发输电系统安全性评估

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1、第四章 发输电系统的安全性评估Security Evaluation for Composite Generation and Transmission System4.1 概 述 4.2 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 4.4 实用概率稳定分析法计算流程4.5 基于Monte Carlo模拟法的发输电系统安全性评 估原理 4.6 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法实现4.1 概 述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 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 件下系统容量满足负荷需求的程度。 充裕

2、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； v 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。4.1 概 述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。电 力系统安全稳定导则对电力系统稳定的阐述： v 静态稳定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； v 暂停稳定指电力系统受

3、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。4.1 概 述NERC关于正常和偶发事件的分类类别类别偶发发事件停运 元件系统统极限或冲击击始发发事件或偶发发事件元件热热极限电压电压 极限系统统 稳稳定失负负荷或限 制稳稳定传输传输连锁连锁 停运 A类类：无偶 发发事件所有设设施在运行中无正常正常是否否B类类：事件 导导致失去 单单一元件单线单线接地(SLG)或三相故障，正 常切除：发电发电机 传输线传输线 路 变压变压 器 失去一个元件，无故障单单一

4、 单单一可用 出力 A/R A/R可用 出力 A/R A/R是 是否 否否 否单单极(DC)线线路拒动动，正常切 除单单一A/RA/R是否否C类类：一个 事件或多 个事件导导 致失去两 个或多个 元件SLG故障，正常切除：母线线段断路器(失效或内部故障)多重 多重A/R A/RA/R A/R是 否计计划的 计计划的否 否 B类类型(B1,B2,B3,B4)偶发发事件 ，人工调调整系统统，随后又发发生B 类类型(B1,B2,B3,B4)偶发发事件多重A/RA/R是计计划的否双极拒动动，正常切除：双极 (DC)线线路非3相短路，正常切除 同塔双回路多重多重A/RA/R计计划的计计划的否否 SLG故

5、障，延迟迟切除：发电发电机 传输线传输线 路变压变压器 母线线部分多重 多重A/R A/RA/R A/R是 是计计划的 计计划的否 否注：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。4.1 概 述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 下进行的评价。基本假设和规定： v 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 的时间可以给定或经稳定计算。 概率性电力系统稳定评价：

6、 v 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； v 计算失去系统稳定的概率性指标。4.1 概 述基于Monte Carlo法的安全性评估 指按Monte Carlo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 和可靠性指标计算3个部分。本章将介绍实用型的概率性电力系统稳定评 价法和基于Monte Carlo 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。 随机变量的选取按计算要素分按随机变量的性质分系 统 及 供 电 点 的 负 荷 水 平系统

7、故障 线路 或其 他元 件的 分布短 路 类 型短路 后故 障线 路及 其元 件的 切除 时间连续型离散型均 匀 分 布 ： 故 障 点正 态 分 布 ： 负 荷 波 动对数 正态 分布 ： 切除 时间短 路 故 障 类 型不 同 负 荷 水 平4.2 实用概率稳定分析法原理概率模型 v 对于连续型随机 变量式中，P(Kjip)一个概率事件Kjip 的概率（运行水平p，故障线路i，不稳定事件j）；P(Ei)线路i 发生故障的概率事件Ei的概率； n短路故障类型；f n线路i 上发生n型短路故障的条件概 率；Ljpi,n简单系统中当故障 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长度

8、 。v 对于离散型随机变量式中，Ei故障事件i； tCC该事件对应的保持暂 态稳定的极限切除时间； tC保护系统实际切除故障 时间； Xi随机变量i。4.2 实用概率稳定分析法原理主要概率指标 v 系统稳定或不稳定概率式中，PS全系统稳定概率；N故障类型数；L 线路总数；Pif第i种故障出现的概率；PijL第i 种故障出现在第j条线路上的概率；PSij第i种故障 出现在第j条线路时系统稳定的概率。 v系统不稳定的期望频率 v系统不稳定的期望恢复时间4.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析19701997年间稳定破坏事故统计 v 发生电力系统稳定破坏事故共320次，平均11.8次 /a； v 1

9、9701980年209起，平均19次/a； v 19811990年84次，平均8.4次/a； v 19911997年27次，平均3.85次/a。 v引起电力系统稳定破坏事故的元件类型统计年 份线线路/% 母线线/% 发电发电 机/% 主变变/%其他/%合计计/%1981198748.519.721.2010.61001988199754.716.714.34.89.51001981199750.918.518.51.8510.151004.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析线路故障引起稳定破坏统计分析故障类类型198119871987199719811997线线路故障 其中：单单一线线路故障

10、多条线线路故障50.0% 6.25%26.1% 21.7%40.0% 12.7% 线线路故障，保护护 及自动动装置不正 确动动作造成事故 扩扩大43.75%52.2%47.3%保护护拒动动2次 保护误动护误动 2次 保护护整定6次 自动动装置整定3次 线线路无高频频保护护1 次保护护拒动动6次 保护误动护误动 3次 低周减载载拒动动1次 开关拒动动2次4.3 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序号起 因各因素所占比例/% 198119871988199719811997 1自然因素27.331.028.7 2设备设备 缺陷28.814.323.2 3人为错误为错误22.728

11、.625.0 4保护误护误 跳6.14.75.6 5原因不明或记录记录 不详详15.121.417.55. 2001年我国各电压等级平均长度统计电压电压 等级级 /kV条数总长总长 度 /km平均长长度 /km故障次数平均故障率 /(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220kV线路短路类型统计故障类类型2000年2001年合 计计次数次数次数单单相接地1229 90.43 1644 92.05 2873 91.35两相短路接地

12、513.75573.191083.42断线线及接地30.2430.1660.19两相短路443.23351.96792.50三相短路20.15130.73150.48断线线及高阻接地80.5830.16110.35发发展性故障221.60311.74531.684.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析330kV和500kV线路短路类型统计类类型330kV500kV2000年2001年合计计2000年 2001年合计计单单相接地96.96% 3298.00% 4997.59% 8195.20% 13998.87% 17597.22% 314 两相短路接地 3.04% 12.00% 12.41%

13、21.36% 20.062% 2 两相短路0.68% 11.13% 20.093% 3 发发展性故障2.72% 41.24% 44.3 我国电力系统稳定破坏事故统计分析220kV母线短路类型统计故障类类型2000年2001年合 计计次数次数次数单单相接地3880.853272.737076.92两相短路接地12.2711.09两相短路36.3836.8266.60三相短路48.5124.5566.60发发展性故障613.6466.60两母线线同时时故障24.2522.204.3 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名称220kV330kV500kV20002001平均200020

14、01平均20002001平均线线路故障率 /(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) 母线线故障率 /(100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) 变压变压 器故障率 /(100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

15、)2.46 (22) 发电发电 机故障率 /(100台/a)2.64 (23)1.86 (17)2.24 (40) 10.220kV母线保护拒动概率年 份19931994199519961997加权权平 均 概率/%5.941.140.781.412.72.154.3 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）序 号恢复时间时间 /h事件数百分比/% 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： v 对省内的局部系统，恢复时间取1h； v 对省电力系统，取2h； v 对跨省电力系统，恢复时间取4h。4.4 实用概率稳定分析法

16、计算流程选定系统典型接线方式、运行方式收集发电机、变压器、输电线、母线及 继电保护的电气参数和可靠性参数计算典型运行方式潮流、电压进行n-1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）进行n-2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）评估稳定破坏事件的频率、概率 及期望恢复时间图4.2 概率稳定计算流程计算暂态稳定时，发电机一般采用二阶 模型，暂态电势E和暂态电抗Xd保持恒 定，忽略原动机及调速系统动态，机械概 率Pm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 负荷阻抗和发电机的暂态电抗Xd追加到 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 ，得到发电机内节点的N阶导纳矩阵。对应第i台发电机，转子运动方程（标 么值）为其中：Mi为发电机i的惯性