電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

緒論

成H理懂方泣

MOrt

Kt機(jī)分抽4注

電”燼Ni*ff.

箕汜性評(píng)

什么叫風(fēng)險(xiǎn)？

-電力系統(tǒng)中存在哪些風(fēng)險(xiǎn)？

?大規(guī)模風(fēng)電入網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來(lái)哪些風(fēng)險(xiǎn)？

教材及參考文獻(xiàn)：

1.《電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、方法和應(yīng)用》李文沅著

2.郭永基《電力系統(tǒng)可靠性分析少

3.靜鐵巖，《大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)條件下的電力系統(tǒng)有功功率平衡理

論研究》，博士論文第一章緒論部份,

4.張麗英，葉廷路等，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題及措施.

中國(guó)機(jī)電工程學(xué)報(bào).Vol.30(25),2022

1-1電力系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)

?風(fēng)險(xiǎn)和可靠性的關(guān)系

-描述同一個(gè)事實(shí)的兩個(gè)方面：更高的風(fēng)險(xiǎn)即更低的

可靠性

?本課程的目的：討論電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模

型、方法及其工程應(yīng)用

?電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的根源：設(shè)備的隨機(jī)故障，負(fù)荷

的波動(dòng)，市場(chǎng)環(huán)境下多變的市場(chǎng)需求及市場(chǎng)參

預(yù)者的行為，可間歇性能源入網(wǎng)。。。

?風(fēng)險(xiǎn)管理包括:

-實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估：建立表征系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的指*示

-確定降低風(fēng)險(xiǎn)的措施：意味著投資

-確認(rèn)可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平：對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及

環(huán)境等因素進(jìn)行綜合評(píng)估

?電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估合用的領(lǐng)域:

-發(fā)、輸、配系統(tǒng)的規(guī)劃

-電源規(guī)劃

-運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

-設(shè)備維修

-設(shè)備備用分析

-變電站接線分析

-輸電服務(wù)

?評(píng)估所選系統(tǒng)狀態(tài)的后果

-由評(píng)估分類(lèi)決定具體的運(yùn)算

-充裕性分析：表明系統(tǒng)設(shè)施是否能充分滿足用戶(hù)的

負(fù)荷需求和系統(tǒng)運(yùn)行的約束條件，只涉及到系統(tǒng)的

穩(wěn)態(tài)條件，不要求動(dòng)態(tài)和暫態(tài)分析。

-安全性分析：系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)和暫態(tài)擾動(dòng)的響應(yīng)能力。

因此通常要進(jìn)行動(dòng)態(tài)、智態(tài)或者電壓穩(wěn)定性分析。

-基于歷史停運(yùn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的評(píng)估

?風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

-反應(yīng)停電規(guī)模，電壓的變化或者均值，潮流的變化

或者均值等

-單位停電損失

?基于用戶(hù)損失函數(shù)的方法：

?基于投資核算的方法：

-基于國(guó)民生產(chǎn)總值的方法；

第二章系統(tǒng)元件的停運(yùn)模型

可修復(fù)強(qiáng)迫失效

?Componenttwo-state

model:______________Failurerate:X________________

UpstateaDownstale

?Repairrate:/J)

Failurerateandrepairrate:from

statisticsofthelargelcomponent.

Forexample:failuretin7e

人，sofs

years

MeanTimeToFailure(MTTF):MTTF=

MeanTimeToRepair(MTTR):MTTR-一

P

A=21=W_

AvailabilityA:M邛音七M(jìn)TJR工十工人

=Sb/p/nneJ+〃

Z\tipnwq,

+\hm

,UnavailabilityU:U=\—A

?MeanTimeBetweenFailure(MTBF):MTBF=

MTTF+MTTR

?Failurefrequencyf:f=----------------二AA=〃U

MTBF

Example:

?Statisticsofa200MW人二5.68times/year

generator:方350/Zme5/year

A/7TF=_=0.17606(yeai)

MTTR=±=0.00286(year)

P?

A_MTTF_//35()

—=0.98403

MTTF八MTTR一5.68+350

f二朋二小二5.68x0.98403=5.5S9(thnes/year)

?Thereliabilityofasystem:dependsonthereliabilityofthe

componentsinvolved,andsystemstopologj

?Seriesconnectedsystem:

1=1/=1fI-/Ji

A-=4+>9+???+用A

Example:&

?Asimplepowersupplysystem;theavailabilityofeach

componentis:generatorA]=0.990099.transformer

A2=0.999933,busbarA,=0.999965,circuitbreaker

A4=0.999833,transmissionlineA5=0.999334.whatisthe

availabilityofthewholesystem?

A、二巾凡二09900990.999933xO.99996$x0.999833

xO.999334

=0.988907

?Parallelconnectedsystem:onlywhenall

componentsfail,thesystemfails.

n

_L=P\-2+一，?一工

f=i

(a)Parallelconnected

system

(b)Equivalentsystem

Example

?Twotransformersareinparalleloperation.Statisticsare:

Z=O.()5〃2〃es/year

MT7R;=250/i

7=1,2

Whatisthefailurerateofthisparallelconnectedsystem

andtheMTTFofthesystem?

(0.05Y=4

25()0.05+35.04I-2.+70.08

MTTR-------——=0.02854

xj=0.1423x10'-times!year

'365x24

u=-------------times/yearMTVF^=―=io274year

Ml7R0.02854A

I"2=2x35.04=70.08HmCS!丁6。廠

"=351.37

4

A+Ai九-叫）勺，（

?Integratedsystem:breakdownintoseries

connectedsubsystemandparallelconnected

subsystem

Example

?A:powersupplybus;C:loadpoint.

SupposebusbarAisalways

available.Question:

-whatisthefailurerateofpointCandthe

totaldowntime;

-Whatisthereliabilityofpointc

ParallelconnectedY

seriesconnected

ComponemFailurerateRepairrateComponentFailurerateRepairnite

II057513ni75

0517.5

L2L40.67.5

?Parallelconnected1:『〃L2

42二布為

〃(外+如一人+目冬+七

［上二2x1168=2336times/year

=().427以1()times!year

?Seriesconnected2:0+5

,23二人2十幾=o.4279x1(T1+o.i=oAyear

幽二缶馮

如+卷+知1+缶人+力

"5=117\timesfyear

?Parallelconnected3:ti23//h

&2A4=°-103x103times/year=2339",〃心、/year

?Unavailability：

0.103x10"

Ui10

二佑234+乃234-0.103x10'+2339=o心、

?TotaldowntimeatbusbarC:

,="sX8760=0.386x10'U

?ReliabilityatbusbarC:

T

Ed—南戲說(shuō)=(”)*眼-99.999995幼

?作業(yè)：

-Matlab編程，實(shí)現(xiàn)可修復(fù)強(qiáng)迫失效相關(guān)計(jì)算。

計(jì)劃停運(yùn)

最簡(jiǎn)單的蒙特卡洛仿真流程

Slut

考慮連鎖故障的MonteCarlo仿真流程

____________尸

ShnuLucCa>u'adeTrippings

..i：,

AnyTripping二）

,no

■▼.

I?"Entiu^hSirnulalKHi?

C\?ni]KilrtuicigvNtHSennl

J

end

元件的失效模型參考文獻(xiàn)

?考慮保護(hù)的隱性故障J.ChenfJ.S.Thorp,I.Dobson.Cascadingdynamicsand

mitigationassessmentinpowersystemdisturbancesviaahiddenfailuremodel.

InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems.2005,27:318-

326

?考慮天氣變化對(duì)導(dǎo)體散熱影響M.Anghel.K.A.Werley,A.E.Motter.Stochastic

modelforpowergriddynamics.The40thHICSS.2022

?環(huán)境相依失效盧錦玲，朱永利.基于暫態(tài)能星裕度的電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，

2022,25（6）：96-103（看2.1節(jié)）

保護(hù)的隱性故障

?當(dāng)有路線斷開(kāi)時(shí)，與此路線兩端相連的所有路線的保護(hù)均存在發(fā)生隱性故障的可能。

?僅考慮單重隱性故障。

為Ba忤故障概率：尸為宰龜保護(hù)動(dòng)作概率」為路線仃功潮而

考慮天氣變化對(duì)導(dǎo)體散熱影響

?隨機(jī)路線故障模型

-路線I上發(fā)生的隨機(jī)故障由泊松過(guò)程描述。即在時(shí)間

段t中發(fā)生的故障的次數(shù)服從泊松分布，均值為

風(fēng)功率波動(dòng)建模

?WindTurbineGeneratorModeling

(><5WZ<VdVb

\A+lixSWt+CxSWf)<SWt<V,

P(SWt)

Vr<SWt<Vn

=J(

P(SWt)：windturbineoutputSWt:WindspeedVa*cui-inwind

speed

ruledspeed

VL,:cut-outspeed

510”2025

P5r?rlIE/C、

P-Wcharacteristicestablishedfor1.5-MWdoubly

fed(continuous)and1.5-MWfixedspeed

asyiichionouswindgeneiatois(dotted).

?Windsneedmodeling：

-Drawingofan

uniformlydistributed

numberuonthe

interval[0,1];

-Applicationofthat

drawnrandomnumber

utotheWeibull

Cumulative

DistributionFunction

F(W,AfB)inorderto

determinethe

associatedwindspeed

w.

Note:CumulativeDistributionFunction.p(x<x)

序貫蒙特卡洛仿真

?狀態(tài)時(shí)間抽樣法

-第1步：指定所有元件的初始狀態(tài)（?般假定均處于運(yùn)行狀態(tài)）

-第2步：對(duì)每一元件停留在當(dāng)前狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行抽樣。

-第3步：在所研充的時(shí)間跨度內(nèi)重復(fù)第2步，并記錄所有元件的何■?狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的抽

樣值，獲得給定時(shí)網(wǎng)跨度內(nèi)每-?元件的隨機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程。

-第4步：組合所有元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程，建立系統(tǒng)時(shí)序狀態(tài)轉(zhuǎn)移循環(huán)過(guò)程。

-第5步：對(duì)每一個(gè)不同系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)函數(shù)。

負(fù)荷的處理

?負(fù)荷保持不變

?年負(fù)荷曲線

?5.2負(fù)荷水平率【未計(jì)入不?定性I

飯荷水平_________

(I

了“丁

Pl-Tl/T

LaP.-T/1

年負(fù)荷曲線，并考慮隨機(jī)變化

W%3U分段正志分4,IB形

?負(fù)荷分區(qū)、增長(zhǎng)及隨機(jī)波動(dòng)

-假設(shè)在蒙特卡羅仿真的每-?個(gè)循環(huán)內(nèi)，負(fù)荷為該循環(huán)的平均負(fù)荷與某一隨機(jī)變化量的

疊加，H在該循環(huán)中保持不變。所有仇荷節(jié)點(diǎn)按其所處位殂劃分為?vF個(gè)區(qū)域，處

于同?區(qū)域的負(fù)荷變化幅度相同，不同區(qū)域之間負(fù)荷的變化幅度不同。

第，+1循環(huán)的——

平均負(fù)荷礦二禮'廠

-X代表平均負(fù)荷的增K速度，略大于1,可設(shè)定。隨機(jī)因了/在區(qū)間［1〃,刃上變化。

則對(duì)于給定的，，所引入的負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)為（r-i）/2/A7o

P98負(fù)荷曲線模型

?多級(jí)負(fù)荷水平模型

-將各個(gè)母^符合按其遵循的不同負(fù)荷由線分類(lèi)為相同的母線組。

每一個(gè)母線組有其使用的負(fù)荷持續(xù)曲線。

-使用聚類(lèi)技術(shù)

-選擇聚類(lèi)均值Mij的初值，i代表聚類(lèi)，j代表曲線j

?利用下式計(jì)算何小時(shí)仇荷點(diǎn)至每個(gè)聚類(lèi)均值的歐拉距高

?負(fù)荷點(diǎn)分配到最近的聚類(lèi)，敢新編組.并利用卜?式計(jì)算新的聚類(lèi)均值M

O=￡L/N]

*=i

?里度第2步和第3步，直到全部聚類(lèi)均值在迭代中保持不變?yōu)?上。

使用收斂后的聚類(lèi)均值Mij作為多級(jí)負(fù)荷模型中每一曲線每一聚類(lèi)的負(fù)荷水平。

故障分析

?基于交流潮流的最優(yōu)潮流模型

-目標(biāo)函數(shù)：社會(huì)效益最大化（等效成發(fā)電費(fèi)用最

?。?，切負(fù)荷量最小，網(wǎng)損最小。。O

-約束條件：

?等式約束：功率平衡.不等式約束：運(yùn)行極限

min~八q總+bR,+C.

/-I

牛L%一”加（Q3電+%sin%）=0

kcJy-i

?Qs十sQkQm-5如j（Gosmq一及*）=。心l€i/=!

AGnim—人GIR；mux

Q：nun——nuix

UtninrUt<>UiUlux

一耳一叫皿gM反+￥心

nisi~~nut\

-期望卻供電量（EENS）

Nl.

EENS=±￡n(5)C(y)j「

?NL:variousloadlevels

77:（heno.ofhoursthatsystemhasthe?hloadlevel

?C（S）:loadshedofstateS

?,心）:theno.ofrunstluitsystemhasaloadshedofC（S）

?Ni:（hetotalno.ofrunsinthesimulation

Fl:underthe沖loadlevel,thesetofrunsthathavenon-zero

loadshed.

?EENSz

其中S導(dǎo)致切負(fù)荷的系統(tǒng)狀態(tài)集合0是狀態(tài)

卜，系統(tǒng)的切伍荷量，〈是系統(tǒng)族態(tài)什的蒙特卡

洛循環(huán)次數(shù)，丁是蒙4寺卡洛總的循環(huán)次數(shù)?

負(fù)荷削減頻率

PLC=、b

i=5(s)]77

?n(s)：抽樣中S狀態(tài)的發(fā)生數(shù)；

?匕是多級(jí)負(fù)荷模型中，第i級(jí)負(fù)荷水平下系統(tǒng)失效嵌態(tài)

的集合：

?7；是全i負(fù)荷水平的時(shí)間長(zhǎng)度h；

?T是負(fù)荷曲線的總時(shí)間區(qū)間h；

-NL是負(fù)管水平分級(jí)數(shù)

?AveragelineflowlimitPerMWserved:itisusedtoshow

theefficiencyoftheinvestment.

Z")

?wherePd(t}istheaverageloaddemandofthetestsystem

atthe/thsimulationrun.NLineistheno.oftransmission

inesinthesystem.Fjmax(t)isthetransmissioncapacity

imitofline/atthefthsimulationrun.

?TheaveragelineflowlimitperMWservedisusedasa

measureotgridutilization.Sincethegridinvestment