发输电系统安全性评估PPT课件

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1、第四章发输电系统的安全性评估发输电系统的安全性评估Security Evaluation for Composite Generation and Transmission System4.1 概概 述述4.2 实用概率稳定分析法原理实用概率稳定分析法原理4.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析4.4 实用概率稳定分析法计算流程实用概率稳定分析法计算流程4.5 基于基于Monte CarloMonte Carlo模拟法的发输电系统安全性模拟法的发输电系统安全性评估原理评估原理4.6 发输电系统安全性的指标体系发输电系统安全性的指标体系4.7 状态评估的流程图及算

2、法实现状态评估的流程图及算法实现4.1 概概 述述 本章讨论发输电系统经受突然扰动本章讨论发输电系统经受突然扰动(短路或失去非计划停运的系短路或失去非计划停运的系统元件统元件)的能力。安全性指标反映在短暂时段内发输电系统在动态条的能力。安全性指标反映在短暂时段内发输电系统在动态条件下系统容量满足负荷需求的程度。件下系统容量满足负荷需求的程度。充裕性和安全性评估的共同点和不同点充裕性和安全性评估的共同点和不同点v充裕性是对系统的静态特性进行概率评价；安全性充裕性是对系统的静态特性进行概率评价；安全性则是对系统的动态特性进行评价；则是对系统的动态特性进行评价；v研究层面的侧重点不同，两者互相完善互

3、相补充；研究层面的侧重点不同，两者互相完善互相补充；v评估目的不同：安全性评估的目的是估计系统对突评估目的不同：安全性评估的目的是估计系统对突发故障的经受能力，单纯考虑损失负荷量不能全面发故障的经受能力，单纯考虑损失负荷量不能全面衡量事故后果的严重程度；衡量事故后果的严重程度；v安全性评估所关注的是发生概率更小的事件，计算安全性评估所关注的是发生概率更小的事件，计算的复杂性和工作量更加突出。的复杂性和工作量更加突出。4.1 概概 述述电力系统稳定概念电力系统稳定概念 安全性评估总是与电力系统稳定计算相联系的。安全性评估总是与电力系统稳定计算相联系的。电电力系统安全稳定导则力系统安全稳定导则对电

4、力系统稳定的阐述：对电力系统稳定的阐述：v静态稳定静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力；期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力；v暂停稳定暂停稳定指电力系统受到大干扰后，各同步发电机指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步；方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步；v动态稳定动态稳定是指电力系统受到大干扰后，不发生振幅是指电力系统受到大干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。不断增大

5、的振荡而失步。4.1 概概 述述NERC关于正常和偶发事件的分类关于正常和偶发事件的分类类别类别偶发事件偶发事件停运停运元件元件系统极限或冲击系统极限或冲击始发事件或偶发事件元件始发事件或偶发事件元件热极限热极限电压电压极限极限系统系统稳定稳定失负荷或限失负荷或限制稳定传输制稳定传输连锁连锁停运停运A类：无偶类：无偶发事件发事件所有设施在运行中所有设施在运行中无无正常正常正常正常是是否否否否B类：事件类：事件导致失去导致失去单一元件单一元件单线接地单线接地(SLG)或三相故障，正常或三相故障，正常切除：切除：发电机发电机 传输线路传输线路 变压器变压器失去一个元件，无故障失去一个元件，无故障单

6、一单一单一单一可用可用出力出力A/RA/R可用可用出力出力A/RA/R是是是是否否否否否否否否 单极单极(DC)线路拒动，正常切除线路拒动，正常切除单一单一A/RA/R是是否否否否C类：一个类：一个事件或多事件或多个事件导个事件导致失去两致失去两个或多个个或多个元件元件SLG故障，正常切除：故障，正常切除：母线段母线段 断路器断路器(失效或内部故障失效或内部故障)多重多重多重多重A/RA/RA/RA/R是是否否计划的计划的计划的计划的否否否否B类型类型(B1,B2,B3,B4)偶发事件，偶发事件，人工调整系统，随后又发生人工调整系统，随后又发生B类型类型(B1,B2,B3,B4)偶发事件偶发事

7、件多重多重A/RA/R是是计划的计划的否否双极拒动，正常切除：双极拒动，正常切除：双极双极(DC)线路非线路非3相短路，正常切除相短路，正常切除同塔双回路同塔双回路多重多重多重多重A/RA/R计划的计划的计划的计划的否否否否SLG故障，延迟切除：故障，延迟切除：发电机发电机 传输线路传输线路 变压器变压器 母线部分母线部分多重多重多重多重A/RA/RA/RA/R是是是是计划的计划的计划的计划的否否否否注：注：A/R指由系统或设施所有者决定，并一贯应用于正常或紧急设施热定额或系统电压极限。指由系统或设施所有者决定，并一贯应用于正常或紧急设施热定额或系统电压极限。4.1 概概 述述确定性电力系统稳

8、定评价：确定性电力系统稳定评价：在给定电力系统结构，参数及扰动类型及发生地点的条件在给定电力系统结构，参数及扰动类型及发生地点的条件下进行的评价。基本假设和规定：下进行的评价。基本假设和规定：v 金属性短路；金属性短路；v 不考虑短路电流中直流分量的作用并假定发电机定子电不考虑短路电流中直流分量的作用并假定发电机定子电阻为零；阻为零；v 按给定要求选择发电机组的等价模型，并认为发电机组按给定要求选择发电机组的等价模型，并认为发电机组转速在额定值附近；转速在额定值附近；v 给定继电保护的动作时间，重合闸和安全自动装置的时给定继电保护的动作时间，重合闸和安全自动装置的时间可以给定或经稳定计算。间可

9、以给定或经稳定计算。概率性电力系统稳定评价：概率性电力系统稳定评价：v 选择导致暂停稳定失去的主要因素作为随机变量；选择导致暂停稳定失去的主要因素作为随机变量；v 建立随机变量的概率模型；建立随机变量的概率模型；v 计算失去系统稳定的概率性指标。计算失去系统稳定的概率性指标。4.1 概概 述述基于基于Monte Carlo法的安全性评估法的安全性评估指按指按Monte Carlo模拟法原理来评价电力系统的模拟法原理来评价电力系统的安全性。主要包括：状态筛选；状态评估和可靠安全性。主要包括：状态筛选；状态评估和可靠性指标计算性指标计算3个部分。个部分。本章将介绍实用型的概率性电力系统稳定评价本章

10、将介绍实用型的概率性电力系统稳定评价法和基于法和基于Monte Carlo 法的电力系统安全性评估法。法的电力系统安全性评估法。4.2 实用概率稳定分析法原理实用概率稳定分析法原理 目标就是基于概率统计方法来定量评估电力系统的目标就是基于概率统计方法来定量评估电力系统的稳定性，给出概率性的电力系统稳定指标。稳定性，给出概率性的电力系统稳定指标。1.随机变量的选取随机变量的选取按计算要素分按计算要素分按随机变量的性质分按随机变量的性质分系系统统及及供供电电点点的的负负荷荷水水平平系统系统故障故障线路线路或其或其他元他元件的件的分布分布短短路路类类型型短路短路后故后故障线障线路及路及其元其元件的件

11、的切除切除时间时间连续型连续型离散型离散型均均匀匀分分布布：故故障障点点正正态态分分布布：负负荷荷波波动动对数对数正态正态分布分布：切除切除时间时间短短路路故故障障类类型型不不同同负负荷荷水水平平4.2 实用概率稳定分析法原理实用概率稳定分析法原理概率模型概率模型v对于连续型随机变量对于连续型随机变量)|()()(31,inninjpinijipEnPfLLfEPKP式中，式中，P(Kjip)一个概率事件一个概率事件Kjip的概率（运行水平的概率（运行水平p，故障线，故障线路路i，不稳定事件，不稳定事件j）；）；P(Ei)线线路路i发生故障的概率事件发生故障的概率事件Ei的概的概率；率；n短路

12、故障类型；短路故障类型；f n线路线路i上发生上发生n型短路故障的条型短路故障的条件概率；件概率；Ljpi,n简单系统中当简单系统中当故障发生在距首端足够远的地点故障发生在距首端足够远的地点时，系统恰好能保持稳定的临界时，系统恰好能保持稳定的临界长度。长度。v 对于离散型随机变量对于离散型随机变量niCCCiCCCittPXPttPEPP1)()()()()(系统稳定某事件发生式中，式中，Ei故障事件故障事件i；tCC该事件对应的保持暂该事件对应的保持暂态稳定的极限切除时间；态稳定的极限切除时间；tC保护系统实际切除故障保护系统实际切除故障时间；时间；Xi随机变量随机变量i。4.2 实用概率稳

13、定分析法原理实用概率稳定分析法原理主要概率指标主要概率指标v系统稳定或不稳定概率系统稳定或不稳定概率 式中，式中，PS全系统稳定概率；全系统稳定概率；N故障类型数；故障类型数；L线路总数；线路总数；Pif第第i种故障出现的概率；种故障出现的概率；PijL第第i种故障出现在第种故障出现在第j条线路上的概率；条线路上的概率；PSij第第i种故障种故障出现在第出现在第j条线路时系统稳定的概率。条线路时系统稳定的概率。v系统不稳定的期望频率系统不稳定的期望频率v系统不稳定的期望恢复时间系统不稳定的期望恢复时间 NiLjSijLijfiSPPPP11)(4.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系

14、统稳定破坏事故统计分析19701997年间稳定破坏事故统计年间稳定破坏事故统计v 发生电力系统稳定破坏事故共发生电力系统稳定破坏事故共320次，平均次，平均11.8次次/a；v 19701980年年209起，平均起，平均19次次/a；v 19811990年年84次，平均次，平均8.4次次/a；v 19911997年年27次，平均次，平均3.85次次/a。v引起电力系统稳定破坏事故的元件类型统计引起电力系统稳定破坏事故的元件类型统计年年 份份线路线路/%母线母线/%发电机发电机/%主变主变/%其他其他/%合计合计/%1981198748.519.721.2010.61001988199754.7

15、16.714.34.89.51001981199750.918.518.51.8510.151004.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析线路故障引起稳定破坏统计分析线路故障引起稳定破坏统计分析故障类型故障类型198119871987199719811997线路故障线路故障其中：单一线路故障其中：单一线路故障 多条线路故障多条线路故障50.0%6.25%26.1%21.7%40.0%12.7%线路故障，保护线路故障，保护及自动装置不正及自动装置不正确动作造成事故确动作造成事故扩大扩大43.75%52.2%47.3%保护拒动保护拒动2次次保护误动保护误动2次次保护

16、整定保护整定6次次自动装置整定自动装置整定3次次线路无高频保护线路无高频保护1次次保护拒动保护拒动6次次保护误动保护误动3次次低周减载拒动低周减载拒动1次次开关拒动开关拒动2次次4.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析稳定破坏事故起因分析稳定破坏事故起因分析序号序号起起 因因各因素所占比例各因素所占比例/%1981198719881997198119971自然因素自然因素27.331.028.72设备缺陷设备缺陷28.814.323.23人为错误人为错误22.728.625.04保护误跳保护误跳6.14.75.65原因不明或记录不详原因不明或记录不详15.121

17、.417.5 2001年我国各电压等级平均长度统计年我国各电压等级平均长度统计电压等级电压等级/kV条数条数总长度总长度/km平均长度平均长度/km故障次数故障次数平均故障率平均故障率/(次次/100km.a)220354314195040.0617861.253309810359105.70500.4850023133389144.541770.534.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析220kV线路短路类型统计线路短路类型统计故障类型故障类型2000年年2001年年合合 计计次数次数次数次数次数次数单相接地单相接地1229 90.43 1644 92.05

18、 2873 91.35两相短路接地两相短路接地513.75573.191083.42断线及接地断线及接地30.2430.1660.19两相短路两相短路443.23351.96792.50三相短路三相短路20.15130.73150.48断线及高阻接地断线及高阻接地80.5830.16110.35发展性故障发展性故障221.60311.74531.684.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析330kV和和500kV线路短路类型统计线路短路类型统计类型类型330kV500kV2000年年2001年年合计合计2000年年 2001年年合计合计单相接地单相接地96.96

19、%3298.00%4997.59%8195.20%13998.87%17597.22%314两相短路接地两相短路接地3.04%12.00%12.41%21.36%20.062%2两相短路两相短路0.68%11.13%20.093%3发展性故障发展性故障2.72%41.24%44.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析220kV母线短路类型统计母线短路类型统计故障类型故障类型2000年年2001年年合合 计计次数次数次数次数次数次数单相接地单相接地3880.853272.737076.92两相短路接地两相短路接地12.2711.09两相短路两相短路36.3836.8

20、266.60三相短路三相短路48.5124.5566.60发展性故障发展性故障613.6466.60两母线同时故障两母线同时故障24.2522.204.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析继电保护元件故障率继电保护元件故障率名称名称220kV330kV500kV20002001平均平均20002001平均平均20002001平均平均线路故障率线路故障率/(100km/a)1.07(1377)1.25(1786)1.17(3163)0.32(33)0.48(50)0.404(83)0.54(146)0.53(177)0.54(323)母线故障率母线故障率/(100

21、套套/a)1.76(47)1.51(44)1.63(91)2.8(3)1.86(2)2.33(5)0.48(1)3.10(8)1.94(9)变压器故障率变压器故障率/(100台台/a)0.77(58)0.98(30)1.49(88)0.98(1)0.85(1)0.91(2)1.64(6)3.28(16)2.46(22)发电机故障率发电机故障率/(100台台/a)2.64(23)1.86(17)2.24(40)220kV母线保护拒动概率母线保护拒动概率年年 份份19931994199519961997加权平加权平均均概率概率/%5.941.140.781.412.72.154.3 我国电力系统稳

22、定破坏事故统计分析我国电力系统稳定破坏事故统计分析电力系统稳定破坏后恢复时间统计（北美）电力系统稳定破坏后恢复时间统计（北美）序序 号号恢复时间恢复时间/h事件数事件数百分比百分比/%12425总总 计计42100中国电科院在计算三峡系统的概率稳定时，采用以下估计值：中国电科院在计算三峡系统的概率稳定时，采用以下估计值：v 对省内的局部系统，恢复时间取对省内的局部系统，恢复时间取1h；v 对省电力系统，取对省电力系统，取2h；v 对跨省电力系统，恢复时间取对跨省电力系统，恢复时间取4h。4.4 实用概率稳定分析法计算流程实用概率稳定分析法计算流程选定系统典型接线方式、运行方式选定系统典型接线方

23、式、运行方式收集发电机、变压器、输电线、母线及收集发电机、变压器、输电线、母线及继电保护的电气参数和可靠性参数继电保护的电气参数和可靠性参数计算典型运行方式潮流、电压计算典型运行方式潮流、电压进行进行n-1故障条件下的稳定计算，并找出故障条件下的稳定计算，并找出导致稳定破坏的元件（给定切除时间）导致稳定破坏的元件（给定切除时间）进行进行n-2故障条件下的稳定计算，并找出导故障条件下的稳定计算，并找出导致稳定破坏的元件组合（给定切除时间）致稳定破坏的元件组合（给定切除时间）评估稳定破坏事件的频率、概率评估稳定破坏事件的频率、概率及期望恢复时间及期望恢复时间图图4.2 概率稳定计算流程概率稳定计算

24、流程 计算暂态稳定时，发电机一般采用二阶计算暂态稳定时，发电机一般采用二阶模型，暂态电势模型，暂态电势E和暂态电抗和暂态电抗Xd保持恒保持恒定，忽略原动机及调速系统动态，机械概定，忽略原动机及调速系统动态，机械概率率Pm恒定。负荷采用恒定阻抗模型，网络恒定。负荷采用恒定阻抗模型，网络用导纳矩阵表示。经这样简化后，可以将用导纳矩阵表示。经这样简化后，可以将负荷阻抗和发电机的暂态电抗负荷阻抗和发电机的暂态电抗Xd追加到追加到导纳矩阵中，然后进行导纳矩阵降阶，消导纳矩阵中，然后进行导纳矩阵降阶，消去网络节点、负荷节点和发电机端节点后，去网络节点、负荷节点和发电机端节点后，得到发电机内节点的得到发电机

25、内节点的N阶导纳矩阵。阶导纳矩阵。对应第对应第i台发电机，转子运动方程（标台发电机，转子运动方程（标么值）为么值）为niPPMiieimiii,2,1 ,其中：其中：Mi为发电机为发电机i的惯性时间常数。的惯性时间常数。)sin()cos()cos(,121jiijjinijjjiijjiiiiijjinjijjieiBEEGEEGEYEEP4.5 基于基于Monte CarloMonte Carlo模拟法的发输电系统安全性评估原理模拟法的发输电系统安全性评估原理抽样方法抽样方法抽样方法抽样方法优优 点点缺缺 点点状态抽样法状态抽样法非时序蒙特卡罗法非时序蒙特卡罗法抽样方法简单抽样方法简单仅需

26、元件的不可用率，无需元件仅需元件的不可用率，无需元件的故障率和修复时间的故障率和修复时间不能计算精确的频率指标不能计算精确的频率指标元件状态持续时元件状态持续时间抽样法间抽样法时序蒙特卡罗法时序蒙特卡罗法对元件状态的持续时间而非元件对元件状态的持续时间而非元件状态进行抽样状态进行抽样必须假定元件状态持续时间的概必须假定元件状态持续时间的概率分布，通常假定为指数分布率分布，通常假定为指数分布更多的计算时间和内存更多的计算时间和内存输入数更多输入数更多必须知道元件状态持续必须知道元件状态持续时间的分布时间的分布系统状态转移抽系统状态转移抽样法样法时序蒙特卡罗法时序蒙特卡罗法集中分析系统状态转移，而

27、不是集中分析系统状态转移，而不是单个元件的状态转移单个元件的状态转移假定所有元件的状态持续时间服假定所有元件的状态持续时间服从指数分布从指数分布输入的是元件的状态转移率输入的是元件的状态转移率要求知道元件状态转移持要求知道元件状态转移持续时间分布续时间分布4.5 基于基于Monte CarloMonte Carlo模拟法的发输电系统安全性评估原理模拟法的发输电系统安全性评估原理抽样方法抽样方法基于下述原因，本章采用元件状态持续时间抽样法：基于下述原因，本章采用元件状态持续时间抽样法：在安全性评估中涉及大量暂态稳定分析，需要确定故障前状态、在安全性评估中涉及大量暂态稳定分析，需要确定故障前状态、

28、故障中状态及故障后状态，其他两种抽样方法不能提供这些信故障中状态及故障后状态，其他两种抽样方法不能提供这些信息；息；采用元件状态持续时间抽样方法，对其随机分布没有特殊要求。采用元件状态持续时间抽样方法，对其随机分布没有特殊要求。元件状态持续时间抽样法的步骤如下：元件状态持续时间抽样法的步骤如下：根据元件的可靠性模型获得元件的模拟运行时间序列；根据元件的可靠性模型获得元件的模拟运行时间序列；根据元件的无故障运行时间和故障修复时间，模拟出给定的模根据元件的无故障运行时间和故障修复时间，模拟出给定的模拟总时间段拟总时间段T内的运行状态持续时间序列；内的运行状态持续时间序列；综合所有元件的运行状态持续

29、时间序列，获得系统的状态序列综合所有元件的运行状态持续时间序列，获得系统的状态序列和持续时间。在每一系统状态内，各元件状态不变；和持续时间。在每一系统状态内，各元件状态不变；对系统的状态序列逐个进行评估，计算切负荷量及经济损失后对系统的状态序列逐个进行评估，计算切负荷量及经济损失后果。统计可靠性指标。果。统计可靠性指标。4.5 基于基于Monte CarloMonte Carlo模拟法的发输电系统安全性评估原理模拟法的发输电系统安全性评估原理随机变量的选取随机变量的选取v故障类型故障类型可靠性评估的目标是进行中长期风险评估，指导系统规划和运可靠性评估的目标是进行中长期风险评估，指导系统规划和运

30、行，需要对系统较为严重的情况进行分析，因此只考虑三相短路行，需要对系统较为严重的情况进行分析，因此只考虑三相短路和复合三相故障的情况。和复合三相故障的情况。故障类型故障类型包括：包括：KG(3)、KL(3)、KGG(3)、KLL(3)和和KLG(3)v故障点位置故障点位置发电机故障位置发电机故障位置：出口；：出口；变压器故障位置变压器故障位置：高低压侧，假定各：高低压侧，假定各50；线路故障位置线路故障位置：定义定义Lf/L，则可假定，则可假定是是0,1区间上均匀区间上均匀分布的随机变量，其概率密度和分布函数分别为分布的随机变量，其概率密度和分布函数分别为为简化分析，假定故障位置在线路的为简化

31、分析，假定故障位置在线路的0,0.25,0.5,0.75和和1.0五个点五个点出现的概率均为出现的概率均为20。对于两线路复合故障，则有。对于两线路复合故障，则有25各故障位置，各故障位置，出现的概率均为出现的概率均为4。1 ,0 1,0 ,0 ,0)(1 ,0 1,0 ,1 0 ,0 xxxxxFxxxf4.5 基于基于Monte CarloMonte Carlo模拟法的发输电系统安全性评估原理模拟法的发输电系统安全性评估原理随机变量的选取随机变量的选取v故障切除时间故障切除时间tCtC是一个连续型随机变量，且是一个连续型随机变量，且tC的密度函数是山峰型的，一般的密度函数是山峰型的，一般可

32、设可设tC服从对数正态分布，其概率密度和分布函数分别为：服从对数正态分布，其概率密度和分布函数分别为：式中，式中，均值；均值；方差；方差；标准正态分布。标准正态分布。lnln)(0 ,0 0 ,)(222)ln(ln21ZZFZZeZfcZcZv 故障切除时间的概率模型隐含了对继电保护及自动装故障切除时间的概率模型隐含了对继电保护及自动装置系统的功能描述。对于安全性评估中稳定控制措施置系统的功能描述。对于安全性评估中稳定控制措施的影响，目前主要研究了和系统功率平衡相关的机组的影响，目前主要研究了和系统功率平衡相关的机组功率调整、切负荷等措施，还没有考虑到低频减载等功率调整、切负荷等措施，还没有

33、考虑到低频减载等频率控制措施。频率控制措施。4.5 基于基于Monte CarloMonte Carlo模拟法的发输电系统安全性评估原理模拟法的发输电系统安全性评估原理安全性评估中的系统状态划分安全性评估中的系统状态划分正常正常恢复恢复警告警告极端紧急极端紧急紧急紧急图图4.6 EPRI大电力系统状态图大电力系统状态图正常正常(安全安全)警戒警戒紧急紧急恢复恢复极端紧急极端紧急崩溃崩溃 扰动引起的状态变化扰动引起的状态变化控制引起的状态变化控制引起的状态变化必须避免的状态变化必须避免的状态变化图图4.7 系统状态变化及安全稳定控制的作用及目标系统状态变化及安全稳定控制的作用及目标电力系统安全稳

34、定控制技术导则电力系统安全稳定控制技术导则单一故障单一故障单一严重故障单一严重故障多重严重故障多重严重故障预防控制预防控制紧急控制紧急控制恢复控制恢复控制状态状态状状 态态 特特 征征正常正常 正常供电；保持充裕度和安全性正常供电；保持充裕度和安全性警戒警戒 维持供电；潜在不充裕、不安全维持供电；潜在不充裕、不安全紧急紧急可能失稳，但可通过紧急控制稳定，可可能失稳，但可通过紧急控制稳定，可能损失部分负荷能损失部分负荷极端极端紧急紧急不能维持稳定，但可实现有计划解列，不能维持稳定，但可实现有计划解列，损失部分负荷损失部分负荷崩溃崩溃 连锁反应；电压频率崩溃；大面积停电连锁反应；电压频率崩溃；大面

35、积停电4.6 发输电系统安全性的指标体系发输电系统安全性的指标体系反映系统运行状况的指标反映系统运行状况的指标v 系统处于正常、警戒、紧急、极端紧急等状态的概率值系统处于正常、警戒、紧急、极端紧急等状态的概率值PN，PA，PE，PEE。其中，。其中，P(x)T(x)/Tv 系统可接受运行状态系统可接受运行状态PNPAv 系统不可接受运行状态，即系统状态风险指标系统不可接受运行状态，即系统状态风险指标(the composite system operating state risk index)CSOSRIPEPEE反映系统的暂态稳定性的概率性指标反映系统的暂态稳定性的概率性指标2-a：失稳概

36、率：失稳概率(probability of loss of stability)PLOSPiPUS,iPUS,iti/T2-b：失稳频率：失稳频率(frequency of loss of stability)FLOS 8760NUS/T8760NiPUS,i/T (次次/a)2-c：平均稳定运行时间：平均稳定运行时间(mean time to instability)MTTIS8760(1PLOS)/FLOS (h)US系统失稳的系统状态集合；系统失稳的系统状态集合；NUS系统失稳的次数；系统失稳的次数；PUS,i给定系统状态给定系统状态i的失稳概率。的失稳概率。4.6 发输电系统安全性的指

37、标体系发输电系统安全性的指标体系反映系统负荷损失的指标反映系统负荷损失的指标3-a：动态切负荷概率：动态切负荷概率(probability of dynamic load curtailments)PDLC8760Ni/T Ni有动态切负荷的状态数有动态切负荷的状态数(连续几个系统状态均匀动态切负连续几个系统状态均匀动态切负荷，视为一个动态切负荷状态荷，视为一个动态切负荷状态)3-b：动态切负荷频率：动态切负荷频率(EFDLC，expected frequency of dynamic load curtailments)3-c：动态切负荷持续时间：动态切负荷持续时间(expected dur

38、ation of dynamic load curtailments)EDDLCPDLC8760(h/a)3-d：每次动态切负荷持续时间：每次动态切负荷持续时间(average duration of dynamic load curtailments)ADDLCEDDLC/EFDLC(h/次次)3-e：期望动态切负荷值：期望动态切负荷值(expected dynamic load curtailments)EDLC8760Ci/T(MW/a)3-f：期望动态电量不足值：期望动态电量不足值(expected dynamic energy not supplied)EDENS8760Citi/T

39、(MW.h/a)4.6 发输电系统安全性的指标体系发输电系统安全性的指标体系综合反映系统暂态稳定事故的发生概率和事故后果的风险指标综合反映系统暂态稳定事故的发生概率和事故后果的风险指标4-a：基于损失容量的风险指标：基于损失容量的风险指标(risk index based on EDLC)RIELCPiImiti.EDLC/T (MW/a)4-b：基于电量不足的期望值的风险指标：基于电量不足的期望值的风险指标(risk index based on EDENS)RIEENSPiImiti.EDENS/T (MW.h/a)Imi表示事故严重程度的指标值。表示事故严重程度的指标值。4-c：基于费用

40、的风险指标：基于费用的风险指标(risk index based on total interruption cost)RITICPiImi(元元/h)Imi是事故是事故i发生后的所有损失费用总和与其持续时间之比。发生后的所有损失费用总和与其持续时间之比。v对于机组故障停运，费用值为：对于机组故障停运，费用值为：Imi(Imrept)i(Imrepair)i(Imload)iImrept(CenergCorig)Pgh/t，ImloadPloadRh/t式中，式中，R产电比产电比(元元/MW.h)。简化计算中，可假设。简化计算中，可假设thh。v对于线路故障停运，对于线路故障停运，Imrept

41、0。4.6 发输电系统安全性的指标体系发输电系统安全性的指标体系针对系统的某一故障状态的安全性指标针对系统的某一故障状态的安全性指标停电复合总量停电复合总量(sum of load curtailments)SLCPLCi(i)(MW)停电损失费用严重性指标停电损失费用严重性指标(severity index of total interruption cost)。即：。即：SITICImi(Imrept)i(Imrepair)i(Imload)i最重要的安全性指标最重要的安全性指标v系统状态发生概率系统状态发生概率PN，PA，PE，PEE及状态风险指及状态风险指标标CSOSRI；v系统失稳概

42、率系统失稳概率PLOS、失稳频率、失稳频率FLOS及平均稳定及平均稳定运行时间运行时间MTTIS；v系统暂稳风险指标系统暂稳风险指标RITIC；v每个故障状态的停电损失负荷每个故障状态的停电损失负荷SLC和损失费用总和和损失费用总和SITIC。4.7 状态评估的流程图及算法实现状态评估的流程图及算法实现 对对Monte Carlo法得到的法得到的系统状态进行评系统状态进行评估，主要包括对估，主要包括对该状态的分类确该状态的分类确认，即根据该状认，即根据该状态是否存在安全态是否存在安全越限来判断属于越限来判断属于哪一类运行状态，哪一类运行状态，并对相应采取的并对相应采取的控制措施引起的控制措施引

43、起的切负荷量及经济切负荷量及经济损失等进行定量损失等进行定量评定。计算流程评定。计算流程如图如图4.9所示。所示。输入系统数据输入系统数据采用元件状态持续时间抽样法形成系统采用元件状态持续时间抽样法形成系统状态序列和各状态持续时间，元件状态序列和各状态持续时间，元件i故故障障系统安全越限？系统安全越限？元件元件i&j停运停运系统安全系统安全越限？越限？校正控制校正控制(包括切负荷包括切负荷)切负荷切负荷量量0？极端紧急状态极端紧急状态警戒状态累加警戒状态累加紧急状态紧急状态j 没有越限没有越限正常状态正常状态校正控制校正控制(包括切负荷包括切负荷)切负荷切负荷量量0？极端紧急状态极端紧急状态紧

44、急状态紧急状态Ayyyynnnn取下一状态，直到取下一状态，直到模拟完全部时间段模拟完全部时间段B系统状态分类判断系统状态分类判断4.7 状态评估的流程图及算法实现状态评估的流程图及算法实现输入系统数据输入系统数据系统前一状态持续系统前一状态持续时间时间给定值？给定值？有其他故障点位置？有其他故障点位置？AyyynnnB概率稳定分析概率稳定分析以前一状态为故障前状态，以前一状态为故障前状态，系统发生单重故障系统发生单重故障再以前一状态为故障前再以前一状态为故障前状态，系统发生双重故障状态，系统发生双重故障对给定系统故障和故障点位置，对给定系统故障和故障点位置，采用快速积分法进行暂稳分析，采用快

45、速积分法进行暂稳分析，采用二分法搜索临界切除时间采用二分法搜索临界切除时间CCT根据根据CCT和故障切除时间分布函和故障切除时间分布函数数计算给定故障点的失稳概率计算给定故障点的失稳概率取下一故障点位置取下一故障点位置有其他故障点位置？有其他故障点位置？利用联合概率公式计算利用联合概率公式计算给定系统故障的失稳概率给定系统故障的失稳概率图图4.9 状态评估流程图状态评估流程图4.7 状态评估的流程图及算法实现状态评估的流程图及算法实现 系统安全稳定限制条件包括静态稳定约束和暂态稳系统安全稳定限制条件包括静态稳定约束和暂态稳定约束条件两类。定约束条件两类。静态稳定约束条件静态稳定约束条件电压幅值

46、限制电压幅值限制VmVVM线路潮流限制：线路和线路潮流限制：线路和变压器的热容量限制变压器的热容量限制|ij|k发电机输出功率限制发电机输出功率限制PmPPMQmQQM根据右侧约束条件，可得到对应的电根据右侧约束条件，可得到对应的电压安全运行域压安全运行域RV、线路潮流安全运行、线路潮流安全运行域域R和发电机出力安全运行域和发电机出力安全运行域RgRVV|VmVVMR|-RgP|PmPPM Q|QmQQM 因此，系统在因此，系统在(V，)空间的静态稳定空间的静态稳定运行域运行域RSSRSSRVRRg4.7 状态评估的流程图及算法实现状态评估的流程图及算法实现暂态稳定约束条件暂态稳定约束条件 用

47、来评价系统在事故发生后维持稳定运行的能力。从设计角度，用来评价系统在事故发生后维持稳定运行的能力。从设计角度，必须保证在特定可承受事件发生时必须保证在特定可承受事件发生时(机端或线路三相故障机端或线路三相故障)，系统能够，系统能够维持同步运行，如维持同步运行，如N-1准则、准则、N-2准则等。但是其他次严重故障也会对准则等。但是其他次严重故障也会对系统的安全稳定造成冲击，因此，采用概率统计方法，得到系统暂态系统的安全稳定造成冲击，因此，采用概率统计方法，得到系统暂态稳定运行的约束条件，是一个比较完善和精确的方法。稳定运行的约束条件，是一个比较完善和精确的方法。v 线路线路k位置位置j发生发生i

48、类故障后的稳定概率类故障后的稳定概率PSTkPSTkkijPijkPiPj式中，式中，Pj线路位置线路位置j发生故障的概率；发生故障的概率；Pi线路发生线路发生i类故障的概类故障的概率；率；Pijk线路线路k位置位置j发生发生i类故障的稳定概率，可通过故障切类故障的稳定概率，可通过故障切除时间的概率密度函数得到。除时间的概率密度函数得到。v 系统暂态稳定能力的限制条件和运行域系统暂态稳定能力的限制条件和运行域RTSPSTkPSTkm and RTSPST|PSTlPSTlmv 系统在系统在(V,t)空间的稳定运行域空间的稳定运行域RTRTRSSRTS4.7 状态评估的流程图及算法实现状态评估的

49、流程图及算法实现暂态稳定约束条件暂态稳定约束条件v 系统是否失稳判据：临界切除时间系统是否失稳判据：临界切除时间tcr根据给定故障类型和故障点位置，采用确定性的暂根据给定故障类型和故障点位置，采用确定性的暂态稳定分析计算出临界切除时间态稳定分析计算出临界切除时间tcr，然后根据故障切，然后根据故障切除时间的分布函数计算该给定故障类型和故障点位置除时间的分布函数计算该给定故障类型和故障点位置的失稳概率，即的失稳概率，即lnln1)(1crcrcttFP当可靠性安全性评估中需要考虑稳定控制措施的影当可靠性安全性评估中需要考虑稳定控制措施的影响时，通常假定发电机功率调整和切负荷在故障切除响时，通常假

50、定发电机功率调整和切负荷在故障切除时同时进行，以简化计算。时同时进行，以简化计算。概率稳定分析方法如图概率稳定分析方法如图4.10所示。所示。4.7 状态评估的流程图及算法实现状态评估的流程图及算法实现给定某一系统故障给定某一系统故障概率稳定分析结束概率稳定分析结束判断系统故障类判断系统故障类型型线路故障或者发电机线路故障或者发电机线路复合故障线路复合故障线路故障或者发电机线路故障或者发电机线路复合故障线路复合故障线路故障或者发电机线路故障或者发电机线路复合故障线路复合故障确定故障点位置：确定故障点位置：5个点，概率均为个点，概率均为0.2确定故障点位置：确定故障点位置：25个点，概率均为个点

51、，概率均为0.04根据根据CCT和故障切除时间分布函和故障切除时间分布函数计算给定故障点的失稳概率数计算给定故障点的失稳概率利用联合概率公式计算利用联合概率公式计算给定系统故障的失稳概率给定系统故障的失稳概率采用快速积分法进行暂稳分析采用快速积分法进行暂稳分析采用二分法搜索临界切除时间采用二分法搜索临界切除时间CCT图图4.10 概率稳定分析方法流程图概率稳定分析方法流程图4.8 小小 节节 发输电系统的安全性反映在短暂时间段内发输电系发输电系统的安全性反映在短暂时间段内发输电系统在动态条件下系统容量满足负荷需求的程度。安全统在动态条件下系统容量满足负荷需求的程度。安全性所关注的是发生概率很小的事件，分析计算的复杂性所关注的是发生概率很小的事件，分析计算的复杂性和工作量更加突出。有效地进行状态合并、筛选和性和工作量更加突出。有效地进行状态合并、筛选和高效算法是成功的关键所在。高效算法是成功的关键所在。本章介绍了两种评估方法：本章介绍了两种评估方法：实用概率稳定分析法实用概率稳定分析法基于基于Monte Carlo法的安全性评估法法的安全性评估法v 基于元件状态持续时间抽样法基于元件状态持续时间抽样法v 线路故障类型、故障点位置、故障切除时间作为随机变量线路故障类型、故障点位置、故障切除时间作为随机变量v 比较完整的指标体系比较完整的指标体系