一種電力系統風險分級方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發明提供的電力系統風險分級方法，可用于制定電力系統在不同季節下的風險級別標準，根據電力系統當前季節下的風險級別標準，得到該季節下電力系統當前的風險等級。與現有的分級方法相比，該分級方法不需要設置多屬性決策矩陣和指標權重，避免了主觀因素的影響，可以對系統整體風險做出更加科學、客觀的評價，準確性更高。提供的根據電力系統風險分級結果指導電力系統運行調度的應用，當系統運行方式改變或設備故障時，統一按照當前季節基本運行方式下制定的風險級別標準對系統風險進行分級，分級結果可以直觀反映運行方式改變、設備故障對系統風險等級的影響，指導電力系統運行調度人員采取控制措施將系統風險維持在可接受的風險等級內。
【專利說明】-種電力系統風險分級方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統風險評估和風險分級領域，特別涉及電力系統風險分級方法 及應用。
【背景技術】
[0002] 概率風險評估方法以系統失效事件發生的概率和這些事件后果的嚴重程度為依 據建立風險指標體系，為識別系統在不確定運行環境下的風險水平提供了有力工具。根據 系統的風險指標來評價整個系統的風險水平高低（即劃分風險等級）、實現風險的分級管 理，對于電網的規劃和運行人員有重要的指導意義。
[0003] 電力設備包括發電機組、線路和變壓器，線路包括電纜和架空線路。在電力系統實 際運行過程中，隨著負荷水平的提高，電力系統的風險會不斷增加。根據調度人員的經驗， 當負荷增長到不可接受的水平時，調度人員將采取調整發電機出力、投入備用、調整無功甚 至切負荷等校正措施，保證系統的安全可靠運行。有研究（段盼.電力系統負荷及負荷率 的可靠性影響模型[D].重慶：重慶大學，2012)采用三次樣條差值的方法擬合出了系統風 險指標隨負荷增長的變化曲線（風險-負荷曲線），從該風險-負荷曲線可以看出，系統風 險指標隨著負荷水平的提高增加的速度越來越快，兩者呈一一對應的非線性關系。
[0004] 現有研究大多采用多屬性決策方法（如層次分析法和模糊綜合評判法），根據系 統各項風險指標的綜合權值來判斷系統的風險等級，然而該方法給出的多屬性決策矩陣和 各屬性權重具有一定的主觀性，直接導致最終的風險分級結果不準確。有研究選取負荷水 平使得系統平均電壓Uav等于0. 95,并將該負荷水平下系統的低電壓風險指標A作為安全 邊界。類似地，依據線路平均負載率和系統負荷裕度分別定義線路過載的安全邊界B及電 壓失穩的安全邊界C。當系統運行狀態變化或設備故障時，根據低電壓、過載、電壓失穩3種 風險指標的越界情況綜合評定系統的風險等級。雖然該風險分級方法考慮了系統風險與運 行狀態之間的關系，但是根據平均電壓和平均負載率來判斷系統在低電壓方面及過載方面 是否安全，顯然過于粗略：比如平均負載率小于1，仍然可能有線路出現過載現象，導致系 統"不安全"。因此，該風險分級方法并不準確，得到的風險分級結果不能很好的指導調度人 員采取措施控制系統風險。
[0005] 此外，有些研究采取系統分指標（Severity Index)對所有系統制定統一的風險級 別標準，但是分級的依據不夠明確，而且該風險級別標準并不適用于所有系統：不同的系統 可靠性不同，可接受的風險水平也是不同的（可靠性高的系統可接受的風險水平低于可靠 性低的系統），因此不同系統的風險級別標準應該存在差異。
[0006] 綜上所述，現有的電力系統風險分級方法準確性較差，對于不同的電力系統通用 性不強。
【發明內容】
[0007] 針對現有電力系統風險分級方法中的不足，本發明的目的在于提供一種準確性更 好，能夠適用于不同電力系統的風險分級方法。
[0008] 本發明的另一個目的還在于提供一種根據電力系統風險分級結果指導電力系統 運行調度的應用。
[0009] 為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：
[0010] 一種電力系統風險分級方法，首先制定電力系統當前季節下的風險級別標準，然 后根據該風險級別標準得出該季節下電力系統當前的風險等級；該方法具體步驟為：
[0011] 1)在當前季節電力系統的基本運行方式下，按預設的步長成比例地增加電力系統 的各節點負荷及系統可調度發電機組中各發電機的有功出力，根據電力系統在正常運行條 件下和在單一元件故障條件下的越限、失負荷情況，獲得多個負荷分界點，利用各負荷分界 點將負荷水平劃分等級，得到多個負荷級別，構成該季節下電力系統的負荷級別標準；所述 節點負荷包括有功負荷和無功負荷；所述正常運行是指電力系統中沒有元件故障；
[0012] 2)采取蒙特卡羅模擬法或狀態枚舉法計算該季節下電力系統負荷級別標準中各 負荷分界點對應的風險指標，從而得到該電力系統中各負荷級別對應的風險指標區間及風 險等級，構成該電力系統在該季節下的風險級別標準；
[0013] 3)計算該季節下電力系統當前的風險指標，根據步驟2獲得的風險級別標準，判 斷該電力系統當前的風險指標落入風險級別標準中的風險指標區間，從而對應得到該季節 下電力系統當前的風險等級。
[0014] 進一步，所述步驟1具體為：所述電力系統在當前季節檢修設備最少的時期下，以 電力設備全部投入的運行方式作為該季節的基本運行方式，所述電力設備包括系統可調度 發電機組、線路和變壓器；
[0015] 在電力系統當前季節的基本運行方式下，以電力系統在該季節的最低負荷水平為 起點，按預設的步長成比例地增加電力系統的各節點負荷及系統可調度發電機組中各發電 機的有功出力，同時采用交流潮流和基于交流潮流的最優削負荷模型，判斷電力系統在正 常運行條件下和在單一元件故障條件下，每增加一次各節點負荷及各發電機的有功出力 時，電力系統是否越限、是否失負荷，將電力系統中越限、失負荷情況變化的負荷水平作為 負荷分界點，利用各負荷分界點將負荷水平劃分等級，得到多個負荷級別，得到電力系統在 該季節下的負荷級別標準。
[0016] 進一步，所述"按預設的步長成比例地增加電力系統的各節點負荷及系統可調度 發電機組中各發電機的有功出力"的步驟具體為：
[0017] 當步長取1. 25%時，電力系統節點i的有功負荷無功負荷QDi分別為：
[0018] PDi = PDilowestX (1+1. 25% Xk)；
[0019] QDi = QDilowestX (1+1. 25% Xk)；
[0020] 其中，PDilmrest、QDilrarest分別表示電力系統節點i在該季節下的最低有功負荷和最 低無功負荷，k為迭代次數，取值范圍為：1?Nmax，Nmax是預設的最大迭代次數；
[0021] 發電機j的有功出力PGj為：
[0022] PGj = PGJlowestX (1+1. 25% Xk)；
[0023] 其中，PGJlowest是發電機j在電力系統處于該季節最低負荷時的有功出力。
[0024] 進一步，所述負荷級別為6級；1級負荷等級定義為電力系統在正常運行時不越 限，在單一元件故障條件下不越限；2級負荷等級定義為電力系統在正常運行時不越限，在 單一元件故障條件下越限，采取校正措施后不失負荷；3級負荷等級定義為電力系統在正 常運行條件時不越限，在單一元件故障條件下越限，采取校正措施后仍然失負荷；或定義為 電力系統在正常運行時越限，采取校正措施后不失負荷，在單一元件故障條件下越限，采取 校正措施后不失負荷；4級負荷等級定義為電力系統在正常運行時越限，采取校正措施后 不失負荷，在單一元件故障條件下越限，采取校正措施后仍然失負荷；5級負荷等級定義為 電力系統在正常運行時越限，且采取校正措施后失負荷，切負荷比例小于30% ;6級負荷 等級定義為電力系統在正常運行時越限，且采取校正措施后失負荷，切負荷比例大于等于 30%。
[0025] 進一步：所述步驟2具體為：針對當前季節的電力系統的負荷級別標準中各負荷 分界點，采用蒙特卡羅模擬法隨機抽取電力系統的系統狀態，或采用狀態枚舉法枚舉出一 定階數內的系統狀態；針對每一系統狀態，采取基于交流潮流的最優削負荷模型得到削負 荷量；記錄削負荷量大于〇的系統狀態，結合系統狀態的概率和削負荷量，計算該負荷分界 點對應的電力系統的風險指標；從而得到該電力系統中各負荷級別對應的風險指標區間及 風險等級，得到該電力系統在該季節下的風險級別標準。
[0026] 進一步：所述步驟3具體為：不論電力系統處于何種運行方式，都統一按照當前季 節基本運行方式下制定的風險級別標準劃分風險等級，計算電力系統當前的風險指標，根 據風險指標落入的風險指標區間，判斷系統當前的風險等級。
[0027] -種根據電力系統風險分級結果指導電力系統運行調度的應用，具體步驟如下：
[0028] 1)預先設定作為調度對象的電力系統的可接受風險等級和不可接受風險等級；
[0029] 2)采用上述的電力系統風險分級方法，得到該電力系統當前處于的風險等級； [0030] 3)如果電力系統當前的風險等級處于可接受的風險等級，執行步驟5 ;如果電力 系統的風險等級上升到不可接受的風險等級，執行步驟4 ;
[0031] 4)以可接受風險等級為調度目標，采取校正措施降低電力系統的風險，并在完成 校正后返回步驟2 ;
[0032] 5)結束調度流程。
[0033] 相比現有技術，本發明具有如下有益效果：
[0034] 1、本發明提供的電力系統風險分級方法，依據電力系統在正常運行及單一元件故 障條件（即N-1故障條件）下的越限、失負荷情況劃分負荷級別，將各負荷級別對應的系統 風險指標區間及風險等級作為電力系統的風險級別標準。該分級方法不需要設置多屬性決 策矩陣和指標權重，避免了主觀因素的影響，可以對系統整體風險做出更加科學、客觀的評 價，準確性更高。
[0035] 2、本發明提供的電力系統風險分級方法，適用于不同電力系統，可以針對不同電 力系統建立與之相適應的風險級別標準，考慮了不同系統可接受風險水平的差異性，提高 了系統風險分級結果的可靠性和實用性。
[0036] 3、本發明提供的根據電力系統風險分級結果指導電力系統運行調度的應用，當系 統運行方式變化或設備故障時，可以統一按照當前季節基本運行方式下制定的風險級別標 準對系統風險進行分級，分級結果可以直觀反映運行方式改變、設備故障對系統風險等級 的影響，指導電力系統運行調度人員采取控制措施將系統風險維持在可接受的風險等級 內。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0037] 圖1為電力系統風險分級原理圖。
[0038] 圖2為RBTS可靠性測試系統的單線圖。
[0039] 圖3為MRBTS系統風險分級結果圖。
【具體實施方式】：
[0040] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0041] 1、電力系統風險分級方法。
[0042] 本發明提出的電力系統風險分級方法，可用于制定電力系統在不同季節下的風險 級別標準。針對不同季節：在該季節系統的基本運行方式下，以該季節系統的最低負荷水平 為起點，成比例增加系統負荷和機組出力，根據系統在正常運行及N-1故障條件下的越限、 失負荷情況，劃分負荷級別，采取概率風險評估方法（蒙特卡羅模擬法或狀態枚舉法）計算 該系統負荷級別標準中各負荷分界點對應的風險指標，從而得到各負荷級別對應的系統風 險指標區間及風險等級，構成該電力系統在該季節下的風險級別標準。這樣做是為了在概 率風險評估方法和確定性安全準則（N-1原則）之間建立橋梁，使得分級依據更加直觀，準 確，便于運行人員理解。
[0043] 對于各季節，風險級別標準的制定步驟如下：
[0044] 1)在當前季節電力系統的基本運行方式下，按預設的步長成比例地增加電力系統 的各節點負荷及系統可調度發電機組中各發電機的有功出力，根據電力系統在正常運行條 件下和在單一元件故障條件下的越限、失負荷情況，獲得多個負荷分界點，利用各負荷分界 點將負荷水平劃分等級，得到多個負荷級別，構成該季節下電力系統的負荷級別標準；所述 節點負荷包括有功負荷和無功負荷；所述正常運行是指電力系統中沒有元件故障；
[0045] 步驟1具體為：所述電力系統在當前季節檢修設備最少的時期下，以電力設備全 部投入的運行方式作為該季節的基本運行方式，所述電力設備包括系統可調度發電機組、 線路和變壓器；
[0046] 在電力系統當前季節的基本運行方式下，以電力系統在該季節的最低負荷水平為 起點，按預設的步長成比例地增加電力系統的各節點負荷及系統可調度發電機組中各發電 機的有功出力，采用交流潮流和基于交流潮流的最優削負荷模型，判斷電力系統在正常運 行條件下和在單一元件故障條件下，每增加一次各節點負荷及各發電機的有功出力時，電 力系統是否越限、是否失負荷，將電力系統中越限、失負荷情況變化的負荷水平作為負荷分 界點，利用各負荷分界點將負荷水平劃分等級，得到多個負荷級別，得到該電力系統在該季 節下的負荷級別標準。
[0047] 參照圖1，系統負荷級別可劃分為6級：
[0048] 1區綠色（正常）：電力系統在正常運行時不越限，在單一元件故障條件（即N-1 故障條件）下不越限；
[0049] 2區藍色（臨界）：電力系統在正常運行時不越限，在單一元件故障條件（即N-1 故障條件）下越限，采取校正措施后可以不失負荷；
[0050] 3區黃色（警戒）：電力系統在正常運行時不越限，在單一元件故障條件（即N-1 故障條件）下越限，采取校正措施后仍然失負荷（或電力系統在正常運行時越限，采取校正 措施后可以不失負荷，在單一元件故障條件下越限，采取校正措施后可以不失負荷）；
[0051] 4區橙色（危險）：電力系統在正常運行時越限，采取校正措施后可以不失負荷，在 單一元件故障條件下越限，采取校正措施后仍然失負荷；
[0052] 5區紅色（事故）：電力系統在正常運行時越限，采取校正措施后仍然失負荷，切負 荷比例小于30% ;
[0053] 6區黑色（嚴重事故）：電力系統在正常運行時越限，采取校正措施后仍然失負荷， 切負荷比例大于等于30% ;
[0054] 具體實施時，校正措施包括調整發電機組出力、投入備用以及調整無功等等。當系 統處于風險等級2級（臨界）時，系統在正常運行時不越限，在N-1故障情況下會出現越限 但不失負荷。此時再增加系統負荷，如果"正常運行時越限"比"N-1故障情況下失負荷"先 出現，那么3級（警戒）的定義就是系統在正常運行時越限但不失負荷，N-1故障條件下越 限但不失負荷；如果"N-1故障情況下失負荷"比"正常運行時越限"先出現，那么3級（警 戒）的定義就是系統在正常運行時不越限，N-1故障條件下越限且采取校正措施后仍然失 負荷。另外，5級（事故）、6級（嚴重事故）定義中的切負荷比例可針對不同類型的電網確 定不同的切負荷比例，作為分級依據。
[0055] 根據上述原則將負荷水平劃分負荷等級（1級?6級），各負荷等級在風險-負荷 曲線上對應的風險指標區間（1?6區）即作為風險級別標準。如圖1所示，劃分負荷等級 時需要找到各負荷分界點（1?5)，其中，分界點1的負荷水平定義為電力系統在"正常運行 時不越限，單一元件故障時不越限"的條件下，在持續增大系統負荷的過程中，首次出現"在 正常運行條件下不越限，在單一元件故障條件下越限，采取校正措施后不失負荷"時的負荷 水平。以此類推，采用同樣的方法定義分界點2?5的負荷水平。
[0056] 所述"按預設的步長成比例地增加電力系統的各節點負荷及系統可調度發電機組 中各發電機的有功出力"的步驟具體為：
[0057] 當步長取1. 25%時，電力系統節點i的有功負荷無功負荷QDi分別為：
[0058] PDi = PDilowestX (1+1. 25% Xk) ； (1)
[0059] QDi = QDilowestX (1+1. 25% Xk) ； (2)
[0060] 其中，PDilmrest、QDilrarest分別表示電力系統節點i在該季節下的最低有功負荷和最 低無功負荷，k為迭代次數，取值范圍為：1?Nmax，Nmax是預設的最大迭代次數；
[0061] 發電機j的有功出力PGj為：
[0062] PGj = PGJlowestX (1+1. 25% Xk) ； (3)
[0063] 其中，PGJlowest是發電機j在電力系統處于該季節最低負荷時的有功出力。
[0064] 2)采取蒙特卡羅模擬法或狀態枚舉法計算該季節下電力系統負荷級別標準中各 負荷分界點對應的風險指標，從而得到該電力系統中各負荷級別對應的風險指標區間及風 險等級，構成該電力系統在該季節下的風險級別標準；
[0065] 步驟2具體為：針對當前季節的電力系統負荷級別標準中的各負荷分界點，采用 蒙特卡羅模擬法隨機抽取電力系統的系統狀態，或采用狀態枚舉法枚舉出一定階數內的系 統狀態；針對每一系統狀態，采取基于交流潮流的最優削負荷模型得到削負荷量；記錄削 負荷量大于〇的系統狀態，結合系統狀態的概率和削負荷量，計算該負荷分界點對應的電 力系統的風險指標；從而得到該電力系統中各負荷級別對應的風險指標區間及風險等級， 得到該電力系統在該季節下的風險級別標準。
[0066] 系統風險指標采用系統分指標（Severity Index)，計算公式如下：
[0067]
【權利要求】
1. 一種電力系統風險分級方法，其特征在于，首先制定電力系統當前季節下的風險級 別標準，然后根據該風險級別標準得出該季節下電力系統當前的風險等級；該方法具體步 驟為： 1) 在當前季節電力系統的基本運行方式下，按預設的步長成比例地增加電力系統的各 節點負荷及系統可調度發電機組中各發電機的有功出力，根據電力系統在正常運行條件下 和在單一元件故障條件下的越限、失負荷情況，獲得多個負荷分界點，利用各負荷分界點將 負荷水平劃分等級，得到多個負荷級別，構成該季節下電力系統的負荷級別標準；所述節點 負荷包括有功負荷和無功負荷；所述正常運行是指電力系統中沒有元件故障； 2) 采取蒙特卡羅模擬法或狀態枚舉法計算該季節下電力系統負荷級別標準中各負荷 分界點對應的風險指標，從而得到該電力系統中各負荷級別對應的風險指標區間及風險等 級，構成該電力系統在該季節下的風險級別標準； 3) 計算該季節下電力系統當前的風險指標，根據步驟2獲得的風險級別標準，判斷該 電力系統當前的風險指標落入風險級別標準中的風險指標區間，從而對應得到該季節下電 力系統當前的風險等級。
2. 如權利要求1所述的電力系統風險分級方法，其特征在于，所述步驟1具體為：所述 電力系統在當前季節檢修設備最少的時期下，以電力設備全部投入的運行方式作為該季節 的基本運行方式，所述電力設備包括系統可調度發電機組、線路和變壓器； 在電力系統當前季節的基本運行方式下，以電力系統在該季節的最低負荷水平為起 點，按預設的步長成比例地增加電力系統的各節點負荷及系統可調度發電機組中各發電機 的有功出力，同時采用交流潮流和基于交流潮流的最優削負荷模型，判斷電力系統在正常 運行條件下和在單一元件故障條件下，每增加一次各節點負荷及各發電機的有功出力時， 電力系統是否越限、是否失負荷，將電力系統中越限、失負荷情況變化的負荷水平作為負荷 分界點，利用各負荷分界點將負荷水平劃分等級，得到多個負荷級別，得到電力系統在該季 節下的負荷級別標準。
3. 如權利要求2所述的電力系統風險分級方法，其特征在于，所述"按預設的步長成比 例地增加電力系統的各節點負荷及系統可調度發電機組中各發電機的有功出力"的步驟具 體為： 當步長取1. 25%時，電力系統節點i的有功負荷無功負荷QDi分別為： PDi = PDilowestX (1+1. 25% Xk)； QDi = QDilowestX (1+1. 25% Xk)； 其中，PDilmrest、QDilmrest分別表示電力系統節點i在該季節下的最低有功負荷和最低無 功負荷，k為迭代次數，取值范圍為：1?Nmax，Nmax是預設的最大迭代次數； 發電機j的有功出力PG」為： PGj = PGJlowestX (1+1. 25% Xk)； 其中，PGjlOTrest是發電機j在電力系統處于該季節最低負荷時的有功出力。
4. 如權利要求2所述的電力系統風險分級方法，其特征在于，所述負荷級別為6級；1 級負荷等級定義為電力系統在正常運行時不越限，在單一元件故障條件下不越限；2級負 荷等級定義為電力系統在正常運行時不越限，在單一元件故障條件下越限，采取校正措施 后不失負荷；3級負荷等級定義為電力系統在正常運行條件時不越限，在單一元件故障條 件下越限，采取校正措施后仍然失負荷；或定義為電力系統在正常運行時越限，采取校正措 施后不失負荷，在單一元件故障條件下越限，采取校正措施后不失負荷；4級負荷等級定義 為電力系統在正常運行時越限，采取校正措施后不失負荷，在單一元件故障條件下越限，采 取校正措施后仍然失負荷；5級負荷等級定義為電力系統在正常運行時越限，且采取校正 措施后失負荷，切負荷比例小于30% ;6級負荷等級定義為電力系統在正常運行時越限，且 采取校正措施后失負荷，切負荷比例大于等于30%。
5. 根據權利要求1所述的電力系統風險分級方法，其特征在于：所述步驟2具體為：針 對當前季節的電力系統的負荷級別標準中各負荷分界點，采用蒙特卡羅模擬法隨機抽取電 力系統的系統狀態，或采用狀態枚舉法枚舉出一定階數內的系統狀態；針對每一系統狀態， 采取基于交流潮流的最優削負荷模型得到削負荷量；記錄削負荷量大于〇的系統狀態，結 合系統狀態的概率和削負荷量，計算該負荷分界點對應的電力系統的風險指標；從而得到 該電力系統中各負荷級別對應的風險指標區間及風險等級，得到該電力系統在該季節下的 風險級別標準。
6. 根據權利要求1所述的電力系統風險分級方法，其特征在于：所述步驟3具體為：不 論電力系統處于何種運行方式，都統一按照當前季節基本運行方式下制定的風險級別標準 劃分風險等級，計算電力系統當前的風險指標，根據風險指標落入的風險指標區間，判斷系 統當前的風險等級。
7. -種根據電力系統風險分級結果指導電力系統運行調度的應用，其特征在于：具體 步驟如下： 1) 預先設定作為調度對象的電力系統的可接受風險等級和不可接受風險等級； 2) 采用如權利要求1?6中任一項所述的電力系統風險分級方法，得到該電力系統當 前處于的風險等級； 3) 如果電力系統當前的風險等級處于可接受的風險等級，執行步驟5 ;如果電力系統 的風險等級上升到不可接受的風險等級，執行步驟4 ; 4) 以可接受風險等級為調度目標，采取校正措施降低電力系統的風險，并在完成校正 后返回步驟2 ; 5) 結束調度流程。
【文檔編號】G06Q50/06GK104331849SQ201410667909
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】趙淵, 耿蓮, 蘆晶晶, 孫璐, 何蕾, 謝開貴 申請人:重慶大學, 中國電力科學研究院