 统 对配网 可 靠性 影响 更 大， 文献 2 7 ,2 8 1 讨论了电 站结 构和保护元件对配网 可靠性的 影响. 文献 8 研究了 各种电 力 系 统安 全 经 济 算法， 特别 是 直流 潮流、 线 性 和非线性优 化算 法的 应 用 等。 文献 2 9 1 基于 直流 潮流 和线 性规划 方法， 对组 合系统 可 靠性 评估中 各 种有功校正 策略的 建 模进行了 研究，除了 传统的停电 功率最小校正策略外， 文中 提出发电 费用最小、 停电损失费用最小、 根据故 障 距离 加权以 缩小故障范围 等策 略， 并 讨 论了 各种 校正 策略的 加权组 合使用问 题。 文献3 0 1 试图 利 用人工 神经网 络建 立概率 安 全分析中 输 入参数与 可 靠性指标的 映 射关 系。 文献 3 1 在配电 系统静 态 安全 评估中引 入时 变气 候和恢复 措施。 文献3 2 1 给出了 电 力系 统 概率 静态安全评估的 指 标定义和 算 法。 文献 3 3 - 3 5 分别对包括 直流输电 线 路和水电 厂的 组 合系统 进行 概率 静态安全 评估。 由 于电 压安全约束的非 线性， 为了 解决无功和电 压安全约 束问 题， 各种优化算法被引入静态安 第一章 前言 全调 度。 文 献 3 6 1 采用内 点 法 求 解无 功电 压 优 化问 题， 文 献 3 刀 利 用v s t a b电 压 稳定 程序， 将电 压 安全 作为 约 束 直接加入优 化。 文献 3 8 根据电 压安全 约 束. 给出 每台 发电 机、 每 条线 路相对故障的 安全域， 将之作为静态约束加入概率 静态安 全分析中。 文献 3 9 1 结合线性规划技术和交流潮流算法， 将电 压约束线性化后。 作为 约束条件加 入线性规划算法，以 解决线性规划技术在无功和电 压安全方 面的不足。 静态电 压安全问 题一般可以 分为电 压静态稳定问 题和静 态电 压偏移问 题， 后者可由 静态安全调 度的 无功电 压 校正 模块处 理. 针 对静 态电 压 稳 定问 题， 文 献 【 4 0 ,4 1 ,4 2 1 对电 压失 稳现v 进行了 分析， 文献 4 3 给出了 一 般 可接 受的电 压 稳定 定 义。 文 献4 4 ,4 5 1 采用 连续 潮流法计算系统从 稳定状态向 极 限 状态变 化的 轨 迹来 判断 静 态电 压失 稳。 当 临 近电 压失 稳点时， 潮流方 程雅可比 矩阵j 的 行列式阴 接近。 ，即j 阵奇异。这时任 何一点小的 扰动都将引起系 统状态的 较大变化， 系统处于不稳定运行 状态。 因 此可以 通过计算 p i 以 判断 是 否电 压失 稳， 或者 对3 阵 进行 奇异 值分 解， 最小 奇 异 值对应的 节点 对系 统电 压稳定影响 最大 1049 1 。 灵 敏度 分 析 方;,-1.5 0 ,5 1 1采 用负 荷节点电 压的 一 些灵 敏 度指标来判 断小 扰动下系 统的电 压稳定情况。 但灵 敏度 方法的 计算比 较简单，且不能 给出 故障裕度， 而且当系 统临 近电 压崩溃时 ，部 分 灵敏 度系 数 趋于 无 穷， 无 法计算。 文 献 5 2 通过对单 端 输电 系 统的分析， 推导出 反映 系 统电 压稳定 性的l 指 标。 文 献 5 3 1 在 可靠 性 评估中 应 用l 指标判断 静态电 压稳定 性， 并 采 用二 分法试 验确定维 持电 压 稳定 所需 要的 切负 荷量。 文 献 5 4 1 对l 指标进 行简 化， 以b 指标反 映电 压稳定性， 并 推导出b 指 标与节点负 荷的 线性关系， 为 避免静态电压失稳提供了 有效控制措施。 概率抽样的可信度和收敛速度一直是相关 研究人员关 注的问题。由于样本收敛速度与样本方差 有 关， 因 此分 层抽 样( s t ra t if ie d s a m p lin g ) 、 重 点 抽样 ( i m p o rt a n c e s a m p li n g ) 、 控制 变量 ( c o n t ro l v a r ia b le ) 等各种减小方差的 抽样技术得到了 广泛关注。 文献 5 5 , 5 6 研究了 在发电 系统生产费用模拟中的分层 抽样 技术， 按各 层的 权值 按比 例 抽样， 对分 层 进行 调 节和 优化。 文献 5 7 1 结 合分层抽样 和 控制变量 方 法， 计算 生 产费 用， 文 章算 例 可以 将 样本 容 量 减小 至原 先的 千分 之一。文 献 5 8 ,5 9 1 将重点 抽样技 术应用于组合电 力系统可靠性分析， 通过畸 变元件故障概率， 使得故障样本更多地出 现， 从而加速 抽样 收敛。 文献 6 0 将重点 抽 样方 法 应 用于 概率 潮流 计 算， 计 算效果 优于 其 在可靠 性分 析中 的 应用。 文献 6 1 1 将与 抽样指标强相关的 变量作为控制变量， 对两 者之间的差值进行抽样， 算例结果显示收 敛速 度是 原先的1 2 - 3 1 倍。 文 献6 2 结 合 使 用 重点 抽样和 控 制 变量 抽样技术， 讨论了 算法 发 输电 组合、 多水库电 力系统的 静态安全性、多 地区生产费 用模拟的 应用。 目 前电 力系统概举静态安全研究水平较高， 有待解决的问 题主要有: 元件建模的继续完善。 包括一次元件故障和恢复模型、 保护元件的故障、网 络拓扑关系的 建 模、 负 荷水平的 模拟等 等. 这 些问 题建 模的 准 确 性直接 影响 概率仿 真算法的 应用价值。 调 度措施 和安 全控 制策略的 仿 真。 各 种 优化算 法 应与 调度 运行规则 结合， 才能 切实模 拟系 统的运行情况。 指标体系的 完善。 概率 仿真计算结果应该是量化的， 可比 较的;不仅能给出 停电 概率、矩 阵奇异值等数学指标，而应该 包括停电 时间、 停电 功率、 停电电 量、 停电 成本等实际物理变量: 应 该从系统、用户( 负荷点) 、 元件等层次予以 描述。 改进抽样技术， 减少计算时间时，需 要综合 考虑计算速度、结算结果准确性、内 存需求和 编程实 现难度四个方面， 尤其是计算结 果的 准确性必须得到保证。 ( 2 ) 概率动态安全和概率综合评估 传统的电 力系统暂态稳定计算中， 故障 模式是确定的，即 在给定扰动模式下，研究发电 机组间 能 否保持同 步。 扰动模式包括线路或 者母线的三 相短路、 机组的 退出 运行、负荷的急剧增长、 快速 励磁调节、切负 荷等。 但是实际 上， 元件故障时间、 位置、 故障类型、 保护装置是否拒动等都是不 确定的，服从一定的概率分布， 保护装置的动 作时间 存在一定的分散性，系统负荷水平是变化的， 故障 前系 统 运行 方式也 是 变 化的 。 因 此 有必 要 按 照 其 概率分 布特 性， 对元件故障 和保 护动作 情况进 合肥工业大学博士学位论文 行概率 模拟， 研究在随机和不确定 情况下系统的 概率动态安 全， 并以 直观、量化、可比 较的计算指 标予以描述。 将电 力系统概率安全分析分为 静态和动态两个方面是基于不同的时间 框架、 控制目 的和简化条 件。 例如静 态安 全 分析中， 近 似 认为 系 统 频率 不 变， 具 有 一 定 无功 储备的电 厂 母线 ( p v 节点 ) 电 压 保 持不变， 而动态安全分析中， 往往忽略了 线路载荷约束等。 但是本质上电 力系统是一个完整系统， 尤其是在概率安全分析中， 研究重点 是在不确定运行方式和随 机故障下， 系统能否满足用户需求， 以 及预期的 停电 指标， 此时无论动 态安全还是静态安全都可能 破坏对用户的供电，因此需 要将静态 安全和动态安全综合研究分析。 文献 6 3 ,6 4 提出 在多 机系 统中 进 行 概率 暂 态 稳定 计算的 必要 性， 并给出了 在 简化的3 3 节点、 5 2 条线路、 1 1 台 发电 机的s p c系 统的 概率稳定计算结果。 文章通过 潮流计算得到初始运行方式， 假设 在线路中 点 或者 端点( 母线 ) 处， 发生短 路故 障， 故 障 类型 包 括单 相接地、 两 相相间、 两相 接地、 三 相短路四种。 假设保护系统 1 0 0 % 可靠，即 不考虑保护和重合闸 拒动， 但是考虑考虑保护和重合闸 动作时间的 分散 性， 假设故障切除时间服从正态分布。 对每条线路、 每种短路形式计算系统的 暂态 稳定性， 采用概率加权方 法得到系统失稳概率。 文中 算法的 优点是 考虑了 故障不确定性和保护动作 时间 分散 性， 缺点是对故障 类型、 位置、 起止时间的模拟不够准确或完整， 没有考虑保护拒动与否， 没有任何紧急控制措施， 计算指标定义也不 尽全面。 文献 6 5 比 较了 确定 暂态稳定 和概率 暂态 稳定 算 法的 区 别， 提出 在概率暂 态稳定计算中引 入暂 态能 量函 数判断 系统是 否失 稳， 并 给出了 一 个五 节点系 统 算 例结 果。 文献 6 6 在应用暂态能 量函 数 的 基 础上， 采用 切机措 施以 避免暂 态失 稳。 文 献 6 7 1 计算临 界 冗余能量， 根据灵 敏度关 系 将切 机量 在各 机组间 合 理分配。 文献 6 8 首 先确定故障 类型、 位置、 故 障 切除 时间、 负荷 水平的 概率分 布， 然后有限 重故障枚举， 计算每一组故障集合的 发生 概率， 再 采用能量函 数方法判断是否失稳。 文献 6 9 1 提出 在稳定 计算中， 根据 功角 差判断 可能 失 步 机组， 在失 步 机 组中 切除 加速能量 ( a e ) 较大的 机 组。 文献 7 0 ,7 1 对负 荷水 平、 故 障 发生 时间 、 故 障位 置等 连续 变量离散 化处 理， 采用 条件概率 方 法 计算系统失稳概率，定义了 反映事故严重程度的 一组性能指标。 文中根据最大摇摆角对事故进行排 序和自 动 选择， 并采用经 验规则 减少 暂稳计 算次 数， 提高了 算法 效率。 文献 7 2 1 讨论了 概率稳定 计 算中 各种紧急控制措施的 应用效果， 发现参数设置不同时， 紧急 控制措施可能对系统产生有利或不 利影响。 文献 7 3 研究了 交直 流混 合电 力系统中 概率 稳定 算 法的 实 现。 文献 7 4 ,7 5 根据负 荷变化 情 况， 讨 论了 为了 维 持系 统 暂态 稳定 的故 障临 界 切除 时 间 ( c c t ) 的 概率 分 布。 文献 7 6 将e e a c 稳定 算 法 应 用 于 多 重 故 障 的 处 理 ， 井 对 河 南电 网 的 稳 定 性 能 进 行 了 概 率 评 估 。 文献【 7 7 讨 论了 将静 态安 全 和 动态安 全综 合评估的 必 要性， 使 用“ 距离不安 全时间” 作为系 统 安全性的 测度， 该参数的 概率分 布可以 通过求解一组微分方程得到， 而微分方程的系数可用静态安 全域 和动 态安 全 域表示。 文献 7 8 讨论了 动态安 全 评估中 不同 元件 和控制措施的 时间 顺 序， 包 括断 路器、 快调汽门、 低频减载、 备用机组启动、 发电 再调 度、 转移过载线路负荷、 切负 荷、经济调 度 等。 该时间 序列 有利于 确定综 合评 估算 法中 不同 计 算模块的 顺序。 文献 7 9 1 将综 合评估算法引 入电 力 系 统 可 靠 性 评 估， 并 试图 区 分 在 静 态 和 动 态 停电 指 标中 不同 元 件 故 障 所占 的 比 例。 文 献 8 0 - 8 2 采 用蒙 特卡罗概率抽样方法， 对系统的静态安全 和动态进行综合评估，并逐渐完善静态和动态指标体 系。 目 前概率动态安全评估和概率综合评估研究中 存在的 主要问 题是: 稳定计算建模不够精确。 不同 于确定 性算法， 概率稳定计算中，负荷水平、故障元件、 位 置、 类型、 起止时间、 保护是否 动作、 保护动作时间等都具有不确定性， 服从一定的统计规律， 如 线路故障 服从指数分布， 故障位置一般认为服从均匀分布， 保护拒动与否服从正态分布。 将连续变 量离散化再采用概率加权的算法存在一定误差;试图 建立上述不确定变量与稳定指标间的函数关系 是 几乎 不可能 实 现的; 而忽略 这 些随 机 和不 确定因 素， 得到的 计 算结 果可 信度较差， 例 如由 于 连 锁 第一章 前言 故障 造成故障范围扩大， 对系统稳定 造成的 破坏更大， 因此忽略保护的 拒动特性显然是不合理的。 对多重故障的处理和对各种自 动安全装置的 模拟也一直是不能回 避的问 题。 动 态安 全与静 态安全的 综 合建模中 ， 故障 模 式的 确定、 紧急 控制措施与 安全校正 措施的实 现、 各 种电 气参数 和控 制参 数的 衔 接。 尤 其是当网 络结 构 发 生变 化时， 综 合评估 算法是 否能 够正 确 区分和统计评估指标。 动态安全与 静态安 全的 综 合 评估 指 标体系 的 建 立。 综合 指 标不是静态指 标和动态指 标的 简 单叠 加， 而应统一分析各种故障模式对动态 安全和动态安 全的 破坏， 应用反映静态、 动态、 综合安 全性能， 应该反映系统、负荷节点 和元件等不同 层次的安全水平。 ( 3 ) 电 力系统 运行 状态 评估 对于包括发电系统和输电 系统在内 的 组 合电 力系统，电 力部门 常采用解析判据来确定系统的风 险水平， 如规定备用容量必须大于 最大一台 机组容量， 或者按负 荷固 定比 例来安排备用容量。 我国 国 家电 网 公司 也 制定了 输电 网 安 全 性的 评价 标 准 8 3 - 8 5 1 ， 对电 力 系 统的 安 全运行 制定了 详细的 运行 要求和安 全评判标准，以 及相应的量 化评分 体系。 这 些安 全标准基于解析法如n - 1 故障检验， 检验 手段和效果比 较直观， 易于理解和修改， 但由 于 将发电 和输电、 有功和无功、 静态安全与动态稳定、 强迫故障与调度措施等各方面孤立分析， 不能 综合反映系统实时调度能力和网 络安全约束。 对于不 同电网， 评分体系中 各个 模块的 重要性或 关注程度不同， 不同 的发 输电元件对系统安全运行的 影响 也不同。 不同 性质的用户， 对安 全运行的 要 求也不同。 n - 1 检验引入的故障模式比 较简单， 不能反 映多重故障、由 于保护拒动造成的 连锁故障、负荷模式变化的 后果。 概率安全评估方法采用概率仿真抽样 来模拟故障模式和故障后果， 可以 模拟多重 及复杂故障模 式和负 荷水平变化， 计算静态安全和 动态稳定 等， 得到 各种年 度化的风险指标， 如停电 概率、 停电 频率、停电持续时间、 停电电 量等。 但这些 指标多以 极 值和数学期望值的形式给出的， 物理意义比 较抽象， 而且没有按故障后果的 严重 性进行分 类， 不能给出 系统处在安全水平的 可能性有多大。与 解析评估类似， 传统的 概率安 全评估方法不能区分不同 发输电 元 件和负荷的重要性， 也不能反映不 同 用户对安全性的 承受能力和电 网安 全标准。 针对这一问 题， 研究人员开始考虑按一定的框架体系 定义不同的电力系统运行状态.以 状态指标反映系统承受扰动的能力、安全水平和安全裕度。 r . b i l l i n t o n综合采用解析方法和概率方