发输电系统概率安全性评估基本框架的研究

　
摘 要：发输电系统的概率安全性评估，是当前电力系统可靠性研究的学术问题前沿之一。文中提出了基于蒙特卡罗模拟法的发输电系统安全性评估的基本框架，并对安全性指标体系、基本评估算法等进行了详细论述。该框架借鉴了充裕度评估中比较成熟的技术，并将充裕度和安全性统一在同一个评估框架中。最后，对IEEE-RTS79进行了测试计算，验证了评估算法的有效性。
关键词：发输电系统；概率安全性评估；蒙特卡罗模拟法
STUDY ON BASIC FRAMEWORK OF PROBABILISTIC SECURITY EVALUATION OF COMPOSITE GENERATION AND TRANSMISSION SYSTEMS


ABSTRACT: Probabilistic security evaluation (PSE) of composite generation and transmission systems is one of academic frontier of the research on power system reliability. Basic frame of PSE of composite generation and transmission systems including reliability indices, component models and evaluation algorithms is put forward in detail. A Monte-Carlo simulation method based framework is developed, and absorbing comparatively mature technique applied in adequacy assessment. The adequacy and security are integrated in a same assessment frame. At last, the proposed method is applied to the IEEE-RTS79 system.
KEY WORDS: Composite generation and transmission systems；Probabilistic security evaluation；Monte-Carlo simulation method


1 引言
充裕度和安全性是电力系统可靠性的两个方面。长期以来，发输电系统可靠性的研究都局限于充裕度方面。近年来，电力体制改革如火如荼，其显著特点是解除管制和实行市场化。新的电网环境促进了概率安全性研究的发展。
电力产业的解除管制和市场化运营，必然导致经济效益和运行安全性的矛盾。经济及生态环境的压力迫使人们更多地关注如何提高线路的输送容量。实际运行中的线路输送容量已经接近于传统的由确定性方法得到的极限值，甚至超过了此值。这说明确定性方法得到的阈值偏于保守，人们需要一个新的能适应市场环境的更加精确的安全性评估算法，也就是基于概率风险的评估方法。其基本内涵就是通过事件的发生概率和后果的综合效应来评定事件的严重程度，而且事故后果评价不再单纯地用负荷切除量、停电持续时间等电气量表示，更多地采用了货币形式的经济指标。
另外，近年来世界范围内不断发生严重的安全稳定性破坏事故，使大家认识到保障电力系统安全性和对电力市场环境下系统安全稳定性控制研究的重要性。这也是安全性研究得以发展的另一动因。
安全性研究是近20年的事。1988年，美国电力研究院提出的电力系统可靠性评估框架中包含了对安全限制条件的考虑[1]。R．Billinton对之进行了分析和扩展，提出了具体的静态和动态安全限制条件集合[2]。但这只是在充裕度评估中考虑了安全性限制，并不是真正意义上的安全性评估。进一步的研究工作主要有两方面，一个是继续研究各种安全性限制条件对发输电系统可靠性评估的影响[3]，另一个是努力将充裕度和安全性评估结合起来，组成发输电系统可靠性评估的整体框架[4,5]。
总之，安全性评估目前还处于初期阶段，没有一个得到公认的实用化的评估方法体系。本文对安全性评估的基本框架进行了研究，提出了有关指标体系、评估方法等一些观点。

2 概率安全性评估的基本框架
2.1 指标体系
本文从4个方面对安全性评估的系统指标进行了定义。这些定义都是基于采用元件状态持续时间抽样原理的蒙特卡罗模拟法给出的。
(1)反映系统运行状况的指标。具体是系统处于正常、警戒、紧急和极端紧急等状态下的概率值PN、PA、PE和PEE。


式中 TN为系统处于正常状态下的模拟抽样持续时间；T为总模拟时间。
也可以类似地得到PA、PE及PEE的定义式。
由于正常状态和警戒状态难以区分，故本文将其合并在一起，定义为系统可接受运行状态；将紧急状态和极端紧急状态合并在一起，定义为系统不可接受运行状态，或称系统状态风险指标(Composite System Operating State Risk Index，CSOSRI)，即

{:soso_e183:}

(2)反映系统暂态稳定性的概率指标。具体有3个指标：
1)失稳概率(Probability of Loss Of Stability，PLOS)

式中 Us为系统失稳时的系统状态集合；Pi为系统状态i的概率；ti为系统状态i的持续时间；T为总模拟时间；Pus,i为给定系统状态i的失稳概率。
2)失稳频率(Frequency of Loss Of Stability，FLOS)(次/年)

式中 Nus为系统失稳的次数；Ni为给定系统状态i的状态数。
3)平均稳定运行时间(Mean Time To Instability，MTTIS)(h)

(3)综合反映系统暂态稳定性事故的发生概率和事故后果的风险指标(Risk Index based on Total Interruption Cost，RITIC)(元/h)

式中 Im,i为表示事故严重程度的一个值，它是事故i发生后所有损失费用与其持续时间之比。
机组故障停运的费用值为

启动紧急备用电源填补系统功率缺额的费用、机组维修和重新投运的费用、损失负荷的折合费用。其中， Irepl的计算公式为

式中 C
本新闻共3页,当前在第1页 [1] [2] [3]