（电气工程专业论文）川渝电网安全可靠性评估研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着电力供需矛盾日益突出和电力市场的推进，越来越多的电力部门运用可 靠性评估技术，对其规划、设计和运行阶段的一个或多个领域进行定量的可靠性 评估。发输电组合系统可靠性评估一个重要功能在于辨识系统薄弱环节，为电力 系统规划和运行决策提供重要的决策信息。 川渝电网担负着整个四川省和重庆市的供电任务，并于2 0 0 2 年5 月与华中电 网联网。在全国电网中占有举足轻重的地位。论文对川渝电网进行了潮流、充裕 度指标和敏感度指标计算，提出了分析意见和改进可靠性的建议，主要包括以下 几个方面的内容： 对发输电组合系统可靠性评估的基本原理、模型和算法、敏感度分析以及潮 流计算系统进行了深入的分析。 对川渝电网丰大、丰小、枯大和枯小四种运行方式进行了潮流计算，并对潮 流结果进行了分析。 对川渝电网丰大、丰小，枯大、枯小四种运行方式分别采用直流潮流法或交 流潮流法进行了可靠性评估，并对不同运行方式以及采用不同计算方法得到的可 靠性指标进行了对比分析； 基于可靠性指标和元件敏感度指标辨识出系统的薄弱环节，并分析了极端运 行方式下系统可靠性指标低的原因，并提出了改善系统可靠性的建议。 对川渝电网丰大运行方式进行了水火电出力协调分析，即保持水电机组出力 不变分别减小或增加火电机组出力，计算分析了火电机组出力改变后川渝电网可 靠性指标的变化情况。 分析了川渝电网在丰大运行方式下部分5 0 0 k v 线路和大容量机组的可靠性参 数对系统可靠性的影响，并对川渝和华中电网联络线三万线进行了可靠性影 响分析。 关键词：发输电组合系统，可靠性评估，薄弱环节分析，水火电协调，可靠性影 响分析 重庆大学工程硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ei n e r e a so fc o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n do fe l e c t r i cp o w e ra sw e l l a st h ea d v a n c eo fp o w e rm a r k e tm e c h a n i s m , t h ea p p l i c a t i o no fq u a n t i t a t i v er e l i a b i i t y e v a l u a t i o ni ne l e c t r i cp o w e r s y s t e m sh a sn o w e v o l v e dt ot h ep 0 硫a tw h i c hm o s tu t i l i t i e s u s et h e s et e c h n i q u e si no n eo rm o l ea r e a so ft h e i rp l a n n i n g , d e s i g n , a n do p e r a t i o n 。o n e s i g n i f i c a n tf u n c t i o n o fc o m p o s i t ep o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t ya s s e s s m e n ti st of i n dt h e w e a k e s tp a r to ft h es y s t e m ，a n dc a np r o v i d ei m p o r t a n tr e f e r e n c ei n f o r m a t i o nf o rp o w e r s y s t e mp l a n n i n ga n do p e r a t i o n , s oi tb e c o m e ss i g n i f i c a n ta u x i l i a r yt o o lf o re l e c t r i cs y s t e m p l a n n i n g , d e s i g na n do p e r a t i o n s i c h u a na n dc h o n g q i n gp o w e rn e t w o r k , w h i c hh a sb e e nac o n c e m f u lp a r to fh u a z h o n g p o w e rn e t w o r ki nm a y2 0 0 2 ，p l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nc h i n e s ep o w e rn e t w o r k i t t a k e so nt h ew h o l es i c h u a na n dc h o n g q i n g sp o w e r s u p p l y , t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t st h e p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n , a d e q u a c ya n ds e n s i t i v i t yi n d i c e sc a l c u l a t i o n i ta l s og i v e ss o m e a n a l y s i si d e a sa n ds o m es u g g e s t i o n sf o ri m p m v i n gt h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs y s t e mb a s e d o nt h er e l i a b i l i t yr e s u l t s t h em a i nc o n t e n t so f t h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： ) d e e pa n a l y s i sb a s e do nt h er e l i a b i l i t yc o n c e p t i o n , m o d e la n da l g o r i t h m ，p o w e rf l o w c a l c u l a t i o na n d s e n s i t i v i t yo fg e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o ns y s t e mi sd i s c u s s e d 雹) a e c o r d i n gt ot h ed a t ap r o v i d e db ys i c h u a np o w e rc o m p a n y , i x l w e rf l o wo fs i c h u a n a n dc h o n g q i n gp o w e rn e t w o r ki nf o u ro p e r a t i n gm o d e s ，w h i c ha r ep e a k ( o rl o w ) l o a di n a b u n d a n tw a t e rp e r i o da n dp e a k ( o rl o w ) l o a di nd e f i c i e n tw a t e rp e r i o d , a r ec a l c u l a t e d r e s p e c t i v e l ya n dt h er e s u l t so f t h ep o w e rc a l c u l a t i o na l ea n a l y z e d ( 要) r e l i a b i l i t ya s s e s s m e n t so fs i c h u a na n dc h o n g q i n gp o w e rn e t w o r kb a s e do nd c a n d a cp o w e rf l o wc a l c u l a t i o ni nf o u ro p e r a t i n gm o d e s ，w h i c ha r ep e a k ( o rl o w ) l o a di n a b u n d a n tw a t e rp e r i o da n dp e a l ( ( o rl o w ) l o a di nd e f i c i e n tw a t e rp e r i o d ，a r ec a r d e do u t r e s p e c t i v e l y t h er e l i a b i l i t yo fd i f f e r e n to p e r a t i n gm o d e sa n dd i f f e r e n tc a l c u l a t i n g m e t h o d si sc o m p a r e da n da n a l y z e d d e p e n d i n g o nt h er e l i a b i l i t ya n d s e n s i t i v i t yi n d i c e s ，t h ew e a ki n c h e so ft h es y s t e m a r ef i n da n dt h er e a s o nw h yt h er e l i a b i l i t yi n d e xi sl o wa n dt h es u g g e s t i o n sf o ri m p m v i n g t h er e l i a b i l i t yo f t h e p o w e rs y s t e ma r ep u tf o r w a r d h y d r 0a n dt h e r m a lp o w e rs u p p l y sh a r m o n yi ns i c h u a na n dc h o n g q i n gp o w e r n e t w o r ki sa n a l y z e di nt h eo p e r a t i n gm o d et h a tp e a k ( o rl o w ) l o a di na b u n d a n tw a t e r p e r i o d i tm e a l l $ t h a tt h ed i f f e r e n c eo fr e t i a b i l i t yi n d i c e sw h e nc h a n g et h eh y d r oa n d n 重庆大学一1 4 稃硕 学付论文 英文摘要 t h e r m a lp o w e r s u p p l ya a n a l y z e d s o m e5 0 0 k v l i n e sa n d l a r g ec a p a c i t yu n i t s i n f l u e n o et or e l i a b i l i t yi n d i c e si ns i c h u a n a n dc h o n g q i n gp o w e rn e t w o r ki sa n a l y z e di nt h et i m et h a tm a x i m u mp o w e ri se o n s t m a e d w h e nt h ew a t e ri sa b u n d a n t , a n dt h ec o n n e c t i n gl i n eo fs i c h u a na n dc h o n g q i n 矿s a n w a n l i n e si n f l u e n c et or e f i a b f l i t yi sa n a l y z e dt o o k e yw o r d ：g e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o ns y s t e m , r e l i a b i l i t ya s s e s s m e n t , b o t t l e _ n e c k a n a l y s i s ，h y d r oa n dt h e r m a lp o w e rs u p p l y sh a r m o n ya n a l y s i s , r e l i a b i l i t y si n f l u e n c e a n a l y s e 1 1 1 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，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本 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。 学位撇：l 彤“峄一期：硝轨肌日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全r 解重庆太堂有关保留、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。本人授权重麽太堂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() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( t ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 一魏问杰 甲 签字日期：0 石年l r 月t ；e j 刷磁轹刊泓 j 。 签字日期：2 。僻l f 月。日 重庆大学工稃硕十学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 引言 电力系统的根本任务是尽可能经济且可靠地将电力供给各用户。安全、经济、 优质、可靠是对电力系统的根本要求。但是，在现代化电力系统功能日臻完善的过 程中，系统的结构日益复杂，系统所包含的元件数量越来越多，自动化程度越来越 高，而且系统不断向高电压、远距离和大容量方向发展，因此由于系统元件出现的 随机故障而引起的系统功能的部分甚至全部丧失，给现代社会的正常生产和生活带 来的经济和社会损失越来越巨大。电力系统可靠性研究正是因此而从电力系统规划、 设计和运行等实践活动中提出的一项具有巨大经济价值和重大社会意义的前沿性课 题。经过6 0 多年的不断努力，电力系统可靠性研究取得了重大发展。目前在一些发 达国家，发电系统和配电系统可靠性研究无论在数据统计和系统指标计算等方面有 了较为成熟的方法，可靠性评估正逐步成为电力系统规划决策中的常规性工作。 1 - 2 电力系统可靠性研究的发展概况 电力系统可靠性的发展过程，与社会经济建设的发展有着密切的联系。最初运 用概率方法评估电力系统可靠性始于三十年代，w j l y m a n 和s m d e a n 等人对统 计理论进行研究，并将其运用于设备维修和备用容量确定等问题【l 筇l 。由于缺乏必 要的统计数据、行之有效的可靠性评估技术以及人们对可靠性问题认识不足等原因， 可靠性研究在相当长时间内发展缓慢。直到六十年代，电力系统不断向高电压、远 距离、大容量方向发展，系统规模越来越大，在提高经济性的同时，安全可靠性的 问题也变得更为突出；特别是六十年代中叶，在世界范围内发生的几次大电力系统 停电事故，造成了巨大的经济和社会损失，引起了人们对可靠性研究的普遍重视， 由此也带来了可靠性研究工作的较大发展。主要在以下几个方面有了重大的突破： 1 可靠性模型方面的突破 1 9 6 4 年ced e s i o n 和lls t i n e 首先采用了m a r k o v 过程数学模型来描述电力 系统并评估其可靠性 3 1 ，由此电力系统可靠性评估由随机变量模型发展到了随机过 程模型。直到现在，m a r k o v 过程数学模型仍是电力系统可靠性研究的基础。 2 可靠性指标方面的突破 定义合理的可靠性指标是评估系统可靠性以及判定可靠性准则的关键。主要标 志在于1 9 4 7 年gc a l a b r e s e 提出了发电系统的l o l p 指标及相关联的一系列概念1 4j 。 约在1 9 6 0 年，法国的m b o i t e u x 系统地提出了缺电量的概念。 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 3 计算工具和计算方法上的突破 这些突破无疑促进了电力系统可靠性的研究和工程应用，但存在困难仍然不少， 能满足大电力系统可靠性评估实际需要的有效算法尚不多，加上电力系统有其独自 的特点，使它的可靠性计算变得很复杂。因此一般都是把电力系统的各个主要部分 分开来考虑。通常分为发电系统、输电系统、配电系统、电气主接线系统、发输电 组合系统、继电保护系统等阿。这些主要子系统中实用的评估方法及完善程度均存 在很大的差异。相比而言，发电系统和电气主接线系统的可靠性评估技术较为成熟， 输电系统和配电系统的可靠性评估也作了大量工作，对发输电组合系统的可靠性评 估也作了大量的努力：近年来国内许多专家、学者也一直致力于发电系统、电气主 接线系统、中、高压配电系统等的可靠性评估技术研究，已取得了许多很好的应用 成果i 铂l ，对发输电组合系统的可靠性评估，起步相对较晚，面临着许多需要探索的 问题，至今工程应用的成果还不多。 1 - 3 发输电组合系统可靠性研究的发展概况 在电力系统可靠性研究中，发输电组合系统或发输电合成系统( c o m p o s i t e g e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o ns y s t e m s ) 又称为大电力系统( b u l kp o w e rs y s t e m s ) 。发 输电组合系统可靠性评估的概率方法的研究，始于6 0 年代末，其基本目标就是所谓 的发电和主输电网的充裕度( a d e q u a c y ) 和安全度( s e c u r i t y ) 评估，即在各种可能 的状态下，进行发电系统和主输电网对各负荷点提供合乎质量的供电能力的综合评 价【8 一。 直到今天，许多国家的电力部门仍然习惯于采用确定性方法对发输电组合系统 可靠性进行分析和评价，例如广为使用的n - 1 准则。这种确定性的分析方法只能对 系统在特定状态下性能的“好”或“坏”作定性的判别，而不能给出表征系统可靠性能 的数字特征。正因为如此，促进了发输电组合系统可靠性评估概率方法的发展。自 1 9 6 9 年国际知名学者1 lb i l l i n t o n 教授关于这个领域的第一篇学术论文1 9 】问世以来， 发输电组合系统可靠性评估在计算模型、评估方法和工程应用等方面取得了一系列 成果【1 m 射。但是，仍面临着相当大的困难，主要表现在以下几方面： 1 ，概念和定义方面 主要反映在系统可靠性指标和失效事件的定义，以及系统失效判据的选择上。 其原因是发输电组合系统可靠性概念和定义涉及很多相互制约的因素，人们对这些 因素的认识和对可靠性的要求差别很大，同时这个领域的研究时间很短，还来不及 对如此复杂的系统进行多种类型的研究，因此，认识难以统一。 2 模型形成方面 发输电组合系统可靠性评估模型需要考虑的因素很多，例如：( 1 ) 元件失效和 2 重庆大学工程硕十学位论文 1 绪论 恢复过程；( 2 ) 负荷特性；( 3 ) 气候条件的影响；( 4 ) 计划检修；( 5 ) 恢复对策。 如果将这些因素全部在一个模型中进行模拟显然是不现实的。 3 数据统计方面 发输电组合系统可靠性评估在工程上的应用需要大量各种不同的数据，例如元 件的独立停运、相关停运、共同模式停运、不同气候下的停运等随机数据以及一些 必要的确定性判据。由于以上一些困难，发输电组合系统可靠性评估的研究进展较 为缓慢。到目前为止，国际上还没有一个公认的、令人满意的工程方法和计算机机 实用软件。 4 计算复杂性方面 发输电组合系统是一类相当复杂的大型系统，涉及大规模网络的诸多相关知识， 而且大规模网络一般属于n p ( n o n d c t v r m i n i s t i cp o l y n o m i a l ) ) h - j 题，是组合数学的研究 范畴，目前尚无太大进展，所以计算复杂性问题是发输电组合系统可靠性评估最为 棘手的问题。 发输电组合系统可靠性计算一般采用交流潮流分析法、直流潮流分析法或网流 割集法等方法。但是，潮流分析法特别是交流潮流分析法应用于发输电组合系统可 靠性计算时，对大型系统会出现“维数灾”问题。其主要原因是需要对每一个分析的 状态都进行事故交流潮流分析，甚至事故稳定性分析。当系统出现过载、电压越限 时，尚要进行最优负荷削减计算。我们知道，电力系统交流潮流的计算是一组非线 性方程组的求解问题，稳定计算则是非线性方程组和微分方程组的求解闯题，而负 荷削减的优化计算涉及到一个大型非线性规划( 优化) 问题。对于一个中等规模的 系统来说，可能出现的偶发事故状态的数目很大。如果对每一个状态都要进行潮流 分析、稳定分析及负荷削减计算的话，其计算量将是非常大的。如果尚要考虑客观 因素的影响，如气候、负荷模型的影响，那么整个计算量将达到难以实现的程度。 下面从计算复杂性的角度进一步说明发输电系统可靠性评估的复杂性。设系统 节点数为西元件个数为皿，当计算3 阶事件时，需要计算的事件总数为c ，显然事 件数是按三次方增长，一般地口与历具有正相关关系，所以事件数基本上按口的三 次方增长；同时，在潮流计算( 包括牛顿拉夫逊法、p 0 分解法、d c 法等) 中，矩阵 求逆占据了计算的大部分时间，而矩阵求逆的时间按矩阵阶数的三次方增长【1 9 1 。所 以发输电系统可靠性评估的计算时问般按节点的四次方到六次方增长( 当计算阶 数更高时，计算时间增长更大1 ，比如：评估一个2 0 节点的系统用交流潮流法大约 需要5 分钟，那么评估一个1 0 0 节点的系统大约需要5 x 5 4 5 x 5 6 分钟( 即 3 1 2 5 7 8 1 2 5 分钟，约5 2 1 3 0 0 小时1 。 3 重庆大学工稃硕士学衍论文1 绪论 1 4 发输电组合系统可靠性研究的主要方法 发电系统可靠性评估实质上是对发电容量的充裕度进行分析计算。但由于没有 考虑到输电系统的结构及输电元件故障的影响，因而其评估的结果在实用上有一定 的局限性。同样地，如果仅对输电系统进行可靠性评估，由于没有考虑到发电机故 障的影响，其结果在实用上也有一定的局限性。因而有必要进行发输电组合系统可 靠性评估的研究。发输电组合系统可靠性评估的基本目的就是对所谓的发电容量和 主输电网的充裕度和安全度作评估。其实质也就是在各种可能的系统状态下，进行 发电系统和主输电网对各用户点提供合符质量要求的供电能力的综合性定量评价。 由于发输电组合系统考虑的因素较多，如网络的结构、电压质量、功率角、元 件的响应过程等，这就使得计算极为复杂。其评估方法分为两大类，即模拟法s m ( s i m u l a t i o nm e t h o d ) 和解析法a m ( a n a l y s i sm e t h o d ) 。 模拟法是将系统中每个元件的概率参数在计算机上用相应的随机数表示，在计 算机上模拟系统实际情况，按照对此模拟过程进行若干时问的观察，估算所要求的 指标。模拟法主要是m o n t ec a r l o 方法，即称为随机模拟( r a n d o ms i m u l a t i o n ) 方 法，有时也称作随机抽样( r a n d o ms a m p l i n g ) 技术或统计试验方法( s t a t i s t i c a l t e s t i n g ) ，它的基本思想是，为了求解数学、物理、工程技术以及生产管理等方面的 问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使其参数为问题所要求的解，然后通过 对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近 似值，而解的精确度可用估计值的标准误差来表示。 解析法是根据电力系统元件的随机参数，建立系统的可靠性数学模型，通过数 值计算方法获得系统的各项指标。由于解析法采用的是严格的数学手段，计算结果 可信度高。在给定的简化假设条件下，一般可求得准确的结果。但对于大的电力系 统，或当模型中需考虑的因素较多时，解析法会变得非常复杂。 解析法大致可分为两大类：网流法和潮流法。 网流法( n e tf l o wa l g o r i t h r n ) 是利用网络在特定状态下的最大流代替系统中的潮 流分布，从而简化了交流潮流的计算和负荷削减计算。由于它不考虑元件故障后系 统的实际响应过程，只考虑系统最大可能的响应极限，因此这种方法反映的是一个 规划网络可能达到的固有可靠性。这种方法的最大优点在于计算速度较快，但无法 考虑电压质量及系统潮流的实际约束，因此，它是系统可靠性偏乐观的估计。 潮流法又分为直流潮流法d c p f a ( d cp o w e rf l o wa l g o r i t h m ) 和交流潮流法 a c p f a ( a cp o w e rf l o wa l g o r i t h m ) 。目前对d c p f a 法研究较多，该方法也具有计 算速度较快的特点，在工程上也有较广泛的应用，但仍然存在着不能考虑系统电压 和无功功率的影响的缺陷。a c p f a 法可考虑系统的实际响应过程、电压质量及潮流 的实际制约等因素，因此，评估的结果从理论上更接近实际情况，精度较高。但对 4 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 于发输电组合系统这样的大型复杂网络，系统可能出现的偶然事故状态数非常大， 而事故后系统行为的分析过程是一组非线性方程和非线性优化的求解问题，因此要 达到理想精度，其计算量常常会达到难以接受的程度，这是发输电组合系统可靠性 评估交流潮流法实现工程应用的主要障碍，目前国内外已有一些初步研究成果 【1 1 ，1 2 ，1 5 ，1 6 1 。因此如何在保证合理精度的前提下有效地减少计算时间，是目前大型 电力系统可靠性评估a c p f a 法研究所面临的主要问题。 重庆大学工程硕十学位论文2 电力系统可靠性分析的模型及方法 2 电力系统可靠性分析的模型及方法 2 1 概述 在发输电组合系统安全可靠性评估潮流法中，对每一个要分析的偶然事故都要 进行事故后的潮流分析。当输电线路故障时，可能导致系统解列，而形成孤立节点 或者分裂成若干个彼此孤立的分块子系统独立运行。由于系统的拓扑结构发生了变 化，系统正常运行时的节点导纳矩阵和节点电纳矩阵也将随之发生变化，因此增加 了事故后交流潮流分析的复杂性。 在分析计算时，必须首先确定系统是否有解列；如有解列，又必须确定系统中 哪些节点和线路属于同一个分块子系统；经过这样的判断后才能形成各分块子系统 的拓扑结构，进而确定子系统的导纳矩阵和节点注入功率，最后进行潮流计算。由 此可见，系统解列的判断和元件故障后节点导纳矩阵和节点电纳矩阵的形成对于发 输电组合系统可靠性评估a c p f a 法来说是一项基本的计算。系统解列及解列后各 子系统的形成可以用图论的深度优先算法解决。 在计算故障潮流后，便可以进行节点电压和线路容量约束的判断，并选择合理的负 荷削减方式，进而形成可靠性指标。 2 2 电力系统潮流计算 对于有个节点的电力网络，如果两络结构和网络元件参数已知，则网络的节 点功率方程可以表示为： 毋t e 芝u j ( 乞c o s 0 ，+ 岛s i n 0 ，) ( 2 1 ) ，= n q - 玩芝哆( 嘭出一岛c o s o , ) ( 2 2 ) 其中，越为与节点，相连的节点集，g b 分别是节点导纳矩阵相应元素的 实部和虚部；奶是节点珀q 电压幅值，口。是支路巧两端的相位差。 根据非线性方程组( 2 1 ) 、( 2 2 ) ，便可进行潮流计算。电力系统潮流计算，包括 直流法和交流法。 2 2 1 牛顿拉夫逊法 求解潮流，数学上就是求解用潮流方程表示的非线性代数方程组，因此，可用 数学上的逐次线性化的方法，即牛顿拉夫逊法求解。 电力网络的节点功率方程可表示为如下形式： “力一0( 2 3 ) 给定x 的初值而，将( 2 3 ) 式进行一阶泰勒展开，并用船修正而而得到x 的 重庆大学工棰硕士学位论文 2 电力系统可靠性分析的模型及方法 新值，则写成一般的表达式，有 篇二j 1 然l 一“d l 一+ a 一f r v 其中，。兰为潮流雅可比( j a c o b i ) 矩阵。 o x 对于潮流收敛的情况，一“) 比一曲更接近于解点。 对于( 2 1 ) 、( 2 2 ) 式所示的极坐标系的潮流方程，雅可比矩阵是( 2 n - o x ( 2 n o r ) 阶 矩阵，其结构是 ，_ 誊- 一f 蓁雾 析 曩一，彳亍 ( 2 5 ) 为使雅可比矩阵的各部分子矩阵具有公式一致的形式，常选取 ( v t r l 7 一 a u l ，a u , ，o ，】，雅可比矩阵写成： ，篓一 a a pa p t 1 孑瓦万u a ad 0r ， 矿瓦歹u 丑磊 用极坐标时，有，个p v 节点电压幅值给定，所以待求的状态变量减少，个，雅 可比矩阵为( 2 a r ) x ( 2 n r ) 阶。利用( 2 6 ) 式，并将( 2 1 ) 式和( 2 2 ) 式代入( 2 4 ) 式就可求出a 一砷，修正一茚得一“的新值。重复上述过程直至m 积i ( 一j ) i ( f 为止。 直角坐标的牛顿一拉夫逊算法可仿此进行。 2 2 2 快速解耦算法 电力系统潮流计算的快速解耦算法是以极坐标形式的牛顿潮流算法为基础，计 及高压电力系统的物理特性而简化得到的一种快速潮流算法简单、快速、内存节 省以及较好的收敛性形成了快速解耦算法的突出优点。 目前通用的快速解耦潮流法的修正方程式为： a _ y e 砒口 陀7 1 u 。 a q 。b a u ( 2 8 ) 式中：有功功率偏差和无功功率偏差计算公式如下： 。 可a e , 古p 一磊u ，虹c o s o , j + 岛s ；n 巳) l ( 2 9 ) 等一半一磊以u ( 咖铲驷吒) l ( 2 1 0 ) q ；l 2 。玛i s ，确 7 重庆大学工程硕士学付论文 2 电力系统可靠性分析的模裂及方法 和相应元素的计算公式如下： e i 1e 一荔e 。荔玄 2 m ) 碍蠢一岛 - b , o + 荔蠢岛 ( 2 1 2 ) 其中：丑、研分别是节点i 的有功功率和无功功率注入量； 丑为节点总数，m 为p v 节点数，s 为平衡节点； f 为加1 阶节点电纳矩阵，f 为肿1 阶节点电纳矩阵； 岛及b 分别为节点导纳矩阵相应虚部，吃为节点，的总并联对地电纳； 岛及j 为支路i - j 的电阻及电抗； 2 2 3 直流潮流模型 直流潮流模型又称线性化潮流模型。该模型同时采用k i r c h o f f 第一及第二定律 来表达系统有功潮流： 芝：a 屹一一一只，n ( 2 1 3 ) 晟 弓- ( p ，一口，) j 0 ( 2 1 4 ) 式( 2 1 3 ) 用以表达k i r c h o f f 第一定律，式( 2 1 4 ) 用表达k i r c h o f f 第二定律即 支路i - j 潮流等于端点 ，间的相角差一目，j 除以支路电抗。将式( 2 1 4 ) 代入 式( 2 1 3 ) ，直流潮流模型通常可用下面更紧凑形式表达： 届p p o 一昂- p ( 2 1 5 ) 式，b 为系统电纳矩阵，其非对角元素为岛。_ 1 7 乃对角元素为岛。j e 象，玄 给定尼、e o ，由( 2 1 5 ) 求出0 ，再由( 2 1 4 ) 可求出支路潮流只。 2 3 系统解列的判断 如果把一电力系统看成一连通图，那么系统解列的问题可以归结为图的遍历 ( t r a v e l s i n g g r a p h ) 问题，即从图中某一点出发访遍图中其余顶点，且使每一个顶 点仅被访问一次。因此可以用判断图的连通性两种方法：一是深度优先搜索法( d e p t h f i r s ts e a r c h ) ，二是广度优选搜索法( b r e a d t hf i r s ts e a r c h ) 对网络解列进行判断。 程序设计中应用深度优先搜索算法，其算法描述为：从图中某个顶点y 出发， 访问此顶点，然后依次从y 的未被访问的邻接点出发深度优先遍历，直至图中所有 和r 有路径相通的点被访问到；若此时图中尚有顶点未被访问，则另选图中一个未 曾访问的顶点作起点，重复上述过程，直到图中所有顶点都被访问到为止。 有了深度优先搜索算法后，在对图进行遍历时，如果图是连通图，那么仅从图 中任一顶点出发，进行深度优先搜索，便可访问到图中所有顶点；如果图是非连通 8 重庆大学丁群硕十学位论文2 电力系统可靠性分析的模璋i 及方法 图，则选择已搜索到的子系统外的任一节点。进行深度优先搜索，即可搜索到各个 子系统的节点集，从而形成各子系统的结构参数。 2 4 负荷削减 根据电力系统的运行实际，发展了就近负荷削减策略i x 葛b n ( l o a dc u r t a i l s t r a t e g yb yn e a r ) ，开发了计算程序。并把它用到了电力可靠性分析中，大大提高了 计算效率。当对预想事故进行分析时，系统发生故障，并违反系统的安全约束时， 有必要对系统的负荷进行削减调度，以使系统恢复到正常状态。由于事故的影响一 般是在故障点就近的一个范围内，基于这种思路，本报告研究了l c s b n 策略。 一个网络n = e s ，t 9 是一个具有特定定点集s v 和t ev 的有向图g 心e ) 以 及一个在g ( 、e ) 的边集e 上定义的非负的函数厶其中，子集s 称为网络的源点集， 子集t 称为网络的受点集，非负函数f 称为网络n 的容量函数，它在弧a 上的值f ( a ) 称为a 的容量( 弧a 的最大容许通过量) 。如果弧a 由节点i 指向节点j ，则f ( a ) 亦可记 成f ( i 0 ) 。 设阳m e s 工d 是一个网络，又设它的每条弧( 边砸j ) 对应有一数值f l o w ( i ，j ) ，如 果这些f l o w ( i d ) 满足下列条件： 1 容量限制条件； 0 = f l o w o d ) = f ( i j ) 2 流量平衡条件： a o ( i , j ) - 肋叹工j ) j f 。谢印w h c n f 岳i 墨e s 喏r ( 2 1 6 ) l - f w h e ni e t 那么就称这些f l o w ( i j ) 的集合 f l o w 为网络n 的一个可行流。在电力系统中， 可用标号法、线性规划法，直流潮流法，交流潮流法等获取网络流。 在正常情况下，我们可以计算出一个网络正常运行的流 五d ，因此我们就可以 用正常运行的流来研究就近负荷削减的模型。 一般来讲，有三种削减方式：一是在负荷削减域内平均削减负荷，二是在负荷 削减域内按重要程度削减负荷，三是负荷削减域内随机削减负荷。通常，在调度或 可靠性分析中，我们采用第一种或第二种。 设负荷削减域为( v 碥。节点巧( k ) 。，节点竹的负荷量为乃定义函数靠为 竹到p j 的映射：觑竹一所，即研v i ) = p i 。下面我们来导出负荷削减公式。 平均削减负荷：就是在荷削减域内，按照一定比例k ，削减用户的负荷。这种 9 重庆大学工程硕士学位论文2 电力系统可靠性分析的模掣及方法 负荷削减方式的优点是计算简单，便于程序设计。但是，在实际运行中，它没有考 虑负荷的重要程度。其负荷削减公式为： ( c 力- k 。瓤e ) 顶) ( 2 1 7 ) ，目d 佗k 式中( q 力是节点b 的负荷削减量。 按重要程度削减负荷：就是在荷削减域内，按照用户的重要程度，削减用户的 负荷。这种负荷削减方式在实现上较平均削减负荷复杂，但是它更接近实际电网运 行的要求。 随机削减负荷：就是在荷削减域内，随机地削减用户的负荷。 削减负荷的目的就是使电力系统恢复到新的稳定运行状态，因此，负荷削减的 多少，最终要用潮流来检验，而且必须满足电力系统的运行要求。 2 5 可靠性评估的基本原理 发输电组合系统可靠性评估算法很多，且各有优劣。m o n t ec a r l o 法：该方法可 在计算机上模拟电网的随机过程，但必须有足够多的抽样次数才能反映电网的实际 情况，否则会导致很大的误差：潮流法：该方法可以考虑系统的实际响应过程、电 压质量及潮流的实际制约等因素，因此，评估的结果从理论上更接近实际情况，精 度较高。目前对于直流潮流研究成果较多，工程应用也正在逐步开展。 虽然可靠性评估的算法有很多，但它的基本原理是一样的。可靠性指标和敏感 度指标按公式( 2 1 7 ) ( 2 2 5 ) 形成： 在下面的公式中f 为系统失效事件集，毋表示失效事件，则： 失负荷概率l o l l ( l o s s o f - l o a dp r o b a b i l i t y ) 表示平均每年缺电概率，计算公 式为： l o l p - x p ro h ( f , ) ( 2 1 8 ) 詹 失负荷期望【o l e ( l o s s o f - l o a de x p e c t a t i o n ) 表示平均每年缺电小时，它的单 位是小时，年，计算公式为： ， f1 l o l e - 8 7 6 0 x p u f ( 2 1 9 ) 【巧。j 失负荷频率f l o l ( f r e q u e n c yo f l o s s o f - l o a d ) 表示每年平均停电次数，它的 单位是次，年，计算公式为： f l o l = 罗蜊e ) ( 2 卿 鼻昏 失负荷平均持续时间d l o l ( d u r a t i o no f l o s s o f l o a d ) 表示平均每次停电的持 续时间，它的单位是小时次，计算公式为： 重庆大学工程硕1 ：学位论文2 电力系统可靠性分析的模犁及方法 d l o l = i d u 羽? l o l ( 2 2 1 ) 电力不足期望e d n s ( e x p e c t e di ) c m a n dn o ts u p p l i e d ) 表示平均每年缺电力的 多少，它的单位是兆瓦，计算公式为： e d n s - 罗p ro b ( f 1 ) xd n s ( f j ) ( 2 2 2 ) 席争 式中d n s ( f 0 是事件f i 的负荷削减量。 电量不足期望e e n s ( e x p e c t e de n e r g yn o ts u p p l i e d ) 表示平均每年缺多少度电， 它的单位是兆瓦小时年，计算公式为： e e n s - 8 7 6 0 x 罗p r o h ( e ) d n s ( f , ) ( 2 2 3 ) 挺f 式中d n s ( f , ) 是事件e 的负荷削减量。 敏感度指标s i ( s e n s m v i t yi n d e x ) 的计算 对系统元件而言，可以用下列公式计算它的s l 系统缺电时间期望对元件故障概率的敏感度； ( s l ) o - a l o l e a q ( 2 2 4 ) 系统电量不足期望对元件故障概率的敏感度： 【s l ) o - a e e n s a e ( 2 2 5 ) 系统电量不足期望对元件容许传输容量的敏感度： ( 船k 一8 e e n s i a g ( 2 2 6 ) ( q 为元件，的故障概率，e 为元件，的容许传输容量) 2 6 基本算法和程序框图 综合以上几节，可形成发输电系统可靠性评估交流潮流法( 直流潮流法步骤与其 一致浣整算法。 算法的步骤如下； ( 1 ) 读入系统数据； ( 2 ) 计算正常状态潮流： ( 3 ) 枚举故障事件； ( 4 ) 判断系统是否解列，如果解列，则形成各系统； ( 5 ) 判断各系统电力供给是否充足，如果电力不足，则削减负荷； ( 6 ) 计算故障状态的潮流； 。 电压和元件容量越限检查，如果越限，则削减负荷j ( g ) 形成可靠性指标和敏感度指标； ( 9 ) 判断故障状态是否枚举完毕，如果未完，转步( 3 ) ； ( 1 0 ) 形成系统总指标 重庆大学工程硕士学位论文2 电力系统可靠性分析的模型及方法 程序框图见图2 1 ； 图2 1 发输电组合系统可靠性计算流程图 f i 9 2 1 t h e f l o w c h a r t o f r e l i a b l i t y c a l c u l a t i o n o f b u l k p o w e r s y s t e m 1 2 重庆大学工程硕士学位论文3 川渝电网可靠性计算及分析 3 川渝电网可靠性计算及分析 3 1 川渝电网现状简介 根据四川省电力公司提供的原始数据，目前，川渝电网是一个1 2 9 节点系统。 该系统有9 1 台发电机( 其中四川电网7 9 台，重庆电网1 2 台) ，2 4 9 条输电线路，9 4 个负荷点，装机总容量为1 3 3 4 6 m w 。其中四川电网装机1 0 4 0 6 m w ( 水电6 7 6 7m w ， 火电3 6 3 9m w ) ；重庆电网装机2 9 4 0m w ，均为火电。系统的电气参数和元件可靠 性参数参见附录。 川渝电网的特点是西部地区( 四川电网) 电源以水电为主，东部地区( 重庆电 网) 电源以火电为主，双方互补性较强。 3 2 川渝电网可靠性充裕度指标 3 2 1 交流潮流法 对川渝电网进行可靠性分析，计算中线路故障以及发电机故障均模拟至2 阶。 计算结果见表3 1 。 表3 1 交流潮流法川渝电网总指标 地! ：! 望幽! z