电压稳定4课件

1、第四章：安全性与脆弱性4.1 安全性评估背景与意义4.2 安全性评估方法4.3 电力系统脆弱性评估 电力系统安全性分类一、背景 1、电网特征： 超高压、特高压、远距离传输、交直流互联、新能源的接入、智能电网已成为现代电力系统的显著特征； 电网运行不确定性增加； 网架结构复杂性加大； 设备的可靠性要求； 特高压大功率传输压力；4.1 安全性评估背景与意义 2、国内外电力系统事故概况及分析： 一、背景事故系统发生日期停电容量及影响范围最长停电时间(h)引发事故的原因美国加拿大东北部系统2003.8.1461800MW5000万以用户29 输电线路过负荷连锁跳闸，监控系统失灵西欧UCTE联合电网20

2、06.11.417GW1000万用户6轮船入海拉闸线路，其余线路过负荷连锁故障中国华中电网2006.7.13794MW5继电保护误动作、安全稳定装置拒动 1）、美加“8.14”大停电的主要客观原因有天气原因导致负荷过重、线路发热下垂于地面短路、SCADA/EMS系统死机等，但是引起规模如此之大的停电事故的主要原因还是没有统一的调度管理体系，没有达到实时的区域之间的信息交换，最终导致事故的蔓延和扩大。这起事故虽然是一个很偶然的短路事故引起的，但是它是一个连锁反应，反应了美国电网在运行调度管理和信息交互上的薄弱环节。 3）、 2006年7月1日20时48分，中国华中电网发生振荡事故。河南500kV

3、嵩郑II回线路出现保护误动，调度人员紧急停运部分发电机组，导致多地拉闸限电来稳定系统电压水平，之后豫西、豫中电网电压出现周期性振荡，为了保护互联系统，川渝、华北电网与华中电网解列，直至振荡平息。 这次振荡事故导致河南电网多处500kV和220kV线路跳闸，部分发电机组退出运行，负荷损失量达到3794MW。事故主要是因为继电保护和安控装置的误动造成的，同时反映出河南电网部分地区电网网架结构相对薄弱。这次事故表明二次设备的错误动作对电网运行安全稳定的影响是不容忽视的。事故系统发生日期停电容量及影响范围最长停电时间引发事故的原因加拿大魁北克系统1988.4.1818500MW8.5小时暴风雪中国海南

4、电网2005.9.261239MW系统全停10小时台风中国南方地区2008.1南方地区多个省份数十天冰雪灾害灾害性天气引发的大停电事故2）、灾害性气象条件对电网的破坏 电网在设计建造时是考虑了自然灾害可能会对其造成的影响，但是在极端气象灾害情况下，有诸多难以预知的不确定因素，其对电力设施的破坏是不可避免的。常见的灾害性气象条件主要有：覆冰、雷暴、台风等等。在我国则以覆冰气象灾害为主。覆冰对电力系统的破坏能力极强，严重情况下会造成架空线路断线或倒塔，出现线路舞动造成短路或线路绝缘子闪络。3）、电力系统固有结构 电力系统固有结构包括电网拓扑结构、电源布局、负荷节点布局等。 如果电网结构设计不合理，

5、会导致电网存在运行安全风险。 电源布局或负荷布局不合理可能会使得电网存在供电量不足的风险。因此电力系统固有结构是电网安全性分析中不可忽视的重要方面。4）、电力系统安控技术 电力系统安全控制技术主要针对于继电保护装置和自动控制装置等。在电网实际运行中，保护和安稳装置的不正确动作引起的事故所占比例不容忽视，其引起的电网运行安全问题也不容小视。6）、电力系统管理机制 上述威胁电力系统安全的根源可以说是客观因素，但造成电力系统灾难性事件发生最主要的主观因素是电力系统的管理机制，制定合理的电力系统运行管理机制可以有效地避免重大事故的发生。1、把握电网可能的风险点；2、把握故障对系统的影响程度；3、规划合

6、理的电网运行方式和网络结构；4、预防灾难性事件发生。二、 安全性评估意义4.2 安全性评估方法电力系统安全性是电力系统在运行过程中表现出来的一种特性，反映系统经受可能的扰动而不中断向用户供电的能力。电力系统安全性评估是评估电力系统在各种突发事件影响下继续保持安全运行的能力，包括静态、和动态安全性评估。与可靠性相比，安全性是在发生故障后对系统供电能力的一个表征，可以认为是动态的可靠性。电力系统的安全性定义一、电力系统静态安全等级分类：第一级：安全正常状态；第二级：告警状态（不安全正常状态） ；第三级：紧急状态；第四级：危急状态（极端状态） ；第五级：恢复状态。 各运行状态以及各运行状态之间的转化

7、过程二、电力系统安全性分类三、安全性评估方法评估方法的演化风险评估概率性评估确定性评估分类特点方法确定性评估方法最严重事故决策标准。难以考虑电力系统的复杂性和随机性，难以提供电网安全健康状态的实时、定量和直观的诊断信息。灵敏度分析方法、数值仿真方法、解析法概率性评估方法提出了系统中故障发生概率有差异的概念，如事故发生的概率，以及系统内元件随机故障的概率和系统负荷水平的概率分布。比传统确定性方法多考虑各种事件的概率这一不确定性因素，使得结果相比前者更加准确、更加符合实际情况。基于蒙特卡罗模拟的评估方法风险评估方法优势在于将事故发生的概率与产生的后果(如经济损失等)相结合，将风险和效益联系起来，定

8、量的反映了系统的经济安全指标。风险评估（风险=概率严重度）静态安全性评价指标有功裕度指标电压裕度指标低电压指标支路参与因子输电线路过载动态安全性评价指标功角稳定指标频率稳定指标暂态电压稳定指标线路极限传输功率临界切除时间五、电力系统安全性评估指标六、综合严重度模型2) 失负荷严重度模型减供负荷比例负荷损失类型综合减供负荷比例与负荷损失类型的严重度模型2) 失负荷严重度模型a、减供负荷比例电网负荷损失存在以下几种情况：1）负荷节点因为支路故障形成孤立节点导致的负荷损失L1。2）故障后负荷节点由于电压偏低造成低压减载导致负荷损失L2。（或低频减载） 电网整体负荷损失总量：减供负荷比例：相应的失负荷

9、量严重度函数其中Llim为电网负荷总量的30%2) 失负荷严重度模型b、负荷损失类型：负荷损失类型严重度函数2) 失负荷严重度模型c、综合减供负荷比例与负荷损失类型的严重度模型 综合减供负荷比例与负荷损失类型的严重度，得到电力系统故障综合失负荷严重度模型。该模型既考虑了故障后系统失负荷总量对系统的影响，又考虑了在失负荷总量中不同负荷类型对事故后果的影响。其数学表达式：2) 失负荷严重度模型 依据安全评估的综合评估结果，有目的地采取相应控制措施以保证系统的安全稳定运行。一、脆弱性基本概念 电力系统脆弱性分析是近年来出现的专门针对复杂电力系统规划设计、调度、控制过程中出现的薄弱现象和薄弱环节进行研

10、究的理论分支，涉及到电力系统各类参数状态及其影响因子响应趋势的量化、全局/局部系统安全程度变化过程、电网拓扑与关键联通识别等各个方面。并明确其因果联系，并对相关信息进行有效综合以提出防御方案，帮助调度运行等部门获取更多客观的决策支撑。4.3 电力系统脆弱性评估定义 在扰动或故障情况下，系统运行状态及网络拓扑结构弱化的特性。二、脆弱性研究意义 从实际的电网运行角度考虑，对于系统操作人员来说，最关心的是那些运行状态易受扰动影响，在受到扰动后逼近临界状态速度快，且发生故障后后果严重的元件，这也是脆弱性辨识的主要目的。而往往系统中运行情况最易受影响的元件不一定会是造成影响最严重的，反之亦然。二、脆弱性

11、研究意义为运行分析人员和调度人员进行安全分析和电网控制提供重要信息，做到有的放矢；在电网受到扰动时，帮助运行调度人员及时准确地确定电网的薄弱环节，采取相应预防控制措施，避免灾难性事故的发生；为保证大规模互联电力系统的安全、稳定和经济运行提供强有力的理论依据和技术支撑。结构脆弱性主要考虑网络的固有结构状态脆弱性主要考虑系统的详细模型和运行参数等因素脆弱性三、脆弱性研究分类状态脆弱性主要考虑电网运行状态的改变对电网脆弱性的影响，包括节点电压脆弱性和支路功率脆弱性。1、状态脆弱性结构脆弱性是指系统遭受扰动之后导致系统拓扑结构逐渐不能胜任当前输电任务的特性。主要与负荷的有功需求变化所导致的支路输送量改

12、变、支路断开或元件退出运行导致的电网结构变化有关。结构脆弱性是电网固有脆弱强度的反映；电网结构的鲁棒性是电力系统“强壮”的基础。2、结构脆弱性四、脆弱性评估方法元件的脆弱强度不仅与运行状态有关,而且与其网络结构紧密联系。传统的元件的脆弱值大小应该是对自身运行状态的一个反映，但是从脆弱性的定义上看还应包括该元件在网络中重要程度的反映,单一从某一角度进行衡量是不完整的。 将传统安全稳定分析方法与复杂网络理论相结合,综合考虑电网运行状态与网络结构两方面对脆弱性的影响。节点的静态能量函数： 节点的状态脆弱性趋势指标因子:状态指标1：节点的状态脆弱因子当系统运行方式改变时，节点注入功率（包括有功和无功）

13、从初始稳定运行状态到当前运行状态对应的能量积累。能量1、状态指标 将当前运行状态下的节点静态能量与临界点对应的能量 的差值绝对值与初始运行状态下的节点静态能量与临界点对应的能量的差值绝对值相比，得到归一化处理后的节点脆弱性裕度指标：节点状态脆弱因子：用于衡量节点运行状态易于受到扰动影响的特性状态指标1：节点的状态脆弱因子支路的静态能量函数支路的状态脆弱性趋势指标状态指标2：支路的状态脆弱因子当系统运行方式改变时，支路上传输的功率（包括有功和无功）从初始稳定运行状态到当前运行状态对应的能量积累。 将当前运行状态下的支路静态能量 与临界能量 的差值绝对值与初始运行状态下的支路静态能量 与临界能量

14、的差值绝对值相比，得到归一化处理后的支路脆弱性裕度指标：支路状态脆弱因子：用于衡量支路运行状态易于受到扰动影响的特性状态指标2：支路的状态脆弱因子2、结构指标：与复杂网络理论相关 复杂网络是一种对大型复杂系统的在联通、传播、生长、失效等特性方面的一般抽象和描述方法，它突出强调了系统结构的整体与局部拓扑特征。理论上说，任何包含大量组成单元（或子系统）的复杂系统，当把构成元件抽象成节点，元件之间的相互作用抽象为边时，都可当作复杂网络来研究。复杂网络特征参数最短路径与平均最短路径节点度数网络平均度数介数网络冗余性聚类度与聚类系数。电气介数最短路径：在一个全连通网络中，任意两节点之间都会存在着一条或多

15、条连接路径，其中途经连接支路（节点数目）最少的一条称为最短路径。节点介数：与该节点被网络中某些节点对之间最短路径经过的次数相关。线路介数：与该线路被网络中某些节点对之间最短路径经过的次数相关。介数显示了节点或支路在网络结构中的重要度实际电力网络中潮流不可能按最短路径流动。 在考虑了节点容量、支路电抗、加权处理等一系类修正方法后，使用电气介数来衡量系统节点与支路在电网拓扑结构中的重要程度。该指标能真实反映“发电-负荷”节点对之间功率传输对各节点或各条支路的占用情况，并考虑不同节点发电容量和负荷水平的影响。反应电网结构的电气介数指标 节点的结构脆弱因子（电气介数）Imn(i)：“发电-负荷”节点对

16、(m,n)间加上单位注入电流源后， 在节点i上引起的电流；Wm： 发电机节点m的权重，取发电机额定容量或实际出力；Wn ： 为负荷节点n 的权重，取实际或峰值负荷；G和L ：所有发电节点和负荷节点的集合。 反映了全网不同母线间功率传输对各节点的占用情况，也量化了各节点在全网功率传输中的重要程度。结构指标1： 支路的结构脆弱因子（电气介数）Imn(i,j)：“发电-负荷”节点对(m,n)间加上单位注入电流元后， 在支路(i,j)上引起的电流；Wm ： 发电机节点m的权重，取发电机额定容量或实际出力；Wn ： 负荷节点n的权重，取实际或峰值负荷；G和L ：所有发电节点和负荷节点的集合。结构指标2： 反映了“发电-