电力系统风险评估PPT课件

1 电力系统风险评估 绪论 2 3 什么叫风险 电力系统中存在哪些风险 大规模风电入网给电力系统带来哪些风险 教材及参考文献 电力系统风险评估模型 方法和应用 李文沅著郭永基 电力系统可靠性分析 静铁岩 大规模风电并网条件下的电力系统有功功率平衡理论研究 博士论文第一章绪论部分 张丽英 叶廷路等 大规模风电接入电网的相关问题及措施 中国电机工程学报 Vol 30 25 2010 4 1 1电力系统中的风险 风险和可靠性的关系描述同一个事实的两个方面 更高的风险即更低的可靠性本课程的目的 讨论电力系统风险评估的模型 方法及其工程应用电力系统风险的根源 设备的随机故障 负荷的波动 市场环境下多变的市场需求及市场参与者的行为 可间歇性能源入网 5 风险管理包括 实施风险的定量评估 建立表征系统风险的指标确定降低风险的措施 意味着投资确认可接受的风险水平 对技术 经济 社会以及环境等因素进行综合评估 6 电力系统风险评估适用的领域 发 输 配系统的规划电源规划运行风险评估设备维修设备备用分析变电站接线分析输电服务 7 1 2电力系统风险评估的基本概念 风险 事件发生的概率X事件发生带来的损失系统风险评估步骤确定元件停运模型 第二章 选择系统状态 计算发生的概率 两种方法 评估所选择状态的后果 可能是简单的功率平衡分析 网络结构连通性分析 优化潮流 电压稳定分析 计算风险指标 指标的概率分布 随机变量的期望值 8 元件停运模型参数由元件停运统计数据计算得到 数据的预处理问题数据的动态特性 9 评估所选系统状态的后果由评估分类决定具体的运算充裕性分析 表明系统设施是否能充分满足用户的负荷需求和系统运行的约束条件 只涉及到系统的稳态条件 不要求动态和暂态分析 安全性分析 系统对动态和暂态扰动的响应能力 因此通常要进行动态 暂态或电压稳定性分析 基于历史停运统计数据的评估 10 风险指标反应停电规模 电压的变化或均值 潮流的变化或均值等单位停电损失基于用户损失函数的方法 基于投资核算的方法 基于国民生产总值的方法 11 第二章系统元件的停运模型 12 可修复强迫失效 Componenttwo statemodel Failurerate Repairrate Failurerateandrepairrate fromstatisticsofthetargetcomponent Forexample 13 AvailabilityA MeanTimeToFailure MTTF MeanTimeToRepair MTTR UnavailabilityU Failurefrequencyf MeanTimeBetweenFailure MTBF MTBF MTTF MTTR 14 Example Statisticsofa200MWgenerator 15 Thereliabilityofasystem dependsonthereliabilityofthecomponentsinvolved andsystem stopologySeriesconnectedsystem 16 Example Asimplepowersupplysystem theavailabilityofeachcomponentis generatorA1 0 990099 transformerA2 0 999933 busbarA3 0 999965 circuitbreakerA4 0 999833 transmissionlineA5 0 999334 whatistheavailabilityofthewholesystem 17 Parallelconnectedsystem onlywhenallcomponentsfail thesystemfails a Parallelconnectedsystem b Equivalentsystem 18 Example Twotransformersareinparalleloperation Statisticsare WhatisthefailurerateofthisparallelconnectedsystemandtheMTTFofthesystem 19 Integratedsystem breakdownintoseriesconnectedsubsystemandparallelconnectedsubsystem 20 Example A powersupplybus C loadpoint SupposebusbarAisalwaysavailable Question whatisthefailurerateofpointCandthetotaldowntime Whatisthereliabilityofpointc Parallelconnected1 seriesconnected2 Parallelconnected3 21 Parallelconnected1 L1 L2 Seriesconnected2 L12 L3 22 Parallelconnected3 L123 L4 23 Unavailability TotaldowntimeatbusbarC ReliabilityatbusbarC 24 作业 Matlab编程 实现可修复强迫失效相关计算 25 计划停运 26 最简单的蒙特卡洛仿真流程 随机生产模拟 元件的投入状态 负荷的随机变化 间歇性电源出力变化 27 考虑连锁故障的MonteCarlo仿真流程 对系统进行抽样 28 元件的失效模型参考文献 考虑保护的隐性故障J Chen J S Thorp I Dobson Cascadingdynamicsandmitigationassessmentinpowersystemdisturbancesviaahiddenfailuremodel InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems 2005 27 318 326考虑天气变化对导体散热影响M Anghel K A Werley A E Motter Stochasticmodelforpowergriddynamics The40thHICSS 2007环境相依失效卢锦玲 朱永利 基于暂态能量裕度的电力系统脆弱性评估 电工技术学报 2010 25 6 96 103 看2 1节 29 保护的隐性故障 当有线路断开时 与此线路两端相连的所有线路的保护均存在发生隐性故障的可能 仅考虑单重隐性故障 30 考虑天气变化对导体散热影响 随机线路故障模型线路l上发生的随机故障由泊松过程描述 即在时间段t中发生的故障的次数服从泊松分布 均值为 31 风功率波动建模 WindTurbineGeneratorModeling P SWt windturbineoutputSWt WindspeedVci cut inwindspeedVr ratedspeedVco cut outspeed 32 P Wcharacteristicestablishedfor1 5 MWdoubly fed continuous and1 5 MWfixedspeedasynchronouswindgenerators dotted 33 Windspeedmodeling Drawingofanuniformlydistributednumberuontheinterval 0 1 ApplicationofthatdrawnrandomnumberutotheWeibullCumulativeDistributionFunctionF W A B inordertodeterminetheassociatedwindspeedW Note CumulativeDistributionFunction p x X 34 序贯蒙特卡洛仿真 状态时间抽样法第1步 指定所有元件的初始状态 一般假定均处于运行状态 第2步 对每一元件停留在当前状态的持续时间进行抽样 第3步 在所研究的时间跨度内重复第2步 并记录所有元件的每一状态持续时间的抽样值 获得给定时间跨度内每一元件的随机状态转移过程 第4步 组合所有元件的状态转移过程 建立系统时序状态转移循环过程 第5步 对每一个不同系统状态进行系统分析 计算风险指标函数 35 负荷的处理 负荷保持不变年负荷曲线 36 年负荷曲线 并考虑随机变化 37 负荷分区 增长及随机波动假设在蒙特卡罗仿真的每一个循环内 负荷为该循环的平均负荷与某一随机变化量的叠加 且在该循环中保持不变 所有负荷节点按其所处位置划分为NF个区域 处于同一区域的负荷变化幅度相同 不同区域之间负荷的变化幅度不同 代表平均负荷的增长速度 略大于1 可设定 随机因子r在区间上变化 则对于给定的 所引入的负荷波动系数为 第t 1循环的平均负荷 缓慢的负荷增长 38 P98负荷曲线模型 多级负荷水平模型将各个母线符合按其遵循的不同负荷曲线分类为相同的母线组 每个母线组有其使用的负荷持续曲线 使用聚类技术选择聚类均值Mij的初值 i代表聚类 j代表曲线j利用下式计算每小时负荷点至每个聚类均值的欧拉距离 39 负荷点分配到最近的聚类 重新编组 并利用下式计算新的聚类均值重复第2步和第3步 直到全部聚类均值在迭代中保持不变为止 使用收敛后的聚类均值Mij作为多级负荷模型中每一曲线每一聚类的负荷水平 40 故障分析 基于交流潮流的最优潮流模型目标函数 社会效益最大化 等效成发电费用最小 切负荷量最小 网损最小 约束条件 等式约束 功率平衡不等式约束 运行极限 41 42 期望却供电量 EENS NL variousloadlevelsTi theno ofhoursthatsystemhastheithloadlevelC s loadshedofstatesn s theno ofrunsthatsystemhasaloadshedofC s Ni thetotalno ofrunsinthesimulationFi undertheithloadlevel thesetofrunsthathavenon zeroloadshed 43 EENS 其中S导致切负荷的系统状态集合 Ci是状态i下 系统的切负荷量 ti是系统状态i的蒙特卡洛循环次数 T是蒙特卡洛总的循环次数 44 负荷削减频率 n s 抽样中S状态的发生数 Fi是多级负荷模型中 第i级负荷水平下系统失效状态的集合 Ti是第i负荷水平的时间长度h T是负荷曲线的总时间区间h NL是负荷水平分级数 45 AveragelineflowlimitPerMWserved itisusedtoshowtheefficiencyoftheinvestment wherePd t istheaverageloaddemandofthetestsystematthetthsimulationrun NLineistheno oftransmissionlinesinthesystem Fjmax t isthetransmissioncapacitylimitoflinejatthetthsimulationrun TheaveragelineflowlimitperMWservedisusedasameasureofgridutilization Sincethegridinvestmentisrelatedtothemaximumlineflowlimitsandthesocietalbenefitisrelatedtothepowerserved theaveragelineflowlimitperMWservedisonewaytoindicatetheratioofsocietalbenefittothegridinvestment 46 参考文献R Billionton andW Wangdee Reliability basedTransmissionReinforcementPlanningAssociatedwithLarge scaleWindFarms IEEETrans onPowerSystems Vol 22 No 1 Feb 2007 6 4例16 5例2 47 指标简介 BasicadequacyindicesLOLP 失负荷概率 ofanelectricpowersystem theprobabilityofalltheoutageeventsleavingthesystemwithanavailablecapacitylowerthanexpectedloadLo 48 LOLE thelossofloadexpectation WidelyacceptedLOLEriskcriterion onedayintenyears Ok themagnitudeofthek thoutageinthesystempk theprobabilityofacapacityoutageofmagnitudeOk tk thenumberofdaysthatanoutageofmagnitudeOkwouldcausealossofloadinthesystem dailypeakloadcurve 49 LossofEnergyExpectation theratioofexpectednon servedenergytototalenergydemandoveraperiodoftime EkistheenergynotsuppliedduetoacapacityoutageOk Eisthetotalenergyduringtheperiodoftime 50 期望负荷削减频率 51 ProbabilityofloadcurtailmentPLCP s probabilityofstatesFi thesetofallstatesunderloadleveliwithnon