（电力系统及其自动化专业论文）概率方法在电力系统偶然事故分析中的应用研究.pdf

摘要 行说明，并用i e e e r t s2 4 母线系统为例，对系统中单条线路开断事故进 行严重度排序计算，说明了所提出的事故严重度算法的可行性与有效性； 其次，针对系统元件发生故障的可能性，创造性地提出了事故严重度和元 件故障率相结合的事故严重度期望值的概念，并以此作为偶然事故排序选 择的指标，通过对算例系统的计算，说明了采用事故严重度期望值作为事 故排序指标的合理性； 再次，在对元件故障率的计算上，提出按照对事故引发因素的分类，把对 元件故障率的计算方法，分为大样本和小样本，然后分别进行计算：在事 故数据为大样本的基础上，提出采用常规的统计方法，进行元件故障率的 计算，并以气候对元件故障率的影响为例，进行了说明；在对小样本事故 发生率的计算上，提出采用数理统计中贝叶斯方法进行分析，并通过实 例，对其具体应用以及方法的合理性作了进一步的说明。 突破了n 一1 的范围，在某些条件下( 如遇到恶劣气候) n 2 发生概率上 升，可以与一般条件下n - 1 事故发生概率相比，因而进入选择范围。 然后，针对在事故统计中可能出现异常值的现象，借助于函数空间的概 念，对样本均值对异常数据的敏感特性进行分析的基础上，提出跳跃度函 数的概念；在给出了跳跃度函数的理论证明以及计算公式的基础上，通过 具体实例，对系统中所出现的引起事故发生率发生变化的异常数据进行分 析；同时，以线路故障率为例说明所提出的事故异常数据的分析方法对电 力系统偶然事故选择所产生的影响。 最后，针对事故选择中元件故障率变化的特点，提出将知识库与推理机分 离的思想，通过采用外部数据库，把系统网络结构以及元件故障率知识以 表格的形式存放在其中，进而将电网拓扑结构库和元件故障率变化规则知 识库从系统偶然事故选择程序中分离出来，实现了溶知识库与数据库于一 体。最终结果不但能够适应系统网络结构扩建及改建的要求，而且满足元 件故障率知识库中知识的修改和扩充的需要，使系统具有定的通用性。 关键词：可靠性，安全分析，偶然事故选择，概率方法，严重度函数，元件 故障率，事故严重度期望值，事故样本，奇异值，跳跃度函数，专家 数据库系统 u - r e s e a r c ho np r o b a b i l i t ym e t h o d s a p p l i e d i np o w e r s y s t e mc o n t i n g e n c ya n a l y s i s a b s t r a c t w i t l lt h ei n t e r - c o n n e c t i o no ft h el a r g ep o w e rs y s t e ma n dt 1 1 ei n t r o d u c t i o no f t h ep o w e rs y s t e mm a r k e t ，t h eu n c e r t a i n t yo ft h ep o w e r s y s t e mo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ， w h i c hh a v ea l r e a d yb e e nv e r yc o m p l e x ，i sb r o u g h ta b o u tg r e a t l y m e a n w h i l e ，u n d e r t h ep r e s sf o ra h i g h l yr e l i a b l ep o w e rs u p p l y ，u t i l i t i e sa l lo v e rt h ew o r l dh a v ep u tt h e a s s e s s m e n to ft h ep o w e r s y s t e mr e l i a b i l i t ya n ds e c u r i t yi n t ot h ef i r s tp l a c en om a t t e r w h e nt h e ya r ei nt h e p l a n n i n gs t a g e o ri nt h eo p e r a t i n gs t a t e t h u s ，t om e e tt h e r e q u i r e m e n tf o rt h ep o w e rs y s t e m o n l i n e s e c u r i t ya s s e s s m e n t ，o n ec h a l l e n g ef o r m o d e mp o w e rs y s t e ma n a l y s i si sh o wt os e tap r o p e rw a yt or a n ka n ds e l e c tt h e c o n t i n g e n c i e sq u i c k l ya n dc o r r e c t l y n o w a d a y s ，i np o w e rs y s t e ms t a t i cs e c u r i t ya n a l y s i s ，t os e l e c tt h ep r o p e ro n e s o u to ft h el a r g ec o n t i n g e n c ys e tf o ram o r ed e t a i l e da n a l y s i s ，t h em o s tw i d e l yu s e d m e t h o di sf i r s tt os e tu pt h ep r o p e rc o n t i n g e n c yl i s t s ，t h e nr a n k i n gi sp e r f o r m e db a s e d o nt h es e v e r i t yo ft h ec o n t i n g e n c i e s ，f i n a l l y ，ad e t a i l e da n a l y s i si sg i v e no u tb a s e do n t h er a n k i n gr e s u l t i nt h e o r e t i c a la s p e c t ，t h et h e s i sp r o p o s e sap e r f o r m a n c ei n d e xb a s e do nt h e g e n e r a t o r s r e a c t i v ep o w e ro u t p u t ，a n df u r t h e r ，t h e a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no ft h e e x i s t i n gp e r f o r m a n c ei n d e xu s e di nt h ep a s ta r eg i v e no u t w h i l eb a s i n go nt h a tt h e e l e m e n t s o u t a g er a t ei se x p o n e n t i a l l yd i s t r i b u t e d ，t h et h e s i sp u t sf o r w a r dt h ec o n c e p t o ft h es e v e r i t ye x p e c t a t i o no ft h ec o n t i n g e n c y ，w h i c hc o m b i n e st h es e v e r i t yo ft h e c o n t i n g e n c y a n dt h ee l e m e n t s o u t a g er a t e st o g e t h e r ，f o ra s s e s s i n gt h ec o n t i n g e n c y i no r d e rt oc a l c u l a t et h e e l e m e n t s o u t a g er a t e s ，t h e t h e s i sd i v i d e st h e e l e m e n t s o u t a g es a m p l e si n t ot w oc a t e g o r i e s ：t h el a r g es a m p l es e ta n dt h es r n a l l s a m p l es e t ，f o rt h ef o r m e r ，t h eo r d i n a r ys t a t i s t i c a lm e t h o di su s e d ；f o rt h el a t t e r , t h e b a y e s i a nm e t h o di su s e d m o r e o v e r ，t od e a l 讯mt h eo u t l i e r si nt h eo u t a g es a m p l e s ， t h et h e s i su s e sab o u n c i n gf u n c t i o nf o rt h e i rd e t e c t i o na n da s s e s s m e n t i nt h ea s p e c to f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，a st h ee l e m e n t o u t a g er a t e sw i l lv a r y w h e nt h e s y s t e mo p e r a t i o nc o n d i t i o n ( e n v i r o n m e n t ) i sc h a n g e d ，t h et h e s i sp u t s f o r w a r dak n o w l e d g e b a s e de x p e r td a t a b a s es y s t e m a f t e rc o m b i n i n gt h eo p e r a t o r s e x p e r i e n c ea n dt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，t h ee l e m e n t s o u t a g er a t e sa r cf u r t h e ru t i l i z e d i nt h ec o n t i n g e n c ys e l e c t i o n w i mt 1 1 ea d v a n c eo f t h ea b o v em e t h o d sa n dt h e i r i m p l e m e n t a t i o n t h ep r o b l e m o i lh o wt oc a l c u l a t et h ep r o b a b i l i t i e so ft h ec o n t i n g e n c i e si np o w e rs y s t e ms e c u r i t y a n a l y s i si ss o l v e d ，b u ta l s ot h er e s u l tc a nb ea p p l i e ds m o o t h l yi n t ot h ep r o g r a mo f l u a b s t r a c t p o w e rs y s t e ms e c u r i t ya n a l y s i s t h u s ，t h ev a l i d i t y o fp o w e rs y s t e mc o n t i n g e n c y a n a l y s i si sw e l li m p r o v e d t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h et h e s i sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，t h ev a r i a t i o no f t h eg e n e r a t o r s r e a c t i v eo u t p u t si nt h es y s t e mi su s e da s t h ep e r f o r m a n c ei n d e xf o re v a l u a t i n gt h es e v e r i t yo ft h ec o n t i n g e n c y b y c o m p a r i n gt h ee x i s t i n g p e r f o r m a n c ei n d e x ，t h ed i s t i n c t i v e n e s so ft h en e w p e r f o r m a n c ei n d e xi sg i v e no u t t h en e wa l g o r i t h m sf e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t y ? a r ef u r t h e rp r e s e n t e db ya n a l y z i n gt h es i n g l el i n eo u t a g ei nt h ei e e er t s2 4 b u ss y s t e m s e c o n d l y ，b yn o t i c i n g t h ep r o b a b i l i t yo ft h es y s t e me l e m e n t s o u t a g e ，t h e c o n c e p to f t h es e v e r i t ye x p e c t a t i o no ft h ec o n t i n g e n c yi sp u tf o r w a r d ，w h i c h j o i n st h es e v e r i t yo ft h ec o n t i n g e n c ya n dt h ee l e m e n t s o u t a g er a t et o g e t h e r t h e v a l i d i t yo f t h es e v e r i t ye x p e c t a t i o no ft h ec o m i n g e n c yi sf u r t h e ri l l u s t r a t e d b ya n a l y z i n gt h et e s t i n gs y s t e m t h i r d l y i no r d e r t oc a l c u l a t et h ee l e m e n t s o u t a g er a t e s ，t h et h e s i sd i v i d e st h e o u t a g es a m p l e si n t ot w oc a t e g o r i e sa c c o r d i n gt ot h e i rc a u s e s ：o n ei st h el a r g e s a m p l e ；t h eo t h e ri s t h es m a l ls a m p l e w h e nt h eo u t a g ed a t ab e l o n g st ot h e l a r g es a m p l e ，t h eo r d i n a r ys t a t i s t i c a lm e t h o d w i l lb eu s e d ；w h i l ei nt h ec a s eo f t h es m a l ls a m p l e ，t h eb a y e s i a nm e t h o dw i l lb eu s e d b ya p p l y i n gi n t ot h e p r a c t i c a le x a m p l e s ，t h es t e p sf o ri m p l e m e n t i n g t h em e t h o dw e r eg i v e no u t n o t1 i m i t e di n n 一1 ，i nc e r t a i nc o n d i t i o n s ( f o re x a m p l e ，i ns e v e r ew e a t h e r ) ，t h e p r o b a b i l i t yt h a tn 一2e v e n t so c c u rm a y b ec o m p a r a b l ew i t ht h ep r o b a b i l i t yo f n - 1e v e n t so c c u r r i n g s ot h a tn - 2e v e n t sm a y b ec o n s i d e r e di nt h ec o n t i n g e n c y s e l e c t i o n i n d e a l i n gw i m t h eo u t l i e r st h a ta p p e a ri nt h es t a t i s t i c a lr e s u l t t h et h e s i su s e s t h ef u n c t i o ns p a c et oi l l u s t r a t et h es e n s i t i v i t yo f s a m p l e s m e a n t ot h eo u t l i e r s ， t h eb o u n c i n gf u n c t i o ni sp u tf o r w a r d a f t e rg i v i n go u tt h et h e o r e t i c a lp r o o f a n dm a t h e m a t i c a lf o r m u l a , t h eb o u n c i n gf u n c t i o ni sf u r t h e ra p p l i e dt ot h e p r a c t i c a l s t a t i s t i c a lr e s u l t m o r e o v e r ，t h ee f f e c tf o rd e t e c t i n gt h eo u t l i e ri n p o w e rs y s t e mc o n t i n g e n c y s e l e c t i o ni sp r e s e n t e d b ya n a l y z i n g t h et e s ts y s t e m f i n a l l y t o m e e tt h ef a c tt h a tt h ee l e m e n t s o u t a g er a t e sc h a n g e 讪mt h es y s t e m o p e r m i o nc o n d i t i o n ( e n v i r o n m e n t ) ，t h et h e s i sd e v e l o p s ak n o w l e d g e b a s e d e x p e r td a t a b a s es y s t e m b yt a k i n gt h ei d e ao fs e p a r a t i n gt h ek n o w l e d g e b a s e a n dt h er e a s o n i n gm a c h i n e ，a ne x t e r n a ld a t a b a s ei ss e t u p ，w h i c hs t o r e st h e s y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r ea n dt h ee l e m e n t s o u t a g er a t e si nt h et a b l ef o r m a t b ys e p a r a t i n gt h es y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r ea n dt h er u l e sf o rm o d i f y i n gt h e e l e m e n t s o u t a g er a t e sf r o mt h ec o n t i n g e n c ys e l e c t i o np r o g r a m ，t h ek n o w l e d g e b a s ea n dt h ed a t a b a s ea r ei n t e g r a t e di n t oo n ep a r t l ef i n a lr e s u l tn o to n l y m e e tt h e r e q u i r e m e n t f o rt h ef u t u r e s y s t e m s t r u c t u r e s c h a n g e ，b u t a l s o 1 v a b s t r a c t f a c i l i t a t et h em o d i f i c a t i o no ft h ek n o w l e d g er u l e so ft h es y s t e me l e m e n t s o u t a g er a t e s ，s ot h e w h o l e s y s t e m c a r tb ea p p l i e di nd i f f e r e n tu t i l i t i e s k e y w o r d s ：r e l i a b i l i t y , s e c u r i t ya s s e s s m e n t , c o n t i n g e n c ys e l e c t i o n ，p r o b a b i l i t y m e t h o d s ，s e v e r i t yf u n c t i o n ，e l e m e n t so u t a g er a t e ，e x p e c t a t i o no f t h e c o n t i n g e n c y ss e v e r i t y , o u t a g es a m p l e o u t l i e r , b o u n c i n g f u n c t i o n ，e x p e r t d a t a b a s e s y s t e m v 第一章绪论 电力系统的任务是不间断地向用户供应质量( 电压和频率) 合乎规定的电能。 作为国民经济的支柱产业之一的电力工业，它的发展涉及到大量一次能源消耗和 巨额的资金投入，以及可持续发展战略等社会经济因素。 目前由于现代工业和农业的不断发展以及人民生活水平的日益提高，对电力 的需求大为增加。为了实现更大范围内的资源优化配置，电网之间互联形成互联 电力系统( i n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m ) ，不但可以取得联网送电的效益，而 且也有利于加大中西部地区能源资源的开发力度，实现电力工业的可持续发展战 略，更好地适应市场经济的需要。 进入8 0 年代以后，由于省网的互联，我国已经步入5 0 0 k v 区域电网阶段， 全国形成东北、华北、华东、华中、西北、西南等六个统一管理的跨省电网，大 区电网的装机容量已达到1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 m w 。 然而随着我国电力系统容量的不断增长，由于电网建设滞后于电源建设，电 网结构相对薄弱，如电磁环网、大型单环网、电源经单回线上网和电源经几级变 压上网等情况的出线，在严重故障下易于造成系统脆弱。 同发达国家相比较，在具有大致相同的装机容量密度( k w k m 2 ) 卜，我 国电力系统中的线路承载度( m w k m ) 远高于发达国家。不少系统运行在接近 于稳定极限，一些受端系统则缺少充分的电压支撑1 2 i 。 在电力系统实际运行中，要使得处于极限条件下的系统安全运行，不但要求 对受稳定支配的极限参数( 如最大线路承载能力、i 临界的负载节点电压等) 进行 充分的了解和掌握，而且也要求在系统发生事故后，能够作出准确及时的处理， 以减小事故所造成的影响和损失。 从电力系统的构成上来说，电力系统是一个由发电机组、变压器、输配电线 路和用电设备等很多单元组成，分布在广大地域的复杂大系统。电力系统规模的 日益增大，系统间互联部分的逐渐增多，就有可能发生由于其中某一个元件发生 故障，在系统中产生连锁事故反应进而引起事故扩大的现象。 如果再加上电网结构不够强壮，或者安全自动装置不够健全，抑或是管理失 当，那么都有可能使系统陷入稳定危机( s t a b i l i t yc r i s i s ) ，进而可能造成系统稳 定破坏甚至大面积停电，乃至全网崩溃，给国民经济造成重大损失。 因此，国内外大型电力系统的运行与规划都已经把电力系统的可靠性和安全 性评定置于重要地位 4 3 “。 第一章绪论 1 1 电力系统的可靠性 可靠性( r e l i a b i l i t y ) 的一般定义是：一个系统在规定条件下完成其规定功 能的能力i ”。电力系统可靠性是指该系统按规定的电能质量保证向用户连续供电 的概率l 剐。在对电力系统可靠性的具体要求上，我们国家将其归结为两个方面1 9 i ： 一是满足对用户供电的充足性，即系统满足一定数量负荷用电的不间断性；一是 对用户供电的安全性，即系统在保持向用户安全稳定供电时，能够承受严重故障 扰动的程度。 电力系统结构和特性的复杂性，造成电力系统可靠性很难用一个简单的统一 的指标来衡量。一般来说，电力系统可靠性研究主要包括以下几方面内容：发电 容量可靠性估计；互联系统可靠性估计：发电和输电组合系统可靠性估计；配电 系统可靠性估计：发电厂、变电所主接线可靠性估计等。 目前，对大型互联电网的可靠性检验，可以分为充裕性( a d e q u a c y ) 检验和安 全- n ( s e c u r i t y ) 检验”。 充裕性是指在一个较长时间内，电力系统在各种计划检修和强迫停运条件 下，不间断供应足够电力的能力。充裕性可以用确定性指标表示，如系统运行时 要求的各种备用容量( 检修备用、事故备用等) 百分比：也可以用电力不足概率 ( l o l p ) 、电力不足期望值( l o l e ) 、电量不足期望值( e e n s ) 等概率指标表 示，它属于静态的功能性检验。 一个电力系统的安全性检验可以分为静态安全性检验和动态安全性检验。前 者是指系统中的设备不过负荷，而且运行变量不偏离允许范围的条件下，满足系 统负荷的能力；而后者则是指对于系统是否具有承受突发性扰动的能力的检验， 它是通过考察系统在经受预想事故后，能否过渡到可以接受的新的稳态运行方式 来进行的。通常，进行安全性检验的目的是为了确保系统能够满足如下运行条件 | 1 1 1 系统中的设备或传输线路不存在过负荷的情况： 系统中的母线电压保持在允许的波动范围之内( 通常是以额定值的5 为允许的波动范围) ： 当任何一个规定的扰动集发生时，在经历暂态过程后，系统必须达到可 以接受的稳定状态( 即不会发生不稳定的情况) 。 上述条件中的前两点是通过电力系统稳态分析来实现的。 随着现代电力系统对可靠性要求的提高，防止事故的发生也被包含在安全性 的定义中1 1 “。本文的研究工作正是从防止偶然事故发生的角度出发，以期达到提 高系统运行可靠性的目的。 2 第一奄绪论 1 2 偶然事故 电力系统运行的理想目标是：尽量保持电力系统的正常运行状态。然而，实 际运行中的系统往往会由于系统中事故的发生，而使系统状态突然改变，从而使 系统的安全性和可靠性受到影响。 造成系统状态改变的原因可能是内扰( 如当一个设备由于过负荷而故障停 运) 或外扰( 如当一个设备被雷击时) 。通过对引发电力系统运行状况变化的事 故的原因进行分析+ ，可以把这些事故因素分为两大类： 第一类是自然灾害因素，如暴风、雨雪、雷电等。由于气象部门已经对这类 自然灾害的发生有着大量的研究工作，因此，在电力系统中，这些自然灾害 所引起的事故具有可以预测的特点； 第二类是一般性事故，如设备本身的缺陷、人为或外力破坏、交通运输事故、 树木生长等，这类事故的特点是难以预测，也就造成了对于这类事故数据进 行分析的困难性； 这两类事故的后果都是造成电力系统设备的被迫退出运行，从而直接影响对负荷 的供电。由于它们的发生均带有一定的偶然性，在实际电力系统运行中，它们被 称为偶然事故。 通常，对系统进行输电和发电规划的人员比较注意对上述事故数据的统计工 作。这样，在规划阶段，各规划设计部门对新系统进行设计时，才能在全面研究 分析系统各发展阶段的规模以及相应的电网结构的同时，又能够从电力系统安全 运行的角度出发，确保对系统中有可能发生的事故也已经作了充分的考虑，最终 达到对系统可靠性的要求。 为了实现这一点，规划人员通常采用的方法是增加冗余的线路，或是对初始 设计进行适当的调整，从而尽可能地减少( 由于偶然事故所造成的) 用户的供电 中断。 对于系统中的运行人员来说，却要面临不同的情形：虽然一方面，为了保证 系统尽可能地安全运行，他们也不希望偶然事故发生；但是另一方面，对于偶然 事故的出现，运行人员也必须有充足的准备。这样，一旦有偶然事故发生，就能 够采取合适的措施，减小事故对系统运行的影响。 可是电力系统实际运行结构并不是始终不变的。这主要是因为： 电力系统是在不断地发展，如系统容量的增加、用户负荷容量的增加等； 具体运行中系统结构变化相当复杂，如大机组或主干线路退出运行、系 统处于检修运行等特殊运行方式等。这就造成运行阶段所发生的事故同 规划阶段所预计的、系统中可能发生的事战有很大的不同； ：本文分忻仅以后荷( 外扰) 为主。 3 第一章绪论 为了在运行中，当出现事故前兆时，帮助运行人员避免事故的真正发生( 或者一 旦事故真正发生，能够在该事故发生后，帮助运行人员尽可能减少系统所遭受到 的损失) ，偶然事故分析成为电力系统能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ， 即e m s ) 中的一个重要环节。 1 3 偶然事故分析 静态安全分析作为能量管理系统中重要组成部分，是实现现代电力系统安全 运行的主要控制手段。作为静态安全分析中的一个必不可缺的模块，偶然事故分 析是通过一个运行在能量管理系统( e m s ) 中的应用程序软件来实现的1 1 3 i 。 在电力系统中经常可能出现各种干扰和事故，发生事故的原因是多种多样 的。当系统中出现设备故障时候，通过偶然事故分析程序，e m s 能够把系统中 可能发生的情况，向系统运行人员做出提示。 显然，偶然事故分析应用程序允许系统运行人员来问象“如果系统中的某 5 0 0 k v 传输线路发生故障的话，那么系统会处于什么状态”之类的问题。对于这 类问题的答案，可能是系统的潮流和电压将会重新调整，或是停留在一个可以接 受运行水平之内；或者，可能是一旦该事故发生，系统中会发生严重的过负荷， 或是电压跌幅超过允许值从而造成系统不能维持正常运行。 在e m s 中使用偶然事故分析应用程序的目的，是为了尽量避免那些可能由 于系统的过负荷，而直接造成的设备损坏；或是避免由于系统中部分元件被从运 行中切除，而造成的大范围的用户供电中断。从这一点上讲，偶然事故分析程序 的实现是有其经济上的意义的| l ”， 从实际运行的角度出发，不但系统的实际状态与规划阶段有着完全不同的情 形，而且运行部门实际所要发出和配送的功率与规划阶段也不尽相同。例如：由 于某些原因，规划阶段所设计的线路或设备不能建造：系统实际的负荷模式有可 能以一种( 规划阶段) 预期之外的方式运行；运行中发电设备发生故障，还可能 会导致系统要从相邻系统购买一定的功率，并且可能要通过长距离输电线路传送 到本系统中。 这种系统在运行阶段与规划阶段的“差异”，最终实际上要求运行人员在维 持系统的安全运行中起着积极主动的作用。在这种积极主动的角色中，首先要做 到就是经常要在足够短的时间间隔内，执行偶然事故分析程序，以保证在上次偶 然事故分析结束后，系统的条件并没有很大的变化。一旦在执行偶然事故分析程 序的过程中，系统条件发生变化，那么就要在计入这种变化的基础上，重新进行 偶然事故的分析过程。 在进行偶然事故分析的具体方法上，传统概念f 1 4 f 是通过系统的基本模型，对 每个偶然事故进行模拟，然后根据事故发生后系统的运行状态，进行系统潮流 4 第一章绪论 分布计算，检查事故是否会造成运行违限的发生。在理论上讲，这一点可以直接 实现。可是，如果在实际中按照上述方法进行实施的话，就存在三个主要的难点： 首先，在于如何建立合适的电力系统模型上：即用什么样的方式来表示事 故后的系统状态，以及计算的结果要达到什么样的精确程度。 其次，对系统中的哪些偶然事故，在事故分析时应该加以考虑。 第三个难点在于：对于大量的偶然事故分析问题，如果用潮流求解，就要 求有很大的计算量，显然不能满足“以一定的时间间隔来运行”的要求。 实际上，在计算的重要性和计算规模上来说，偶然事故分析通常是能量管 理系统中最消耗时间的部分。 针对上述几个难点，现在国内外比较广泛采用方法是把在线偶然事故分析分 成三个完全不同的阶段i l5 | ：偶然事故列表、偶然事故选择以及对偶然事故的评定。 1 3 1 偶然事故列表 把所要分析的偶然事故以列表的形式表现出来是整个偶然事故分析中消耗 时间最少的。e m s 中所要处理的偶然事故列表由那些发生率很高的事件所组成， 并且这些事件都具体到系统元件级。这个列表可能会随着系统结构和负荷的变化 而变化，并且会包括二次启闭( 即由某一偶然事故所引起的更多事故的发生) 。 通常这个事故列表的规模会很大，并且会以系统出力及或支路的故障的形式， 把事故转换成系统中网络结构的变化。 为了提高分析的速度，偶然事故列表多是“固定的”。这是由于许多运行人 员都称他们在系统运行经验的积累过程中，已经知道了哪些事故会对自己的系统 造成严重影响。这样就可以单独对这些事故进行分析。从这个观点出发，这些运 行人员就必须通过直觉( 或是经验) 来选出所要分析的偶然事故，然后再建立相 应的事故列表进行分析。很多运行人员都能够接受这种方法1 1 6 , 1 7 1 。 然而，由于系统运行状态是在不断变化的，这就使得某些运行人员过去的经 验或直觉可能不再成立。即便对于经验丰富的运行人员而言，系统中也会存在着 那种“他们已经认为是安全的，而实际上会造成问题的可能性”1 1 4 1 。 1 3 2 偶然事故选择方法 偶然事故选择的目的是：通过排除掉那些绝大多数不会造成越限的事故，把 原始的偶然事故列表缩短成所要分析的事故列表。它不可避免地使用近似潮流模 型( 如果可能，是线性模型) | l8 l 以及相应合适地计算方法，来得出相对较快但是 精度降低的结果。然后依据这些计算结果，对事故按照严重度来进行排序。从这 一点可以看出，偶然事故选择是最有可能减少计算量的部分。目前，电力系统中 偶然事故选择多是采用如下几种方法： 5 第一章绪论 基于潮流计算的排序法 所谓排序法就是用一个标量性能指标( p e r f o r m a n c ei n d e x ，即p i ) 来对偶然 事故进行排序。排序法不是直接针对某些元件识别，而是对事故列表中的每一个 偶然事故，利用快速近似潮流解或部分网络潮流解，然后估计其相应的性能指标 p i ，并用p i 作为对事故严重程度的衡量，按照每一事故所导致后果的严重程度， 对事故进行排序。 一 1 9 7 9 年，g c z j e b e 等1 1 9 l 提出用根据特勒根定理( t e l l e g e n st h e o r e m ) ， 利用网络关联灵敏度矩阵的一次项作为事故排序的方法。其特点在于：先求得系 统传输线路和发电机故障后系统的功率分布，然后用直流潮流，计算出系统的有 功功率，来形成相应故障后系统性能指标p i ，并进行排序。 此后，t a m i l k o l i n n a s 等1 2 0 | 建议以直流潮流为基础，并且运用泰勒级数展开 ( t a y l o rs e r i e se x p a n s i o n ) ，在形成性能指标的时候，把关联矩阵的二次项包含 进来，使排序算法的可靠性和有效性得到提高。作者为提高排序结果的精度，根 据矩阵求逆引理( m a t r i xi n v e r s i o nl e m m a ) ，对前文| i9 | 中的网络关联灵敏度矩 阵进行修正，并提出了相应的行为指标，对事故进行选择。在上述几种方法都是 针对单一支路偶然事故分析的情况下，s v e m u r i 等1 2 i l 通过对网络方程的确切求 解，在偶然事故分析中，把事故造成的两条支路停运的情况加以考虑。 根据决策论的原理，t f h a l p i n 等| 2 1 j 提出：在自动偶然事故选择( a u t o m a t i c e c o n t i n g e n c ys e l e c t i o n ) 中，对p i 的判定实际上是一个二元决策问题，对p i 的选 1 择就等价于在给出限定条件之后，取定合适的决策函数，来确定每一偶然事故对 系统运行所产生的影响，运用n e y m a n - p e a r s o n 决策判据的原理，来选定合适的 p i ，从而减小遮蔽现象的产生。通过深入的分析，r o b e r tf i s c h l 等1 2 3 j 进一步提出 了用近似系统行为( a p p r o x i m a t es y s t e mp e r f o r m a n c e ，a s p ) 的模型，来对系统 的静态安全性进行预测。 当系统中有偶然事故发生的时候，不能忽略的一点是事故所可能造成的系统 母线电压的变化情况。对此，j z a b o r s k y 等1 2 4 i 基于高斯一赛德尔( g a u s s s e i d e l d ) 潮流迭代求解，提出了中心松弛法( c o n c e n t r i cr e l a x a t i o n ) ，作为对事故后系统 电压求解的方法。 根据空间变换的原理，r o n a l dg - w a s l e y 等【2 5 i 对系统运行所应满足的安全区 域进行矢量变换，经过标准化后形成新的子空间，然后根据事故所造成的系统无 功出力以及负荷节点的变化情况，完成对偶然事故的选择。r n a r a 等口6 | 则根据 系统电压为矢量方式，通过定义两个电压区域：警戒域和安全域，在构造相应的 系统行为指标后，对系统偶然事故进行分析。 f a l b u y e h 等| 2 q 提出通过对系统交流潮流的一次迭代，然后根据系统变量的 具体含义，构成系统行为指标对偶然事故进行评定。在随后的文章中1 2 ”， g i r i s a r r i 等经过比较分析，指出在计算行为指标的时候，使用l p 1 q 迭代交流潮 6 第一章绪论 流求解，就可以使结果达到一定的精度。由于减少了迭代次数，在一定程度上节 省了求解时间，使这种计算方法得到了广泛应用。在文 3 1 1 中，作者通过比较， 指出在计算速度上，采用p i 排序是对偶然事故进行分析的最快方法。 注意到系统中某一条线路开断、短路等事故的发生，虽然引起网络结构发生 变化，但并不会导致系统网络矩阵中过多元素的变动，gc e j e b e 等| 3 2 l 提出采用 稀疏向量3 3 i 和补偿法i “i 的方法，先对事故后系统变量进行计算，然后采用线路 无功损失作为系统性能指标对事故进行评定。 此后，a e s a k i sm e l i p p o u l o 等拉5 | 在计算方法上，通过将网络局部求解、补偿法 以及稀疏向量法相结合，提出先通过偶然事故的刚性( c o n t i n g e n c ys t i f f n e s s ) 概念来对偶然事故的非线性( n o n l i e a r ) 进行标识，然后再用相关行为指标， 对偶然事故进行排序。 完整边界法( c o m p l e t eb o u n d i n gm e t h o d ) p 9 利用对稀疏矩阵求解技术， 在确定出整个系统中所需求解部分的基础上，再定出该部分中越限支路。由于其 求解的准确性已经达到相当于快速解耦潮流( f a s t d e c o u p l e d l o a df l o w ) 1 4 0 1 的水 平，此方法已被应用到实际的安全分析软件当中。 在对事故后系统潮流分布的计算方法上，la f m f e r r e i r a 等| 4 l i 等提出了 不同的改进方法，用来提高偶然事故分析的速度。但是，为了提高计算效率，大 多数性能指标( p i ) 的选取是将计算所得到的p i 与某一选定的阂值t h 相比较， 来确定偶然事故的严重程度，这样往往容易造成遮蔽( m a s k i n g ) 现象| 5 2 | 的产生。 为了减小这种遮蔽现象的影响，v a m s ic h a d a l a v a d a 等拉3 l 提出采用不同的系 统行为指标，形成不同层次过滤