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1、硕士学位论文（设计）开题报告论 文 （ 设 计 ） 题 目 :电力系统静态安全风险灵敏度分析及其应用研究研究生学号、姓名:攻 读 学 位 类 型 :所 学 专 业 或 学 科 或 领 域 :入学年月:所属学院名称:指导教师姓名：广东工业大学研究生处二一一年五月制注：攻读学位类型为下列之一：工学硕士；管理学硕士；理学硕士；设计学硕士；工程硕士专业学位；工商管理硕士专业学位；工程管理硕士专业学位。本表一式二份，由学生、所属学院、研究生处 留存！2学生姓名 性别 身份证 号码 攻读本硕士学位前学历已获最高学位类别已获学位授予单位已获学位年月起止年月 所在单位 任职主要学习、工作经历论文（设计）所属类
2、型（请单项选择打）1 础研究 应用研究 综合研究 其他论文（设计）选题来源（请单项选择打） 973、863 项目 国家社科规划、基金项目 教育部人文、社会科学研究项目 国家自然科学基金项目中央、国家各部门项目 省（自治区、直辖市）项目 国际合作研究项目 企、事业单位委托项目 外资项目 学校自选项目国防项目 非立项 其他论文（设计）关键词（不超过 5 个） 电力系统； 风险评估； 灵敏度属于导师科研项目名称基于风险-收益多目标平衡的珠澳联网优化供电方案研究该项目来源及编号2012 年广东电网公司科技项目姓名 职称 工作单位开题报告会组成人员3一、选题依据（内容包括：课题来源、研究背景及意义、国内
3、外研究现状及分析）（一）课题来源本研究课题源于 2012 年广东电网公司科技项目（二）研究意义一直以来，可靠性指标都是电力企业供电能力和安全水平的最重要评价指标。但是，随着社会经济的快速发展和市场化进程的推进，各类分级负荷的划分，使得以持续供电时间为核心的供电可靠性指标已经越来越难以适应电网优化运行与控制的需求，而近年来发生的各种大停电事故的分析可知，故障发展的过程中，不能及时、有效地切除部分负荷是导致事故扩大的重要原因。从概率上描述事故发生的可能性，以经济损失和系统安全两个方面描述事故后果，这样才能全面、细致地反映系统的安全水平，并找出当前系统状态的薄弱环节，为事故发生时的调控措施提供足够的
4、信息，防止事故扩大。由于电力系统的安全稳定运行受各种干扰的影响，事故发生后电网会出现某些特殊状态，包括母线电压下降或过高、线路过载、甩负荷、电压崩溃、暂态失稳等。因此要结合特定的系统、特定的要求定义相应的后果，并计算不同类型的风险指标。目前，如何分类细致地描述系统的各种失稳风险是风险评估的重要研究方向，如过载风险评估、电压越限风险评估、电压崩溃风险评估、连锁故障风险评估、系统暂态稳定风险评估等。利用各种风险指标描述系统安全状态则可以提供丰富的系统安全信息，为运行调度人员的科学分析决策提供参考依据，在实际应用中具有非常重要的意义。电力系统风险评估的一个重要贡献是对不同运行方式下系统风险进行量化，
5、但是量化后风险值只是一个数值，如何确定这个数值所处的安全水平则需要另一个阀值或安全裕度值来说明。此外风险值只能反映系统风险的高低，而不能找到对系统风险影响较大的元件参数和运行参数，即系统的薄弱环节。实际上，当电网的运行方式确定后，系统的风险可以看作以各元件参数为自变量的多元函数。系统元件参数包括元件的故障率、修复率以及系统运行参数如节点负荷的大小、电厂出力等。而各元件对系统风险的影响取决于其在网络拓扑结构中的位置及其自身参数的大小，因此系统风险对不同元件参数变化的敏感程度有所不同。因此，从现有研究成果出发，进一步对风险指标进行灵敏度分析，通过各种风险灵敏度分析所提供的丰富信息，找到制约系统安全
6、的瓶颈，指导决策优化。电力系统风险的灵敏度分析实质是求取各风险指标对系统参数的微分，反映了系统参数的微小变化所引起的系统风险的改变程度及改变趋势。如果风险指标对某一元件参数或某一节点负荷的灵敏度很大，通常意味着该元件或节点负荷对系统风险的影响很大，而对该元件进行投资改造，对电网负荷进行优化，则可以较好地控制系统风险，因此获得系统风险灵敏度有着十分重要的应用价值。本课题是对电力系统静态安全风险的灵敏度进行分析和研究，对断面风险进行各种灵敏度指标的推导和分析，并对风险灵敏度的应用进行研究，如对风险灵敏度进行排序，找出钳制系统安全的薄弱环节，优化负荷分配，或为故障后紧急控制措施提供决策优化依据。（三
7、）国内外研究现状、参考文献综述传统的电力系统安全分析常采用确定性方法，由于采用最严重事故来校核系统稳定性，其结果必然相对保守。而将概率性分析方法引入电力系统，通过考虑各类元件故障、继电保护和控制装置动作的概率及系统状态的随机性，虽然可以对系统安全进行较为客观的评价，但也不能满足市场下电力系统运行经济性的要求。近年来针对上面两种传统方法的不足而提出的风险评估方法，可以突破确定性方法和概率性方法的局限性，向运行人员提供有关系统安全性和经济性的量化评估信息。1. 风险评估的基本模型11基于可信性理论下的风险评估将电力系统各种因素的不确定性和随机性结合起来，形成了电力系统运行风险评估理论 1-3；电力
8、系统运行风险评估是对系统发生故障的可能性与后果严重性的综合量度，风险一般公式为：（1）),()()()isk d,i,t,ti,t ijti,t,tir,tijt jfjjrirf jfjrEXf XESevXPR（或 ）（ ，式中： Xt,f t 时间的运行方式；Xt,j 第 j 个可能的负荷水平；Pr（Xt,j/X t,f） t 时间出现的 Xt,j 负荷水平的概率；Ei 第 i 个不确定扰动；Pr（Ei）Ei 扰动出现的概率；Sev(Ei ,Xt,j)系统在 X t,j 和 Ei 扰动下系统损失的严重度函数；电力系统风险评估通常包含以下四个方面：确定元件的停运模型；选择系统的运行状态并计
9、算它们的概率；量化所选状态后果的严重程度；计算风险指标。1.1 元件停运模型计算风险，必须计算元件发生故障的概率、系统状态出现概率以及运行状态下量化的严重程度。从统计数据可知事故概率基本上符合泊松分布 4，表示为：（2）i-ie1）（ EP其中 P(Ei)代表事故发生的概率值；i 为每单位时间事故 Ei 发生的频率。当所有系统元件的状态是彼此独立的随机变量时，发生事故 Ei 时系统状态出现的概率 Pr（Ei）为：（3）ij-i jie1r）（）（文献5, 6基于随机过程停运模型和具有自对偶性公理体系的可信性理论建立模糊故障率下的元件停运模型，给出缺乏历史统计数据时瞬时状态概率的计算方法；文献6
10、以时变故障率下的马尔科夫过程来模拟运行风险中系统设备随外部天气条件、老化程度等运行工况的变化，停运模型更趋于实际情况，但是计算量及复杂程度会明显增加。1.2 系统状态出现的概率计算确定了各种元件的停运模型，进而可以求取系统某一运行状态出现的概率。文献 7对电力系统风险评估进行了详细阐述，将蒙特卡洛抽样方法引入到对电力系统状态的模拟中，为大规模电力系统风险评估提供了可能。其中，非序贯蒙特卡罗模拟法常常被认为是状态抽样法，被广泛应用于电力系统风险评估中。该方法的依据是，一个系统状态是所有元件状态的组合，且每一个元件出现该状态的概率通过抽样来确定。一个系统状态在抽样中选定后，即进行系统分析以判断其是
11、否是失效状态，如果是，则对该状态的风险指标函数进行估计。当抽样的数量足够大时，系统状态的抽样频率可作为其概率的无偏估计。当一个系统状态的概率通过抽样估计以后，就可计算系统失效概率、系统失效频率、系统失效平均持续时间以及系统其它风险指标。1.3 量化系统状态出现后果的严重程度当系统发生事故后，后果的严重度函数依据调度员关切的系统失稳的几个问题分别定义，这12也就形成了各种风险评估指标。一般的严重度函数采用从不稳定状态转化为稳定状态所需要的最小控制代价作为故障引起的损失。2. 风险评估分类目前，风险评估理论的研究主要集中在针对系统问题的研究，各种系统问题的风险评估分类如图 1。风险评估最重要的贡献
12、是对不确定性因素及其后果的量化，各种运行参数的变化都会以风险值的变化反映出来。但是由于各种量化后的风险只是一个数值，为了明确风险值所处的安全水平，需要一个阀值对比或者分级预警来确定其安全程度。安全风险评估静态安全风险评估 暂 / 动态安全风险评估过载风险 电压安全风险 连锁故障风险电压越限风险 电压崩溃风险功角失稳风险 频率失稳风险图 1 风险评估分类2.1 线路过载风险评估线路过载风险可以从断面和系统两个层面上分别进行研究。2.1.1 线路过载风险线路过载风险评估中，评估模型较为统一。文献 8提供了一种经典的分析线路过载严重性的快速方法。对于每条线路，线路有功潮流占额定值的百分比在区间0,9
13、0%时，严重度函数取值为0；占比大于 90%时，过负荷风险严重度与线路的有功潮流成线性关系；当该线路的有功潮流为线路额定值的 90、100%时，线路的过负荷风险严重度的取值分别为 0、1（如下图） 。文献9 由注入节点的功率的不确定性推导出线路潮流的不确定性，用随机潮流法模拟系统的多种运行方式，并采用原对偶内点法对有功源和无功源的出力进行潮流优化，以减小系统运行的过载风险。严重度9 0 % 1 0 0 %潮流占额定潮流的百分比1图 2 线路过载严重度函数2.1.2 断面过载风险断面是一组特殊运行方式下的，有功潮流方向相同且电气距离相似的输电线路集合。是由系统发电中心和负荷中心不重合引起的。断面
14、的输电能力直接影响到断面受端片区电网的稳定运行。传统对断面特性的评估采用确定性方法，如断面线路的 N-1、N-2 传输功率极限核定等，这类方法计算量大，计算结果相对保守，提供的信息较少。而图论方法和风险评估方法能很好地弥补其缺陷，文献10针对传统 N-1 安全准则筛选机制计算量大的不足，采用图论方法快速确定断面，并以风险评估应用于断面线路过载分析，以相关支路的风险评估指标获得高风险支路集，该方法有效地缩小了系统安全性分析范围，但是高风险支路集，即断面的薄弱环节，对断面线路过载风险的影响的大小是不同的，如果能量化这些支路断面风险的影响，则可以更全面地反映断面的安全性。另外，该文献没有针对整个断面
15、的输电能力进行风险评估。132.2 电压稳定风险2004 年 IEEECIGRE 联合工作组关于电压稳定给出以下定义 11：电压稳定性是指在给定初始运行条件下，遭受扰动后电力系统维持所有母线电压稳定的能力；电压崩溃是指，伴随着电压失稳的一系列事件导致系统的部分电压低至不可接受的过程。根据电压稳定的两个定义，可以将电压稳定风险分为电压越限风险和电压崩溃风险分别研究。2.2.1 电压越限风险目前的研究中，低电压风险有着较为统一的评估模型。文献12量化了系统低电压的风险，并根据计量化的风险值对系统电压安全状态分级预警；文献13则通过风险灵敏度的计算为选择适当的预防和控制手段，增强电压安全提供了有效的依据；文献14探索了采用神经网络的方法快速识别电力系统的低电压风险，并应用集成方式改善神经网络的泛化能力和精确程度；在低电压风险评估的应用方面，文献15采用原对偶内点法求解低电压风险优化控制模型。2.2.2 电压崩溃风险对于电压崩溃问题，关键在于对电压崩溃临界点的判定。然而，潮流方程在电压崩溃点处存在病态问题，导致了各种评估模型在对电压崩溃临界点的判定以及计算方法上存在较大差异，各国学者围绕此问题进行了大量研究。文献16综合了电力系统中电压稳定的几种实用判据。静态实用判据主要以潮流方程为基础，一般分为两类。一类根
