湖南大學畢業(yè)設計(論文)第頁HUNANUNIVERSITY畢業(yè)設計(論文)論文題目電力系統(tǒng)低電壓的風險評估學生姓名學生學號專業(yè)班級學院名稱電氣與信息工程學院指導老師學院院長2015年 05月26日頁1緒論1.1本課題的研究背景及意義我們都知道，如果發(fā)生大規(guī)模的停電事故，將會對我們的正常生活和工作帶來很大的影響，我們日常生活所需要的各種電器將不能使用，想醫(yī)院這種服務行業(yè)如果遇到停電后果將不堪設想。而隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電網(wǎng)結構為了適應人類生活的需要，結構也隨之變得越來越復雜，這為電力系統(tǒng)安全可靠供電帶來了巨大的挑戰(zhàn)。美國的一份報告表明，美國每年在停電事故方面的損失就有一千多億美元，而且這一千多億美元僅僅是由停電事故引起的，可以想見大規(guī)模停電事故對國家?guī)淼慕?jīng)濟損失的巨大。如此嚴重的損失讓人們意識到，我們近年來在電力系統(tǒng)風險評估方面所采取的的措施和方法已經(jīng)不能準確的預測風險使工作人員做出準確的防范措施。所以，如何準確、可靠地進行電力系統(tǒng)風險評估已經(jīng)成為了世界各個國家所要研究的一項重要課題。隨著電網(wǎng)結構的日益復雜化，各種問題接踵而來，導致電壓的安全越來越難以控制。與此同時工作人員并沒有足夠的經(jīng)驗去評估電壓的安全與否。所以當發(fā)生事故的時候，工作人員沒有一個參考指標來判斷當前電壓的風險高低，導致決策的錯誤，致使事故進一步擴大，造成嚴重的后果。最近幾年在國內外發(fā)生的大規(guī)模停電事故給人類正常生活造成了很大的影響，并且是國家遭受了嚴重的經(jīng)濟損失。例如1996年，美國發(fā)生的大停電事故，導致超過四百萬人口失電，給人類正常生活造成了十分嚴重的影響，給國家造成了巨大的經(jīng)濟損失。2003年，美國再一次發(fā)生了大規(guī)模停電事故，導致了五千萬人停電，政府及居民經(jīng)濟損失高達三百億美元。在2003年下半年歐洲多個國家和地區(qū)發(fā)生大面積停電事故，其中包括意大利整個國家停電[4-5]。在中國雖然沒有電壓崩潰的大事故，但是大范圍停電事故時有發(fā)生，2006年華中電網(wǎng)大停電事故，造成河南省大范圍停電，以及在2008年我國南方發(fā)生了極為嚴重的冰雪災害，造成17個省不同程度受災，災民過億，給我們國家的電力系統(tǒng)安全方面敲響了警鐘。這些事故不僅給國家造成了重大的經(jīng)濟損失，也給人民正常工作和生活造成了很大的影響，所以電力系統(tǒng)的風險評估已經(jīng)變得越來越重要。電力系統(tǒng)的評估方法主要有三種方法，包括確定性評估方法、概率評估方法和風險評估方法。風險評估方法是近些年才被關注并引用到電力系統(tǒng)評估中的，由于這種方法考慮了電力系統(tǒng)的事故嚴重性和不確定性，因而受到了各國學者的關注和肯定，并將它應用到了評估中。風險評估方法可以對系統(tǒng)運行的風險進行綜合性評價，這是它不同于傳統(tǒng)的確定性方法的主要方面。風險評估方法計算得到的風險值能夠顯示當前電力系統(tǒng)的風險等級，為工作人員對電力系統(tǒng)風險的監(jiān)視提供了方便；風險評估方法將系統(tǒng)事故的后果和系統(tǒng)不確定性聯(lián)系起來，對結果進行綜合性評估。近年來國內外大停電事故如下表所示：表1.1國內外典型大停電事故國家時間后果美國1996年造成五百萬人停電加拿大2003年造成五千萬人停電莫斯科2005年電壓崩潰，兩百萬人停電印尼2005年受影響人口有一億之多中國2006年河南省大面積停電中國2008年南方冰災多數(shù)南方省市停電1.2電力系統(tǒng)風險評估的研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)的風險評估包含了兩個方面的問題，即電力系統(tǒng)靜態(tài)安全風險評估和暫態(tài)安全風險評估。下面介紹靜態(tài)和暫態(tài)風險評估的研究現(xiàn)狀以及屬于靜態(tài)安全評估之一也是本文討論重點的低電壓的風險評估研究現(xiàn)狀。1.2.1電力系統(tǒng)靜態(tài)安全評估研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)靜態(tài)安全評估就是對系統(tǒng)的靜態(tài)安全特性進行評估，其中主要涉及了它包含的兩個子問題，即過載和低電壓的風險評估。文獻[7]研究了屬于靜態(tài)安全評估的兩個內容，包括線路過載和母線低電壓，分別介紹了這兩個問題的風險評估流程及方法。介紹了線路過載和低電壓風險指標，并考慮了天氣條件如雨，冰，風等自然因素對電力系統(tǒng)靜態(tài)安全評估的影響，除此之外，作者還比較了電網(wǎng)加入風電場前后線路過載和母線低電壓風險值的變化，發(fā)現(xiàn)加入風電場之后，風險值均有所降低。文獻[9]建立了電網(wǎng)在線評估風險系統(tǒng)，將事故的后果和事故概率相結合，以此來算出風險指標，這種方法考慮了電網(wǎng)運行方式的不確定性，可以實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)隨著運行方式的變化而變化，計算得到了三個等級的風險指標，在線評估的優(yōu)點是可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳播風險信息，方便快捷而且消息傳播迅速。文獻[10]用風險理論研究了電力系統(tǒng)脆弱性，提出評估電力系統(tǒng)脆弱性的方法。作者將電力系統(tǒng)看為脆弱系統(tǒng)，并建立了電力系統(tǒng)脆弱性的風險評估指標和算法，這一方法相對于確定性評估方法的優(yōu)點是能夠反應復雜電力網(wǎng)的風險，相比確定性方法有了創(chuàng)新性和改進。作者根據(jù)風險指標建立了脆弱性評估的軟件并通過實例進行了驗證。1.2.2電力系統(tǒng)暫態(tài)安全評估研究現(xiàn)狀暫態(tài)安全評估的主要內容是當事故發(fā)生時，若在當前運行方式下系統(tǒng)發(fā)生了暫態(tài)失穩(wěn)的情況，評估系統(tǒng)應該計算出此時失穩(wěn)的風險值的大小，以此來供工作人員進行決策。文獻[11]所研究的評估方法采用了兩種理論，即證據(jù)理論和效用理論，作者建立了一套評估體系，分為內部評估和外部評估，需要領導和專家的配合進行決策，將理論和評估體系結合，可靠的進行風險評估。這種方法將電力系統(tǒng)本身的不確定也考慮在內，非常具有實際意義。文獻[12]介紹了所采用的事故風險指標，包括絕對值指標和相對值指標，并將這兩種指標進行綜合形成綜合指標，根據(jù)這些指標來評估系統(tǒng)的暫態(tài)風險，將事故根據(jù)指標的大小按等級排序，便于工作人員采取相應的措施。這種方法將風險指標進行綜合來反應系統(tǒng)暫態(tài)水平，很適應當今電力系統(tǒng)失穩(wěn)方面的研究。1.2.3電壓穩(wěn)定評估研究現(xiàn)狀電壓穩(wěn)定評估評估的是系統(tǒng)運行方式變化前后系統(tǒng)電壓的變化情況，依據(jù)電壓的變化來判斷電壓是否越界。文獻[13]主要研究了電壓崩潰方面的評估，作者在文中采用了P-V曲線進行電壓崩潰的評估，并只選取了簡單的電力系統(tǒng)，作者在文中考慮了電壓崩潰所帶來的經(jīng)濟損失，將經(jīng)濟損失和風險聯(lián)系到了一起。文獻[6]首先介紹了傳統(tǒng)的評估方法，指出其中的不足之處，并在此基礎上提出了低電壓的脆弱性，作者認為，在當今社會里面，進行低電壓的評估是十分重要的，他將模糊理論運用到自己的研究中，用所采用的風險指標和風險變化率能夠計算出電壓的脆弱程度，這些程度可以給工作人員進行參考來評估風險的高低。文獻[14]首先總結了傳統(tǒng)評估方法的優(yōu)點和缺點，在此基礎上研究了低電壓風險，不同于傳統(tǒng)方法的是，作者在電路方面做了一些文章，將戴維南等值電路運用到自己的評估中，方法具有創(chuàng)新性和實用性。文獻[15]不同于其他文獻的地方是作者不僅考慮了低電壓的風險，還提出了低電壓預警的方法，作者根據(jù)事故對系統(tǒng)電壓造成的影響確定了低電壓風險指標，并設定了低電壓風險等級，便于工作人員判斷當前的風險值，并根據(jù)風險值的大小對電壓風險防范措施。1.2.4電力系統(tǒng)低電壓的安全評估現(xiàn)狀低電壓風險反應的是當發(fā)生事故時，母線電壓的偏移是否在允許的范圍內。文獻[1]首先介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡，基于這一網(wǎng)絡進行了低電壓風險評估，又有神經(jīng)網(wǎng)絡運算速度快且誤差小，因而很適應當今飛速發(fā)展的社會需求，能在事故發(fā)生時迅速計算出風險值，使工作人員有充足的時間做好防范措施。作者在文中主要將網(wǎng)絡集成和單一的網(wǎng)絡的計算值和誤差進行了比較，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡集成有很小的誤差，在最后作者用算例對自己的研究進行了仿真分析。文獻[7]主要闡述了電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的兩個內容，包括線路過載問題和系統(tǒng)低電壓問題，對于低電壓評估方面，首先介紹了所需要的風險指標及線路模型，作者考慮了天氣條件如雨，大風，冰雹等自然因素對電力系統(tǒng)安全運行的影響，并考慮了加入風險之后對于低電壓的風險值的影響。文獻[16]作者采用了可信性理論，考慮了系統(tǒng)的不確定性，建立了風險評估指標，依據(jù)評估指標計算得到風險值的大小。文獻[17]首先闡述了文中所用的主要評估方法，接著描述了該方法進行風險評估的主要過程，作者主要將證據(jù)推理法則運用到電力系統(tǒng)風險評估中，根據(jù)證據(jù)推理法則運算出的結果能夠指示工作人員快速找到風險發(fā)生的地點從而對風險加以防范。文獻[18]取得事故概率的方法是將數(shù)學模型和歷史數(shù)據(jù)相結合，選取了不同的安全性指標進行風險評估，在實例方面作者選取了某地區(qū)的電網(wǎng)進行了仿真，這種方法可以找到對電網(wǎng)影響最大的發(fā)生故障的線路。文獻[19]研究的是在線網(wǎng)絡安全評估，能夠實現(xiàn)在線快速測量，這種方法的優(yōu)點是相對于確定性評估方法來說它選擇的風險指標考慮了應急的可能性和嚴重程度。文獻[20]的不同之處在于作者在在線安全評估的基礎上提出了低電壓在線安全預警系統(tǒng)這一觀點，可以對低電壓風險等級進行預報，和警告以便工作人員進行對風險進行可靠的分析。文獻[21]提出了一種評估系統(tǒng)風險的新方法。選取了綜合指數(shù)模型，這一模型把元器件的固有屬性考慮在內，能夠綜合反應系統(tǒng)的風險，仿真結果驗證了該方法的實用性和合理性。文獻[22]提供了一種脆弱性模型，使用電壓崩潰嚴重度預測指標，非常富有創(chuàng)新性。文獻[23]采用了國外最新研究的電力系統(tǒng)評估方法，這種方面注重的是實際方面的應用問題。根據(jù)不同領域的不同需求，做出不同的改進以適應各行業(yè)的發(fā)展。1.3本課題的主要工作本課題主要研究的是電力系統(tǒng)低電壓的風險評估，本文采用線路模型建立了電力系統(tǒng)低電壓風險評估的指標，并根據(jù)這些指標通過編程得到低電壓風險值，將風險值按大小分為不同的等級，本文將風險等級分為紅、黃、藍、綠四個等級，工程人員在工作過程中可根據(jù)四個等級判斷風險的大小并給出相應的解決措施。第一章主要講了低電壓風險評估研究的背景和研究意義，并闡述了目前電力系統(tǒng)各個領域風險評估的研究的現(xiàn)狀。第二章介紹了影響電力系統(tǒng)安全運行的因素，以及防范措施，對風險理論進行了講解，并對比分析了電力系統(tǒng)安全分析三種方法的優(yōu)點和缺點。第三章主要介紹了本文所采用的評估方法所用的模型和低電壓風險指標，將風險評估流程進行了描述，根據(jù)風險評估指標通過編程得到低電壓風險值。第四章主要是采用測試系統(tǒng)對前一章所介紹的低電壓風險評估進行了仿真，把測得的系統(tǒng)風險值進行了匯總，將風險值按大小分為不同的等級，本文將風險等級分為紅、黃、藍、綠四個等級，工程人員在工作過程中可根據(jù)四個等級判斷風險的大小并給出相應的解決措施。1.4本章小結本章主要介紹了電力系統(tǒng)低電壓的風險評估的研究背景和研究意義，闡述了電力系統(tǒng)各個領域的風險評估的研究現(xiàn)狀，為下文的理論基礎做了鋪墊。2電力系統(tǒng)的風險評估2.1電力系統(tǒng)安全性2.1.1電力系統(tǒng)安全性介紹電力系統(tǒng)安全性的定義是：電力系統(tǒng)安全性一般指電力系統(tǒng)突然發(fā)生擾動的情況下仍能不間斷地向用戶提供電力和電量的能力。電力系統(tǒng)安全性包括暫態(tài)安全性和靜態(tài)安全性，其關系圖如圖2.1所示.圖2.1電力系統(tǒng)安全性2.1.2影響電力系統(tǒng)安全運行的因素1.內部和外部因素(1)內部因素a.內部重要機器故障有：發(fā)電機產(chǎn)生故障、變壓器發(fā)生損壞；電腦件后臺運行不穩(wěn)定；電力系統(tǒng)不穩(wěn)定輸出等；b.監(jiān)控和保護系統(tǒng)故障：監(jiān)控設施或保護設施發(fā)生故障；c.信息系統(tǒng)堵塞：消息的發(fā)送和接收發(fā)生故障。(2)外部因素外部因素主要指的是自然因素，如雨、露、雪、冰雹、大風等，其中影響最大的是自然災害，如地震、泥石流等。這些自然災害都是人類力量不可抗拒的，但是我們可以在后續(xù)的搶修和恢復供電方面下功夫，盡最大能力盡快恢復社會供電，平時也應該多觀察有風險的地方，對其進行監(jiān)視和防護。2.自然環(huán)境因素自然環(huán)境因素對電網(wǎng)的影響十分嚴重。自然環(huán)境因素主要涉及到雨、雪、霧、露、雷電、大風等因素。一些自然災害如泥石流或者洪水也是影響電網(wǎng)安全運行的重要因素，這些都對電網(wǎng)運行提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。3.人為因素(1)工程人員操作失誤工作人員不按照相應的規(guī)則進行操作，或者工作人員過于勞累，導致粗心大意都會導致工作中的失誤，在交接班的時候如果工作人員之間的交接不清楚后者有遺漏，都給電力系統(tǒng)安全留下了隱患。這些都要求工作人員盡職盡責，有一顆責任心，嚴格按照規(guī)章制度辦事，當工作人員經(jīng)常做一件十分繁瑣的事情而導致疲憊時，可以向上級反應準許其休息。(2)誤送電和延誤送電如果工作人員沒有按照規(guī)章制度對電網(wǎng)進行操作，或者不明確自己的工作流程，這樣就很容易誤送電；當有很多個工程同時進行時，工作人員很容易粗心大意導致電能輸送錯誤，若工程已完成但匯報還沒有完成，工程未進行可靠性實驗，如果這時用戶在未允許情況下用電很容易造成用電事故。工程人員應該有安全意識和命令意識，如果這兩面做不到各種問題都會發(fā)生。工作人員不僅要有扎實的專業(yè)基礎和常年的工作經(jīng)驗還有有良好的心理素質，否則有任何突發(fā)事件，工作人員不能做出適當?shù)拇胧┗蛘卟荒苷_判斷都會使事故進一步擴大，很容易就會延誤電能的輸送。(3)管理體制存在漏洞管理體制對于一個團隊或者一個小組來說是十分重要的，任何一個團隊在成立時都應該建立相應的管理體制，如果管理力度不足以使工作人員信服則很多方面都會出現(xiàn)問題，只有建立了相應的體制才能對工作人員有一個約束，也是一種準則，工作人員在工作過程中根據(jù)這些準則進行操作，也為工作人員提供了參考。(4)無計劃性的檢修工作檢修工作必須要有計劃性，才能提高工作效率，避免走一些彎路，提前計劃好檢修流程也是對客戶的負責任的表現(xiàn)。2.1.3電力系統(tǒng)安全防范措施1.檢查并排除發(fā)生危險的地點企業(yè)或單位應該每周或每月舉行一次開會，對電力系統(tǒng)中可能發(fā)生故障的地方進行討論，組成小組進行檢查，如果有故障則進行規(guī)避故障，若無故障則排除這一危險點。應該定期檢查電網(wǎng)中可能存在的危險點或者安全約束，定期核對設備狀態(tài)是否正常，一次調頻和二次調頻是否在規(guī)定的范圍內。工作領導應定期分析工作報告對工作人員工作過程中的不規(guī)范操作行為進行指出和改正，工作人員應及時意識到自己存在的問題并積極改正，使自己有一個正確的工作態(tài)度，這不僅僅是工作需要，也是一個人應該具備的自身品德。2.對危險點進行監(jiān)視和防范工作小組應該將危險點分為幾個等級，根據(jù)不同的等級進行處理，首先處理危險等級最高的地點，然后一次處理危險等級不高的地點，對于一些可能發(fā)生危險的地點應該給予高度的重視，因為這些由于沒有收到重視往往可能造成電力系統(tǒng)的崩潰，對這些危險點應采取有效的防范措施以避免一旦事故發(fā)生造成難以想象的后果。工作小組可以采用一種預控軟件對風險進行預測，守好安全關口。3.為電網(wǎng)創(chuàng)造良好的外部環(huán)境如果工作人員在工作過程中心不在焉，領導應該與其保持良好的溝通，看看是不是生活中有什么難題，幫助其解決，這樣他才能全身心的投入到工作中去。工作人員也是人，也是會有疲憊的時候，在他們實在疲憊的情況下應該準許他們休息，這樣他們他能在工作中恪盡職守，盡自己的努力去完成自己的工作。部門應該制定有計劃性的檢修工作，這樣會給工作人員減輕很多工作負擔。企業(yè)應組織工作人員定期學習安全教育和理論知識，使他們在工作中有能力可以根據(jù)突發(fā)狀況做出相應的措施以降低風險。4.工作人員應防止工作中錯誤操作工作人員在工作過程中往往會有失誤的過程，造成這些的原因有很多，比如長時間反復重復意見復雜而又繁瑣的工作使人身心疲憊無法集中注意力，或這由于生活中的困難使得工作人員在工作中分心，所以設身處地的為工作人員著想是很重要的。當然很多失誤是工作人員本身的原因造成的，一旦發(fā)生這些事故造成的后果是十分嚴重的，不僅會對用戶造成影響，使自己的信譽度降低，同時也給本企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。所以應該杜絕這種事情的發(fā)生，防止調度的誤操作是安全供電很重要的一個環(huán)節(jié)。為了防止錯誤的操作，可以采用下面的措施：(1)工作人員的培訓企業(yè)應該堅持每周組織一次工作小組會議，對工作人員的專業(yè)知識和操作規(guī)范進行培訓，可以開展一些活動讓工作人員在競爭中學會更專業(yè)的知識。(2)工作人員嚴格按規(guī)則操作2.2風險理論概述“風險”是指發(fā)生的事故可能造成的危害性以及嚴重性?！帮L險評估”是指工程人員根據(jù)風險評估流程和步驟，在風險發(fā)生或有可能發(fā)生時準確做出判斷，判斷當前事故的風險等級大小，以便于做出相應的防范措施。風險評估中最重要的就是風險評估指標，它那能夠反映事故的不確定因素，反應事故的嚴重程度，風險指標確立后，根據(jù)風險評估流程可以得到確切的風險值，從而判斷風險的等級。風險值的計算方法為：(2.1)式中：—評估元件集合；—時間系統(tǒng)的運行狀態(tài)；—第個不確定的擾動；—系統(tǒng)的負荷狀況；—擾動出現(xiàn)的概率；—在擾動出現(xiàn)后在狀態(tài)下的概率；—在,,下系統(tǒng)損失的嚴重度；—風險指標值。計算系統(tǒng)風險指標的流程如下所示：圖2.2計算風險指標流程2.3電力系統(tǒng)中風險評估的方法電力系統(tǒng)風險評估包括充裕性評估和安全評估，其中充裕性評估又包括影響電力系統(tǒng)充裕性的因素，評估方法和用途幾個方面。如下圖所示。圖2.3風險評估概況圖2.3.1可靠性理論方法該方法首先要建立元件的失效模型，風險指標由元件失效概率和失效的后果確定，它一般包含四個方面的內容：確定元件的停運模型；選計算系統(tǒng)失效的概率；評估失效狀態(tài)的后果；計算風險指標。在電力系統(tǒng)中一次設備是十分重要的，它能輸送電能并實現(xiàn)電能的分配，一旦一次元件發(fā)生故障，很容易造成電力系統(tǒng)故障?？煽啃岳碚摪阎攸c放在了模擬元件發(fā)生故障上面，并能選擇系統(tǒng)的狀態(tài)，這種方法主要有解析法、蒙特卡羅模擬法及和把兩者放在一起考慮的方法。1.解析法解析法主要包括四種方法，分別介紹如下：(1)網(wǎng)絡法網(wǎng)絡法最初的目的就是可以計算可靠性的數(shù)值。網(wǎng)絡法是最基礎的方法，它簡單容易理解，而且計算不復雜，適合小系統(tǒng)，但是不適合復雜的系統(tǒng)。(2)事件樹法文獻[7]就運用了這一方法，對二次設備的狀態(tài)進行了模擬，可以很方便的計算出風險值，事件數(shù)的形成需要確定其根節(jié)點，根節(jié)點確定之后就能確定根節(jié)點要葉子節(jié)點的路徑，從而形式一個序列形成事件樹。流程如下圖所示：圖2.4事故樹形成流程(3)故障樹法根據(jù)發(fā)生故障的元件和工作人員錯誤操作的概率來找發(fā)生故障的地點。故障樹就是把元件與故障之間的聯(lián)系以圖形的方式表示出來。故障樹法的優(yōu)點是直觀明了的顯示了元件與故障之間的聯(lián)系，從圖中可以快速找到發(fā)生故障的地方。(4)狀態(tài)空間法將系統(tǒng)用系統(tǒng)的狀態(tài)和可能發(fā)生的狀態(tài)之間的關系進行表示的方法稱為狀態(tài)空間法。該方法不適合復雜的電力系統(tǒng)，因為復雜的電力系統(tǒng)不確定性很明顯，狀態(tài)很多，工作量很大。2.蒙特卡羅模擬法對統(tǒng)計概率進行模擬的方法稱為蒙特·卡羅方法。文獻[17]采用這種方法模擬了很多的因素，因為電力系統(tǒng)中涉及的不確定因素很多。文獻[18][19]有了創(chuàng)新的地方是對這種方法進行了改善，因為蒙特卡羅法計算量很大，為了對這方面進行改進，作者減少了評估的狀態(tài)數(shù)目，使計算量大大減小。文獻[32][33]作者也是減少了計算的時間，把概率評估和穩(wěn)定評估結合，改善了傳統(tǒng)方法的計算方面的問題。2.3.2風險管理方法定性分析與定量分析是人們認識事物時常用到的兩種分析方式，把定性分析與定量分析相結合是風險管理方法最需要考慮的方法。定量計算通常是根據(jù)給定的實際數(shù)據(jù)，計算出風險指標，再根據(jù)指標計算出風險值。定性分析時通常采用故障樹分析法，故障樹分析法就是根據(jù)發(fā)生故障的元件和工作人員錯誤操作的概率來找發(fā)生故障的地點事件。該方法構建的故障樹模型結構和層次清晰，非常便于分析影響項事件的各種因素。2.4電力系統(tǒng)安全分析方法2.4.1確定性分析方法確定性分析方法是在安全分析中最常用也是最傳統(tǒng)的方法。確定性方法計算量不高，計算簡便，對輸入數(shù)據(jù)的要求也不高，易于理解和操作。確定性方法是在事故發(fā)生時，根據(jù)風險值研究系統(tǒng)當前的穩(wěn)定性水平。在評估時，應該將事故按照風險等級進行分類，首先解決風險等級最高的事故，其他事故按風險等級依次解決。確定性分析方法計算得到的結果只能對系統(tǒng)的安全性做一些粗略的估計，不能準確的反應系統(tǒng)的狀況，但是工作人員可以根據(jù)這些粗略值，采取相應的措施進行風險評估。確定行分析方法最重要的一個缺點是沒有考慮系統(tǒng)的不確定性。無法為工作人員提供可靠的參考。2.4.2概率性評價方法由于電力系統(tǒng)的不確定性，運行方式在不斷變化，不能用一個確定的模型來反映，因此概率性分析油然而生。各國學者已經(jīng)對概率性分析做了很多研究工作。在70年代后期，BurehettR．C.就已經(jīng)采用了這種方法進行了動態(tài)評估。之后不久，有學者發(fā)表了一系列的文章，通過評估概率分布，提出了一種暫態(tài)評估的方法。概率性方法的特點以單個系統(tǒng)來反應全系統(tǒng)，相比于確定性方法來說考慮的更加全面，充分體現(xiàn)了電力系統(tǒng)的不確定性，但是該方法沒有將經(jīng)濟利益和風險評估結合起來考慮，這是一點不足的地方。2.4.3風險評估方法“風險”是指發(fā)生的事故可能造成的危害性以及嚴重性。它反映了損失的數(shù)學期望值。風險分析方法充分考慮到了事故后果的嚴重度，事故的后果用經(jīng)濟損失反應，實現(xiàn)了確定性方法和概率性方法的融合，將兩者的優(yōu)點結合到一起。是一種相對其他兩種方法來說比較好的方法，發(fā)展前景廣闊。電力系統(tǒng)安全分析的三種方法有各自的特點，它們的比較如下表所示。表2.1三種分析方法的比較比較項目確定性方法概率性方法風險評估方法技術領域電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析概率穩(wěn)定性評估暫態(tài)穩(wěn)定風險評估基本思想考慮事故最嚴重的后果，對系統(tǒng)可能發(fā)生的最壞的情況進行評估考慮到了安全分析中事故的隨機性和不確定性考慮到了安全分析中的事故的隨機性和不確定性方法時域仿真法解析法或蒙特卡羅仿真法解析法或蒙特卡羅仿真法計算量相對較小考慮了事故中很多不確定因素，因此計算量比確定性方法大很多。計算量比概率性方法要大，因為不僅要考慮事故的隨機性，還要考慮事故概率輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)參數(shù)、故障參數(shù)等與模型相對應的參數(shù)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)和環(huán)境狀況，與暫態(tài)失穩(wěn)后果相關的當前運行水平下的發(fā)電機間的功角差、電壓頻率偏移等物理特征參數(shù)結果穩(wěn)定/不穩(wěn)定穩(wěn)定/失穩(wěn)概率暫態(tài)失穩(wěn)風險發(fā)展水平比較成熟不很成熟不很成熟工業(yè)應用有很少很少發(fā)展前景還需要進一步完善和研究有很多方面需要進一步的研究和拓展，但是發(fā)展前景很好，很可能成為確定性分析的補充是三種方法中發(fā)展前景最好的，但仍需進行一步深入的研究和擴展，有望達到安全性和經(jīng)濟行相結合2.5本章小結本章介紹了電力系統(tǒng)安全運行的影響因素及防范措施，對電力系統(tǒng)風險評估的研究方法進行了講述，并分別介紹了電力系統(tǒng)安全分析的三種方法，將他們的對比以表格的形式呈現(xiàn)出來。3低電壓風險評估的方法3.1電力系統(tǒng)低電壓運行的危害在電力系統(tǒng)運行的過程當中，很多原因都會造成電網(wǎng)處于低電壓的水平，當電網(wǎng)運行在低電壓的狀態(tài)下，對各種電器及設備都會產(chǎn)生很大的影響。1.對感應電動機的危害對于異步電動機來說，啟動電流的公式為：（3.1）當電壓降低時，啟動電流就會降低，電機轉速下降，同時低壓還可能使電機無法啟動。2.對家用電器的危害低電壓對冰箱、空調等有電動機的電器危害較大，因為電壓低，必然導致電流減小，特別是啟動電流減小，導致電器可能無法正常啟動。冰箱、空調都是靠不斷啟停壓縮機來實現(xiàn)溫度控制的，所以危害最大。3.對電網(wǎng)造成的危害增大線路損耗；電源頻率下降；可能發(fā)生電壓崩潰。3.2低電壓運行的防范措施：（1）增加供電量；（2）選用節(jié)能型變壓器；（3）降低線路損耗；（4）進行電網(wǎng)改造；調整不合理的網(wǎng)絡結構；進行電網(wǎng)升壓改造；優(yōu)化電源分布。（5）變壓器的經(jīng)濟運行；（6）健全管理體系。3.3低電壓風險評估指標低電壓風險指標能夠提供給工作人員可靠的依據(jù)對風險進行評估。本章主要介紹三種低電壓風險指標，根據(jù)實際需要在計算過程中可以選擇不同的指標。3.3.1離散嚴重度函數(shù)如果電壓幅值沒有越過規(guī)定的電壓邊界，嚴重度設為0，若超出了電壓邊界則設為1，如下圖3.1（1）所示。離散嚴重度函數(shù)定義簡單，圖形直觀便于理解，但是無法對比反映出低電壓的程度。（1）離散函數(shù)（2）線性函數(shù)圖3.1風險指標函數(shù)3.3.2連續(xù)嚴重度函數(shù)1.線性連續(xù)函數(shù)由圖3.1（2）可見，母線電壓的幅值與低電壓的嚴重程度呈線性相關關系，如果電壓幅值越小，則低電壓的嚴重程度數(shù)值越大，系統(tǒng)的風險越高。用y表示縱坐標低電壓的嚴重程度，x表示橫坐標電壓幅值，則y=-20x+20。2.非線性的連續(xù)函數(shù)令Vi表示母線i發(fā)生事故時的電壓；V0表示母線當前的電壓。當母線電壓為V0時，認為低電壓的風險值為0。母線低電壓的損失定義為：（3.2）母線的低電壓的風險數(shù)值如下所示：（3.3）以上所描述的三個低電壓風險評估指標并不是能準確的反應低電壓的等級，在應用時工作人員需要良好的心理素質以及足夠的工作經(jīng)驗才能根據(jù)數(shù)值對指示的風險水平做出正確的判斷，并采取相應的措施進行防范防止事故的進一步擴大。3.4低電壓風險評估模型3.4.1線路模型一般情況下，災難性天氣條件發(fā)生概率小的地方一般采用考慮兩種天氣情況的模型。天氣隨機變化圖如圖3.2所示。圖3.2故障率的變化圖λ為元件在正常天氣條件下發(fā)生故障的概率的期望值，λ′為元件在惡劣天氣條件發(fā)下生故障的概率的期望值；為正常天氣的延續(xù)時間，為惡劣天氣的延續(xù)時間?？紤]兩種天氣狀況的模型下，一般元件的狀態(tài)根據(jù)排列組合原理分為四種。狀態(tài)轉移圖如下圖所示：圖3.3狀態(tài)轉移圖為正常天氣條件下的元件修復的概率，為惡劣天氣條件下的元件修復的概率。n代表的是正常天氣向惡劣天氣的離去率，m代表的是惡劣天氣向正常天氣的離去率。N代表正常天氣的持續(xù)時間，S代表惡劣天氣條件的持續(xù)時間。N、S的求值公式如下所示：（3.4）（3.5）圖3.4正常天氣及惡劣天氣持續(xù)時間圖結合以上的公式和馬爾科夫模型可以得到元件故障率的平均值（以年為單位)為：（3.5）式中,故。由于和的值很難得到，但是能得到，所以若已知F，則可得到：（3.6）其中F表示故障發(fā)生在惡劣天氣的百分比。三狀態(tài)天氣模型適用于災難天氣出現(xiàn)概率較大大電力系統(tǒng)，見圖3.4。圖3.5三狀態(tài)天氣模型其中，，，，，表示的是天氣狀態(tài)轉移的概率。則元件年平均失效的概率為：（3.7）式中，—正常天氣條件下元件失效的概率；—惡劣天氣條件下元件的失效的概率；—災難天氣條件下元件的失效的概率。正常天氣出現(xiàn)的概率為，惡劣天氣出現(xiàn)的概率為，災變天氣出現(xiàn)的概率為，并有（3.8）,,的近似值可以通過經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到。3.4.2修復時間模型天氣條件是影響修復時間長短的主要因素。這里定義來表示天氣條件的影響，可由師傅檢修故障的經(jīng)驗統(tǒng)計得到。用表示修復時間受故障發(fā)生的小時的影響，表示時間受日的影響和表示時間受季節(jié)的影響。取值如表3.1、表3.2、表3.3所示。表3.1fh(t)的取值小時1點-7點8點-18點19點-24點1.211.1表3.2fd(t)的取值小時周一到周五周六周日11.2表3.3fs(t)的取值小時春夏秋冬11.111.2設代表修復所需的平均時間，則修復時間為：（3.9）由以上算得的和可得到不可用度，如下式所示：（3.10）系統(tǒng)事故不是由單一的元件故障導致的，而是由一個或多個元件同時發(fā)生故障導致的。假設各個元件之間相互獨立，則線路i發(fā)生故障時系統(tǒng)事故的概率為：（3.11）式中：—事故發(fā)生的概率；—線路i的不可用度；—線路j的不可用度。3.4.3系統(tǒng)事故的概率模型系統(tǒng)事故不是由單一的元件故障導致的，而是由一個或多個元件發(fā)生故障同時導致的，由1個元件故障導致的事故可表示為:（3.12）式中：—系統(tǒng)事故；—元件故障狀態(tài)；—元件正常狀態(tài)；—元件數(shù)。假設元件i的發(fā)生故障的概率為λi,則單位時間內該元件故障的概率為:（3.13）假設各個元件之間相互獨立，則由式以上兩個公式可得到系統(tǒng)事故的概率為:（3.14）3.4.4事故發(fā)生后的后果模型母線低電壓的風險在事故i發(fā)生時的大小如下式所示：（3.15）式中：—母線的低電壓的嚴重程度；—母線的權重因子；—母線電壓的最大值；—母線整定后的電壓最大值；—母線電壓變化的范圍；Nb—系統(tǒng)的母線數(shù)；N—定義因子，一般情況下取1。發(fā)生事故后整個系統(tǒng)的低電壓后果表示為為:（3.16）由以上得到低電壓風險指標：（3.17）其中X表示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。3.4.5馬爾科夫模型簡介表示兩個狀態(tài)的馬爾科夫模型如下圖所示。NNR圖3.6兩狀態(tài)模型圖中：N—正常狀態(tài)；R—故障修復狀態(tài)；—故障率；—修復率；和與MTTF和MTTR的關系如下所示：=1/MTTF（3.18）=1/MTTR（3.19）式中：MTTF—平均無故障時間MTTR—平均故障修復時間3.5低電壓風險評估流程依據(jù)前面所講的風險指標建立的電力系統(tǒng)低電壓風險評估流程圖如下所示：圖3.7低電壓風險評估流程圖3.6潮流計算部分簡介上圖中所用的潮流計算部分，本文主要采用的是電力系統(tǒng)分析書上的前推回代潮流計算方法。迭代過程為：第一步：計算節(jié)點注入電流

第二步：回推求解各支路電流

第三步：前推求解各節(jié)點電壓：

（3.20）第四步：根據(jù)節(jié)點電壓求出各個節(jié)點電壓的修正量：（3.21）（其中c為循環(huán)次數(shù)）

第五步：判定收斂性

（3.22）若滿足，則計算終止。否則繼續(xù)計算。3.7本章小結本章主要介紹了風險評估所用的模型及基礎理論知識，介紹了三個低電壓風險評估指標，將這些理論應用到低電壓風險評估流程中可以計算得到低電壓風險值，根據(jù)風險值進行風險評估。4實際算例分析4.1算例為了驗證本文所采用方法的有效性和實用性，本章選用具有39個節(jié)點和34條線路的新英格蘭39母線測試系統(tǒng)進行仿真分析，故障設置為N—1斷線故障。圖4.1新英格蘭39母線測試系統(tǒng)圖設置系統(tǒng)共發(fā)生35次N-1斷線故障，各個故障所對應的低電壓風險值如下表所示：表4.1事故所對應的低電壓風險值統(tǒng)計表發(fā)生事故的序號事故的低電壓風險值10.0035220.0035730.0063540.0046850.0046660.0055270.0045180.0052390.00498100.00486110.00403120.00327130.00454140.00525150.00437160.00501170.00653180.00382190.00549200.00551210.00473220.00597230.00679240.00462250.00377260.00403270.00483280.00592290.00501300.00464310.00436320.00534330.00471340.00381350.00387風險值以圖形的方式表示出來結果如下所示：圖4.2風險值變化圖形為了給工作人員提供可靠性參考，本文根據(jù)所求得的低電壓風險值，將低電壓風險分為四個等級，用紅、黃、藍、綠4種顏色，分別代表從高到低的4個低電壓風險等級。計算得到的低電壓風險值以及和風險值相對應的風險等級如下表所示：表4.2風險等級表發(fā)生事故的序號低電壓風險值低電壓風險等級1、2、12、18、25、34、350.003-0.004綠色4、5、7、9、10、11、13、15、16、21、24、26、27、30、31、330.004-0.005藍色6、8、14、19、20、22、28、29、320.005-0.006黃色3、17、230.006-0.007紅色紅色：低電壓風險最高，電壓的質量出現(xiàn)很嚴重的問題，電壓的波動大，系統(tǒng)功率不平衡的情況十分嚴重，需要切除較多負荷才能使系統(tǒng)電壓恢復到正常范圍；黃色：低電壓風險較高，電壓質量出現(xiàn)較嚴重的問題，電壓波動較大，系統(tǒng)功率出現(xiàn)不平衡，需要切除少量負荷才能使系統(tǒng)電壓恢復到正常范圍；藍色：低電壓風險等級較低，系統(tǒng)電壓的質量正常，但負荷的水平偏高；綠色：低電壓風險等級低，電網(wǎng)的各項性能指標均在正常范圍以內。對于事故3線路附近的節(jié)點切除負荷（20%）后，風險值和風險等級的變化如下表所示：