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1、基于效益风险函数的电磁环网风险评估与控制RISK ASSESSMENT AND CONTROL OF ELECTROMAGNETICALLY COUPLED POWER LOOP BASED ON RISK BENEFIT FUNCTIONABSTRACT: A new risk assessment and control method for electromagnetically coupled power loop is provided to deal with the risk problems of electromagnetically coupled power loop d
2、uring the processing of grid fast development. This method is based on risk theory and risk benefit function. Firstly, the security of the grid is assessed. The static risk, the transient risk and the overall risk are obtained. And the changements of the risk with and without the using of security a
3、nd stability equipment are obtained also. Secondly, the economical of electromagnetically coupled power loop and security and stability equipment as well as the value of risk benefit function are calculated. Based on these, the virsuses of economical of risk are analysed during different system stat
4、es. The analysed results provide effective supports for system operators. The application of this method in a real big area grid shows the effectiveness of the method.KEY WORDS: Power system; Electromagnetically coupled power loop; Risk benefit function; Risk assessment and control摘要：针对电网快速发展过程中出现的电
5、磁环网风险问题， 提出了一种基于效益风险函数的电磁环网风险评估与控制 方法。该方法以风险理论与效用函数理论为基础，首先对 电磁环网的安全性进行风险评估，通过风险计算获得了电 磁环网的静态风险、暂态风险以及系统总的风险；并考虑 了采取安全稳定控制措施前后系统各种风险的变化情况； 然后分析计算了电磁环网以及安全稳定装置产生的经济效 益，在获得了电磁环网风险值与效益值的基础上计算了效 益风险函数值，分析了电磁环网在不同运行状态下系统的 收益与风险的取舍问题，为系统运行人员合理决策提供了 有力的支持。在一个实际大区电网的应用结果标明了该方 法的可行性。关键词：电力系统；电磁环网；风险效益函数；风险评估
6、 与控制0引言随着经济的发展与电网规模的扩大，电网逐 渐向更高一级的电压等级发展。在此过程中，不 可避免的出现了电磁环网运行方式。所谓“电磁 环网”是指不同电压等级运行的线路，通过变压 器电磁回路的连接而构成的环路1,2。随着电磁环 网运行情况逐渐增多，给电网的安全稳定运行带 来了新的压力与挑战。电磁环网是导致系统连锁 故障发展的重要因素之一。近年来由于连锁故障导致的大停电事故成上升趋势，因此对电磁环网 的研究受到了广泛的关注与重视2-5。 文献6与文献7分别介绍了山西电网与陕西 电网的电磁环网问题，可见在我国 220kV500kV、330kV750kV 两个电压体系的 系统中电磁环网问题都逐
7、渐突出。文献8对电磁 环网的主要不利影响进行了分析，指出电磁环网 的主要弊端在于：不利于系统的经济运行；当高 一级电压线路发生故障后，较易危及系统的静态 稳定与暂态稳定；一般需加装安全稳定装置。文 献9指出目前我国电力系统中采用电磁环网运行 是一个不可逾越的阶段。文献10对电磁环网线路 的两种故障模式进行了详细分析，由于忽略了两 种故障模式的不同发生概率，得出的结果可能趋 于保守。文献11针对电磁环网运行所出现的一些 问题，提出了加强安全稳定装置配置，研制遮断 容量更大的断路器等措施来保证系统的安全稳定 运行。以上的这些研究为保证系统的安全稳定运 行提供了一定程度的支持，然而目前缺少对电磁 环
8、网在不同运行状态下的可能性研究，因而缺乏 指示电磁环网安全稳定性的合理指标，在此基础 上采取的控制措施可能会存在一定的偏差。 风险评估方法能够很好的适应电磁环网运行 的不确定性。风险评估方法基于风险理论，定量 地抓住了事故的可能性和严重性两个重要因素， 并且引入了反映经济因素的风险指标12-16。效益 风险函数综合了系统的收益与存在的风险，并且 能够融合决策人员的运行经验，为电磁环网的控 制方案制定提供了选择方法与依据17。 针对以上情况，本文提出了一种基于效益风 险函数的电磁环网风险评估与控制方法。该方法 将风险理论应用于电磁环网的安全分析，通过风 险计算获得了电磁环网的静态风险、暂态风险以
9、 及系统总的风险；并考虑了采取安全稳定控制措 施前后系统各种风险的变化情况；在此基础上引 入了效益风险函数，分析了在不同运行状态下系 统的收益与风险的取舍问题，为系统运行人员合 理决策提供了有力的支持。在一个实际大区电网的应用结果标明了该方法的可行性。1电磁环网及其安全稳定装置1.1电磁环网T1T2U1U2L1L2Z1Z2图图 1 电磁环网示意图电磁环网示意图 Fig.1 Diagram of Electromagnetically coupled power loop如图 1 所示，线路运行电压大于线路1L1U运行电压，是线路两端的变压器，线路2L2U12,T T 经过变压器的磁回路联系起来
10、，就形成12,L L12,T T了电磁环网。电磁环网对系统的不利影响主要有：1)正常运行时，由于线路的自然功率12,L L值以及阻抗值相差较大，不利于系统12,NNPP12,Z Z的经济运行。2)当高一级电压线路发生故障后，由于1L其输送功率在线路上大量转移，较易危及系1P2L统的静态稳定。3)当高一级电压线路发生故障后，由于1L系统间的联络阻抗将突然显著地增大，较12(,)Z Z Z易危及系统的暂态稳定。 4)由于电磁环网导致系统的静态稳定和暂 态稳定的破坏，很可能诱发连锁故障，造成大面 积停电的系统恶性事故。 5)为了保证安全性，常常需要装设安全稳 定装置，在高压线路因故障停运后联锁切机、
11、切 负荷等。但运行记录表明，安全稳定装置本身拒 动、误动影响电网的安全运行。 在高一级电压线路投入运行初期，由于高一 级电压网络一般情况下很难在较短的时间内形成， 即使网络形成往往也不够坚强，但此时常常需要保证输电能力或保重要负荷，因此不得不在一段 时期内电磁环网运行。结合我国目前电网发展的 实际情况，对电磁环网合环状态下的安全性进行 分析，提出相应的运行控制方案具有更为现实的 意义。 1.2安全稳定装置 安全稳定装置在预防电力系统发生异常状况， 提高系统的稳定极限方面发挥了重要的作用，取 得了良好的经济效益与社会效益18。如图 2 所示， 安全稳定装置主要包括检测模块、通信模块、决 策模块与
12、动作模块。其基本功能是在检测到系统 事故时，采用切机、切负荷等措施来保证系统的 安全稳定。检测决策检测通信通信MG切负荷切机故障图图 2 安全稳定装置示意图安全稳定装置示意图 Fig.2 Diagram of security and stability equipment2风险理论与效用函数2.1风险理论 风险理论是研究系统的不安全状态的严重度 以及该状态出现的可能性的理论。系统的风险定义为事故发生的概率与事故产生后果的RrPI乘积，即(1)rRPI从事故统计数据可以看出电力系统发生事故 的概率基本符合泊松（Poisson）分布19，即(2)() ()riiP EPoisson式中，是可能事
13、故的发生率。iiE系统的负荷以及运行参数具有不确定性，因 此事故后系统的状态也具有不确定性。通常情况 下，事故后系统的状态呈正态分布趋势，其参Y 数取值可以通过仿真计算或数据统计得到20，即 (3)(,)YYYN2.2效益风险函数 效益风险函数广泛地应用于需要进行安全性 与经济性平衡的领域，该函数有效地描述了效益与风险之间的权衡关系。效用函数的基本表达U 式如下 (4)UBR式中，和分别是系统的收益和风险，是决BR 策者对不确定性风险的厌恶程度的指数。 的取值不同，反映了决策者对于风险的态 度不同。当时，表明决策者是风险厌恶者，1 并且越大，决策者越厌恶风险；当时，表1 明决策者是风险中立者；
14、当时，表明决策01 者是风险爱好者，并且越小，决策者越爱好风险。 效用风险函数反映了预期效益、风险以及决策者 的决策心理的综合效果，符合市场的要求，能够 将系统运行人员的经验与系统当前的分析结果有 机结合起来。3电磁环网风险评估与控制3.1风险评估 3.1.1.静态风险 电磁环网静态风险主要是指输电线路的过载风险。设输电线路的安全功率阀值为与，则在0SP系统故障下线路过载的可能性为rSP(5)0 11()()|)ELNNrSrirLijSi ijPP E PPPE式中，是系统故障，是系统故障的总数，iEEN是电磁回路低一级电压线路总数，为输电线LNLP路上传输的功率。 当输电线路上传输的功率大
15、于安全功率阀值 时，线路将在短时间内熔断，造成设备损坏与输送功率减少的双重损失。线路过载的后果为SI(6)SLTRSIPCA式中，是外送出力的单位费用；为线路的TRCSA损失常数。 根据风险理论，电磁环网的静态风险为(7)0 11()(|)()ELNNLrirLijSisLij ijRP EP PPEIP3.1.2.暂态风险 电磁环网暂态风险主要是指发电机功角失稳 的风险。系统故障后发电机功角能否保持稳定与 系统故障的类型及故障的发生地点密切相关，故电磁环网暂态失稳的概率为rTP(8)0 11(|)()|)SENNrTrjirdjdj ijPP SE PAAS式中，是故障类型的总数；是故障类型
16、；SNS是故障地点；是故障后不发生暂态失稳的dA0dA安全区域。 暂态失稳后，系统往往发生解列瓦解，本文 以电网的瓦解作为暂态失稳的结果，设将损失该地区所有的负荷与外送出力，故暂态失稳的APTRP后果为TI(9)TAATRTRIPCPC式中，是地区负荷的单位费用。AC根据风险理论，系统发生暂态失稳的风险为(10)0 11(|)()|)()SENNTrjirdjdj ijAATRTRRP SE PAASPCPC3.1.3.总风险 根据风险的定义，电磁环网的静态风险与暂 态风险的本质含义是相同的，因此可以将其直接 相加得到电磁环网的总风险，即R (11)STRRR3.2风险控制 针对电磁环网中不同电压等级的线路合环运 行的特点，目前往往采用安全稳定装置来减少电 磁环网系统在一定的运行状态下的风险。安全稳 定装置分别具有误动、拒动与正常三种状态，设三种状态发生的概率分别是与。,W
