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电力系统安全性风险评估综述目录电力系统安全性风险评估综述11 静态安全分析风险评估12 暂态安全分析风险评估23 电压安全分析风险评估34 风电接入后系统风险评估4IEEE std 100-1992 将风险定义为“对不期望的结果的发生概率和严重性的度量，通常采用概率与结果乘积的形式表达”。风险评估采用不确定性的方法综合考虑各个事故发生的概率以及每个事故在暂态安全意义下的严重性程度，风险评估可以通过计算特定的风险指标来实现。在电力系统规划与实际运行中，准确快速地评估电力系统风险水平对系统规划和安全经济运行具有重要意义1李文沅.电力系统风险评估模型、方法和应用M. 北京：科学出版社，2006。随着电力系统不断向超高压、大电网方向发展，以及各种新能源的接入规模的增加，电力系统的结构和运行模式日益复杂，电力系统的风险评估也受到越来越多的关注2喇元，王红斌，董明等. 风险评估在电力系统中的应用J. 广东电力，2011，24(6): 56-60。电力系统风险评估的主要目的是对电力系统的不确定性因素给出可能性与严重性的综合度量，得到相应的风险指标1。根据系统状态分析的性质的不同，可将电力系统风险评估分为系统充裕性和系统安全性两个方面。其中,充裕性是指电力系统满足用户电力需求的能力, 而安全性是指电力系统承受故障的能力, 包括热稳定性、静态稳定性、动态稳定性和暂态稳定性等。虽然充裕性和安全性都有各自的静态问题和动态问题, 但充裕性一般侧重于静态分析, 很少考虑从一个静态到另一个静态的过渡过程。安全性则往往需要考虑系统的动态行为, 因此要考虑的因素更多, 如故障类型、位置、持续时间和序列等。充裕性问题可以分解为发电充裕性和输电充裕性研究, 但安全性研究则需要将发、输电环节作为整体考虑3薛禹胜，刘强，Gerard LEDWICH，袁越. 关于暂态稳定不确定性分析的评述J.电力系统自动化，2007,31(14):1-6。工程应用中使用的大多数风险评估技术都是属于充裕性范畴，直到近几年，安全性评估逐渐得到了越来越多研究人员的关注。下面就对电力系统安全性风险评估方面的主要工作进行简单总结。1 静态安全分析风险评估基于风险的电力系统安全性评估定量地分析了安全性的两个因素( 事故的可能性与严重性)，比传统的确定性评估方法及概率评估方法更能满足现代电力系统安全性综合评估的需求。文献4陈为化. 基于风险的电力系统静态安全分析与预防控制D.浙江大学，2007将风险理论应用于电力系统的静态安全评估与预防控制，重点在建立系统的风险模型，实施风险的定量评估和确定降低风险的措施等3个方面进行了理论研究，并结合最新的计算机并行技术与人工智能技术，最终形成了电力系统静态安全预警决策支持体系。基于风险理论，分析了电力系统的静态安全的若干问题（主要包括过载、电压越限、电压崩溃及系统连锁故障等风险），分别建立了详细的风险评估模型及风险指标体系；在所获得风险指标基础上，提出一种降低系统风险，提高系统安全可靠水平的预防控制措施与策略；同时将人工智能技术应用于所提算法体系，提高了算法的效率和处理不确定问题以及冲突问题的能力，在提高计算速度的前提下降低了计算设备的投资和算法实现的难度。文献5刘森森，陈为化，江全元. 基于并行计算的电力系统风险评估J. 浙江大学学报，2009,43(3): 589-595将风险理论应用于电力系统静态安全分析，建立了具有明显并行计算形式的电力系统风险模型，提出了基于并行计算的电力系统风险评估方法，并应用PC机群技术作为并行计算的实现形式；应用新英格兰10机39节点系统对本文提出的基于并行计算的电力系统静态安全风险评估方法进行了验证。文献6丁理杰，陈为化，包哲静. 基于风险评估的电力系统预防控制J. 华东电力，2009,37(11): 1826-1831提出一种基于线路过载与电压越限的电力系统风险评估与预防控制方法。该方法应用随机潮流和半不变量法分析系统运行的不确定性以及线路潮流和节点电压的不确定性,采用严重度函数描述线路过载与电压越限的影响与后果,以线路潮流与节点电压越限的可能性与严重性的乘积作为系统的风险指标。基于优化潮流和粒子群优算法建立了系统静态安全的风险预防控制模型,通过对系统控制变量的优化,有效减少了系统线路过载与电压越限风险,提高了系统运行的安全性。测试系统的计算结果验证了该算法的可行性。文献7陈曦，娄素华，吴耀武等. 基于风险的电力系统静态安全性评估综述J. 水电能源科学，2010，28(4):149-153从电力系统静态安全的角度出发,从事故的概率及后果两方面入手,介绍了电力系统安全性风险评估的定义与研究内容,比较了常用的安全性风险评估方法,并提出安全性风险评估未来的研究方向。2 暂态安全分析风险评估目前关于电力系统安全稳定的风险评估较多的开展于暂态稳定，这方面的研究成果相对很多。文献8刘福斌. 基于风险的电力系统安全评估、决策和市场运作D.东南大学，2003基于风险理论，就系统安全特别是暂态稳定的评估、决策和安全的市场运作问题进行分析，给出一种综合了暂态失稳发生概率和后果两方面影响因素的新的暂态稳定指标，并确定了详细的评估过程；基于条件概率理论，根据系统运行状态下故障的概率分布和系统运行状态的概率分布推导出暂态失稳的概率模型；提出应用层层递进调查法和简易评估方法对安全后果进行评估。文章详细阐述并严谨证明了风险型决策理论，并且针对电力系统动态特点，初步讨论了系统安全的动态风险决策方法。文献9许涛，贺仁睦，王鹏，徐东杰.基于统计学习理论的电力系统暂态稳定评估J.中国电机工程学报，2003，23(11):51-55利用基于结构风险最小化原理的支持向量机，结合装袋和近似推理，提出了电力系统暂态稳定评估模型的构造方法。该方法充分发挥支持向量机在解决有限样本、非线性及高维识别中体现出的优势，有效地提高了暂稳评估模型的泛化能力，并通过训练样本集重构解决了暂稳评估的多类识别问题，在该评估模型中利用样本规范化、装袋和近似推理提高训练速度和预测结果的精度及稳定性。文献10王英，谈定中，王小英，张炎平，唐国庆.基于风险的暂态稳定性安全评估方法在电力系统中的应用J.电网技术，2003， 27(12):37-41介绍了基于风险的安全性评估方法的基本原理以及如何获取线路发生故障的概率和故障导致暂态失稳的概率，还介绍了暂态失稳的后果模型，并在此基础上建立完整的风险指标。暂态稳定性风险评估能够为安全性和经济性之间提供联系，为更准确地分析电力系统提供了方便。文献11陈为化，江全元，曹一家，韩祯祥.基于风险理论的复杂电力系统脆弱性评估J.电网技术，2005， 29(4):12-17在概率论的基础上将风险理论应用于电力系统脆弱性评估，将电力系统定义为脆弱系统，建立了一套评估电力系统脆弱性的风险指标和相应的算法，解决了传统的确定性安全评估方法不能满足电力市场以及复杂电力系统要求的不足。以此为基础开发了基于风险理论和风险指标的电力系统脆弱性评估软件，并以新英格兰测试系统为例说明了文中方法的先进性和有效性。文献12李文沅，卢继平. 暂态稳定概率评估的蒙特卡罗方法J.电机工程学报，2005,25(10):18-23提出了用蒙特卡罗(MonteCarlo)方法进行电力系统暂态稳定概率评估的基本框架，评估过程需要进行涉及故障事件的系统状态的概率模拟和系统状态的暂态稳定模拟等两种模拟；着重讨论了故障的概率模型及其MonteCarlo模拟方法,给出了2种研究情况的步骤。文中算例证明所提方法可为电力公司控制中心需要的系统安全运行条件提供十分有用的信息。该方法已在加拿大一实际电力系统中应用。文献13王守相，张伯明，郭琦.基于时间裕度的全局电力系统暂态安全风险评估J.中国电机工程学报,2005, 25(15):51-55利用预想事故的时间裕度和发生概率定义了预想事故的风险指标，及系统在特定类型事故集合下的暂态安全风险指标，然后据此提出一种系统暂态安全评估方法。该方法使得将某类型预想事故的评价结果联合起来评估全系统在该类型预想事故集合下的暂态安全性成为可能。文献14郭琦，张伯明，王守相，赵传霖.基于计算机集群的电力系统暂态风险评估J.电网技术，2005，29(15):13-18采用多任务多机分摊并行计算的模式，利用计算机集群实现了一种求取电网暂态稳定风险指标的方法。利用所提出的用于电力系统暂态风险评估的指标的可加和性，将求取故障极限切除时间的海量计算任务分配到计算机集群的节点上进行并行计算，然后在协调机上汇总计算结果得到综合的全系统风险指标。该方法既可用于运行方式部门进行离线的暂态安全分析，又可供调度人员进行在线暂态稳定风险的快速预警。文献15王伟，毛安家，张粒子，杨旭等. 市场条件下电力系统暂态安全风险评估J. 中国电机工程学报,2009, 29(1):68-73介绍了基于风险的安全性评估方法基本原理以及电力系统运行中所受扰动的概率模型。从风险的角度将电力系统受到大扰动后的暂态安全风险划分为暂态失稳风险和暂态稳定风险2个方面,建立了市场条件下系统暂态失稳和稳定给发电方、输电方以及用户造成损失的后果模型,并从发电方、输电方、用户以及整个系统4个方面提出了暂态安全风险指标;将系统中的故障和继电保护不正确动作看作系统的风险,提出了一种计算线路发生故障,考虑主保护拒动远后备保护动作切除故障的电力系统暂态安全风险指标的方法,结合WSCC-9系统,说明了方法的应用。文献16刘新东，江全元，曹一家，陈为化. 基于风险理论和模糊推理的电力系统暂态安全风险评估J. 电力自动化设备，2009,29(2): 15-20在概率论的基础上将风险理论和模糊推理应用于电力系统暂态安全风险评估,利用特定的严重度函数将故障后系统的频率、电压的最大偏移以及功角稳定和故障切除时间裕度进行量化,得到量化的风险指标;将量化的频率和电压风险指标结合得到故障稳态指标，将量化的功角和故障切除时间裕度指标结合得到故障的暂态指标，最后通过两者加权得到系统综合暂态稳定指标。应用新英格兰39节点系统对三相线路永久性接地故障各风险指标进行了计算和排序,证明了方法的有效性和合理性。文献17郑静媛.基于证据理论和效用理论的电力系统暂态风险评估D. 华北电力大学（北京）,2010将线路的故障可能性看作随机模糊数,基于证据理论构造了一种新的能够更好地反映外部环境对线路故障概率的影响的风险评估模型线路的故障概率模型；采用效用函数定义严重度函数,基于熵值法和层次分析法对各项风险指标加权综合得到系统暂态综合风险指标。文中算例验证了所提出电力系统暂态安全风险评估方法的有效性。3 电压安全分析风险评估随着大电网、高电压和大机组时代的到来,一些大电网相继发生电压失稳事故,造成了巨大的经济损失和大面积长时间停电,电压不稳定/电压崩溃事故成为威胁电网安全的一个突出问题,这使得电压稳定性成为电力系统稳定性研究的重要组成部分。基于风险的电压崩溃方法能够同时考虑电力系统中故障发生的概率以及故障对系统造成的影响，可以将电力系统运行的经济性和安全性两个指标综合起来进行电力系统的安全评估，有效克服了确定性方法的不足，因而对于电压稳定的风险评估研究得到越来越多研究人员的注意。文献18陈为化，江全元，曹一家，韩祯祥.电力系统电压崩溃的风险评估J.电网技术，2005,29(19):6-11分析了传统电力系统电压崩溃评估方法存在的缺陷,论述了在电力市场环境下实行电压崩溃风险评估的必要性,并提出了一种进行电力系统电压崩溃风险评估的方法。所提方法综合考虑了电压崩溃的概率和后果,量化了风险指标,通过兼顾风险指标和经济效益为确定系统的最佳运行方式提供了依据。算例的评估结果证明了该方法的可行性、有效性以及基于该方法编写的电压崩溃风险评估软件的实用性。文献19陈为化，江全元，曹一家.基于风险理论和模糊推理的电压脆弱性评估J.中国电机工程学报，2005，25(24): 20-25分析了在电力市场环境下传统电力系统电压安全评估方法存在的缺陷，论述了实行电压脆弱性评估的必要性。电压脆弱性概念综合反映了电压的安全水平以及系统运行条件变化对其的影响，并用电压风险指标和风险指标变化率分别表示电压的安全水平以及系统运行条件变化对其的影响；采用模糊推理方法，结合运行人员的经验，由电压风险指标和风险指标变化率推理出电压的脆弱度，为运行人员决策提供了有力支持。文献20陈为化，江全元，曹一家.基于神经网络集成的电力系统低电压风险评估J.电网技术，2006， 30(17):14-18针对电力市场环境下的静态电压安全问题，建立了一种电力系统低电压风险评估方法。采用电力系统低电压风险的指标，反映系统发生事故的概率及其造成系统低电压的后果。构造了神经网络集成系统，实现了系统低电压风险的快速识别和评估。文章211）安天瑜，电力系统电压失稳风险评估及调控方法研究D. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007采用戴维南阻抗模与负荷阻抗模比值作为电压失稳判据，推出基于戴维南等值参数的电力系统电压失稳概率密度函数与分布函数的解析表达式，给出了基于运行状态下系统发生电压失稳的概率计算公式，该计算方法显著降低了风险评估的工作量，仿真计算结果良好，方法具有可行性。此外，在不考虑投资资本和各种电力市场因素的情况下，文章 将风险评估方法应用于电力系统事故筛选与排序中,得到了涵盖风险信息的新的事故筛选与排序方法，并提出一种基于全网信息和当地测量信息的电压失稳风险在线监视和预估和调控的策略和方法，在有效规避和降低系统电压失稳风险的同时兼顾了系统运行的经济性。文献22徐琳. 电力系统电压崩溃风险评估D.重庆大学，2009将风险评估方法应用到对电力系统电压崩溃的分析中,提出采用蒙特卡罗法对电压崩溃进行风险评估,并将内点法应用到电力系统维持电压稳定的切负荷校正控制方案的确定中,论述了内点法最优切负荷方案的数学模型;总结了进行电力系统电压崩溃风险评估的一般流程,制定了电压崩溃风险指标。文中算例验证了方法的正确性和有效性。文献23周启航，张东霞，郭强，马世英. 电压崩溃的风险评估方法及应用J.电网技术，2011，35(4):35-39提出了一种电力系统电压崩溃的风险评估方法, 该方法应用并联电容器的投入代价来表示系统电压崩溃后果，得出在系统中配置并联电容补偿装置可降低系统电压崩溃的风险以及存在并联电容器配置容量的最优点的结论，文中算例结果证明了该方法的可行性。4 风电接入后系统风险评估在风电穿透功率较大的电网中，由于风电的注入改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量，并且由于风电机组与传统同步发电机组有不同的稳态与暂态特性，从而使风电接入后电网的稳定性发生变化。由于风电并网以后风速的随机性和波动性难以预测，从而使得电力系统的不确定性增加，对系统安全的风险评估带来一定的影响。因此，针对计及风速随机性的安全性风险评估也非常有必要。目前关于风电计入后系统稳定性风险评估方面的研究主要集中在电压稳定性上。含风电电力系统电压静态稳定性研究的分析方法主要包括特征结构分析法、系统可行域分析法、潮流多解法、最大功率法、混沌与分岔理论等，其中在各种风电并网系统分析文献中出现最多且被认为最为有效的是连续潮流法。它研究的是电力系统在一种运行状态下负荷连续增加时的潮流，通过逐点求取从稳定状态向极限状态变化过程的轨迹，计算电力系统临界电压和功率极限。连续潮流仿真可以完成包括极限点(P-V曲线拐点)的完整P-V曲线潮流计算，其关键在于选择合理的连续化参数以保证临界点及其附近的收敛性。连续潮流分析法鲁棒性强并且灵活，它对有收敛性问题的潮流解是理想的方法，但这种方法相对需要较长的计算时间。风电系统常用的静态电压稳定模型有PQ模型和RX模型。由于静态特性不同，两种模型对应的雅可比矩阵也有所不同，但PQ节点和RX节点模型的计算结果是一致的。风电场的PQ节点模型使用简单，计算效率高。风电场的阻抗模型(RX模型)雅可比矩阵较复杂，在运行条件恶化、节点电压下降的情况下，应用迭代法求电机滑差可能出现不收敛。因此，在潮流计算的网络中包括采用异步机的风电场节点时，一般使用PQ节点模型。常用的电压静态稳定指标可分为状态指标和裕度指标，状态指标有灵敏度指标、潮流雅可比矩阵奇异指标等；裕度指标有负荷裕度指标、负荷稳定储备系数等。其中，负荷裕度是电力系统静态稳定性分析中的一项重要指标。文献24王海超，戴剑锋，周双喜，鲁宗相，朱凌志，含风电场电力系统电压稳定裕度模型，清华大学学报（自然科学版），2006提出了一种求取含风电场系统电压稳定裕度概率分布的算法。该算法在计算电压稳定裕度与风速之间的灵敏度矩阵的基础上，求取各风电场风速分布的中心距以及各阶半不变量，利用Gram-Charlier级数反变换得到电压稳定裕度的概率分布（该方法本来是以正态分布逼近连续随机变量分布的一种手段）。文献25周玮，彭昱，孙辉，吴敬坤，樊飞，含风电场电力系统的负荷裕度概率分析混合方法，电网技术，2008针对风速的随机特性提出了一种基于叠加性原理和半不变量法的负荷裕度概率分布求解方法。首先，当系统随机参数扰动量很