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1、电力系统风险评估综述引言随着电网规模的日益扩大，电力系统获得了巨大联网效益，但是同步电网构造也日益复杂，进而导致发输电元件的故障率不断增长，电网运营中的不拟定性和随机性问题也越来越突出，对电力系统安全分析的规定也越来越高。电力系统运营风险评估的目的是为了评估扰动事件对系统的潜在影响限度，评估的内容重要涉及扰动事件发生的也许性与严重性两个方面的问题。这一概念由CIGRE于1997年在文献1中第一次明确地提出，其目的是要对电力系统运营中的不拟定性进行定量化分析。McCalley在文献2中对运营风险评估的内涵和重要性进行了较全面的论述。具体来所，其目的是为了让调度运营人员更好的理解电网的运营状况及采
2、用每项决策所要承当的风险，一方面是评估电力系统运营中的不拟定性因素，建立风险指标体系，然后是研究在调度运营中如何应对风险、合理决策，例如基于风险的最优潮流等3。基本概念1 定义文献4中，出名电力专家Vittal给出了风险评估的基本定义，即对电力系统面临的不拟定性因素，给出也许性与严重性的综合度量,其数学体现式为 (1)式中:.表达系统的运营方式；表达第i个故障；表达故障发生的概率；表达在的运营方式下发生第i个故障后系统的严重限度；表达系统在运营方式下的运营风险指标。文献4中指出，区别于电网拟定性分析措施，运营风险分析实质上是老式可靠性研究与电网调度自动化的有机结合与提高。2 风险评估与老式安全
3、分析的关系对电力系统安全的研究经历了拟定性评估措施、概率评估措施和风险评估措施三个阶段。老式的能量管理系统（EMS）始终采用的是拟定性模型及其分析措施，即最多在拟定预想事故集时将最有也许发生的预想事故多考虑进来，按经验来考虑事故发生的也许性但并未进行量化分析，但是事实上电力系统运营中存在着诸多不拟定因素，采用拟定性模型并不能严格描述电力系统的。虽然老式的EMS也是基于全局分析，但无法给出全网的不拟定性量化指标，运营风险评估与之相比在于其科学性，运营风险指标既反映扰动发生的也许性又计及其影响后果的严重性，因而科学合理。运营风险评估与老式电力可靠性分析都是用来研究电力系统的不拟定性，所使用的不拟定
4、性模型是基本一致的，文献5中，从应用数学全空间结识的角度来看指出，风险评估问题与老式可靠性问题所要解决的模型是基本一致的。其重要区别是应用场合不同，基于概率的不拟定性分析最早的应用是发电系统概率可靠性评估、发输电组合系统概率可靠性评估，其重要应用领域是电力系统中长期规划，合用于规划设计部门。运营风险评估面向调度运营部门，其重要功能是由目前的电网运营方式和设备信息来预测将来短时间内的运营风险信息并给出避免控制方略。重要内容电力系统风险评估重要涉及如下几种方面的内容6：1.拟定元件停运模型；2.选择系统状态和计算她们的概率；3.评估所选状态的后果；4.计算风险指标；5.根据风险指标进行辅助决策。电
5、力系统由大量的发电机、架空输电线路、电缆、变压器、断路器、隔离开关以及无功补偿设备等构成。元件停运是系统失效的主线因素，系统风险评估一方面要拟定元件的停运模型。建立科学合理的电力系统设备元件停运模型，并对的求取元件处在各考察状态的概率，是进行电力系统运营风险评估的基本。老式的电力系统元件的停运模型见图17。文献6中在老式的风险评估增长考虑元件失效模型，研究了老化失效的建模措施并给出了应用实例。建立或简化停运模型时，重要的是理解一种失效事件如何发生，会产生什么样的影响，以及失效元件如何恢复运营。图表 1停运模型划分风险评估的第二项工作室选择系统失效状态并计算她们的概率。有两种选择状态的措施：状态
6、枚举和蒙特卡罗模拟。一般，如果元件的失效概率很小，或不考虑复杂的运营工况，则状态枚举法效果较好；如果严重事件的数量相对较大，或计及复杂运营工况时，则往往首选蒙特卡罗模拟法。风险评估的第三项工作是进行失效状态分析，以及评估她们的后果。根据所研究系统的不同，分析过程也许是简朴的功率平衡，或者是网络构造的连通性辨认，抑或是涉及潮流、优化潮流，甚至暂态和电压稳定性分析在内的计算过程。状态分析重要涉及概率稳定性和概率充足性分析两大部分。目前概率充足性分析大都基于直流潮流或交流潮流8，文献5中进一步提出运用动态潮流进行概率充足性评估。第二、三项工作完毕之后获得信息即可建立起表征系统风险的指标。对于不同的规
7、定，也许存在不同的风险指标。可将电力系统风险评估按照系统状态分析的性质，辨别为系统富余性和系统安全性两个方面。富余性一般只波及到稳态分析，安全性则规定暂态、动态和电压稳定性分析。通过对电网运营方式及设备元件的状态分析及风险指标的计算，决策者根据多种倒闸或者切负荷的风险指标，可以从多种可选操作中选用最优操作，使得系统运营状态风险最小，可靠性更高。研究进展及现状1 元件级的风险评估元件失效作为系统浮现故障的主线因素，与老式可靠性安全分析类似，基于风险的安全评估一方面考虑的也是元件的风险评估。，但与以往元件可靠性研究不同的是，元件风险评估不仅要进行数学模型的建立，并且还需要开发实时的监测系统、记录一
8、次设备故障后采购新设备的成本，并进行某些测量实验。1.1 架空线路的风险评估文献9，10提出，设计部门关注于得到一种容许载流量的“定值”，而调度部门应关注随着实时温度和风速状况的“变化值”，进而在线调节线路的功率上限。文献9中的风险评估重点考虑了架空导线通过电流时的下垂(相应故障后系统切负荷等损失的成本)和强度减少(线路寿命减少后重建线路的成本)的影响，外部条件重要考虑的是风速和气温的概率分布。文献10在文献9的基本上，在假设6d以内的风速、风向和外界温度等条件已知的前提下，一方面给出将来1h气象预报的概率分布，结合将来1h线路上通过的载流量的概率分布，然后用蒙特卡罗仿真来求线路温度的盼望值。
9、与文献9对风险的体现方式不同，文献10的风险是直接给出了故障概率值，而不再计算经济损失。该措施的难点是较难对的给出气象预报和温度等的概率分布。此外，如果在线不断变化线路的容许功率上限，对调度中心需要一种适应过程。此外，电流流过输电线路产生热量，一方面会使导体失去机械强度，另一方面会使导线膨胀增长线垂。1.2 变压器的风险评估设计部门关怀的是根据变压器过载运营时自身的温度以及在此温度下绝缘材料的老化限度，将它作为过载的限制条件，并计算过载能力。文献11提出，调度部门应关注变压器超载后绕组有效寿命减少和变压器整体绝缘毁坏的风险。该文献在变压器运营容量分析中考虑了负荷与外界温度有关的不拟定性，觉得变
10、压器绕组有效寿命减少的风险可用与替代绕组的成本有关的资金来计算，而变压器整体绝缘毁坏的风险则由更换整个变压器的成本来计算。2 系统级风险评估基于风险的安全评估一方面要具体分析系统运营的不拟定性，提高人们对电网安全的结识水平。目前研究将系统的不拟定性分离成静态安全风险、静态电压稳定风险、暂态稳定风险等几种侧面来进行，并进行了基于风险的安全域分析，此外动态电压稳定风险以及综合性的安全分析按评估的研究尚未波及。文献12中基于效用理论构造了故障的严重度模型，可以有效的辨别低损失、高概率故障和高损失、低概率故障，并提出了新的风险评价指标：过负荷风险指标、低电压风险指标、电压崩溃风险指标、功角失稳风险指标
11、。2.1 静态安全评估电力系统静态安全评估与老式的可靠性评估相类似，是对系统的静态安全分析，是基于概率分析的评估措施。文献13中提出了建立风险严重体现式的6个原则，即简洁、能反映出不同问题的特性、能反映出问题的严重限度、不应波及事故后调度员的发电在调度过程、用调度员可以直观理解的体现方式、与拟定性的决策准则相联系以便调度员接受。文献14中基于可靠性理论，用故障枚举和概率抽样相结合的算法计算计算了停电风险指标。文献15基于风险理论评估了电力系统脆弱性，并给出了新英格兰39节点系统的算例。2.2 电压稳定评估系统发生故障时，发生电压稳定性事故的也许性就会增大。基于风险的电压稳定评估所要解决的问题是
12、：运营条件变化前后风险如何变化?如何综合考虑电压稳定风险和为了减小此风险所需付出的代价?文献16作了这方面的初步摸索，所定义的严重性后果涉及2个方面：一是为了避开电压崩溃而进行切负荷等调度操作的经济评估；二是一旦浮现电压崩溃，此时会导致的全系统的停电损失。2.3 暂态稳定评估系统运营条件可以分为正常、警戒、紧急、极端和恢复等5种状态。从某种意义上来看，正常态和警戒态之间并没有主线性的区别，由于某些严重的不拟定性事件(例如保护拒动引起的波及性连锁故障)都也许使这两种状态变为紧急。基于风险的暂态稳定评估所要解决的问题是：在给定的运营方式下，针对发生故障的也许性及其严重性后果，计算出系统所处的风险水
13、平。与其她拟定性暂态稳定评估措施相比，它是在拟定性评估上的一种发展。对于某一种特定的运营方式和扰动而言，所使用的时域仿真等算法是同样的，区别在于它进一步对扰动的不拟定性因素进行定量评估。文献17通过度析故障切除时间的记录特性和不同类型故障的严重限度提出了基于归一化折态能量函数的暂态稳定性概率评估方略。2.4 安全域分析在基于风险的安全评估的安全域分析中，需要研究负荷变化和故障发生后随机性的安全域可视化体现。其难点在于安全域是高维的，要在2维或者3维空间体现十分困难。此外，安全域也难以迅速计算。文献18以一种4节点的小系统为例阐明其理论，重点分析了在波及风险计算条件下的安全域变化状况。该措施借鉴
14、了发电系统可靠性分析中机组容量停运模型累积状态的研究思路。3 基于可信性理论的风险评估电力系统元件的故障同步涉及随机性和模糊性，因而其不拟定性也同步涉及随机性和模糊性，进行随机性和模糊性的综合评估始终是一种困难问题。可信性理论是基本数学领域完毕的数学分支，给出了基于测度论的模糊论的公理化体系，并提出了随机性与模糊性的综合评估的严格数学基本。文献19中具体简介了可信性理论中的基本公理、可信性测度、模糊变量盼望值、随后模糊变量盼望值等基本内容，并简介了应用于电力系统的措施。文献20将可信性理论应用于电力系统风险评估，采用随后模糊变量盼望值表达全系统的运营风险指标，提出了基于可信性理论的运营风险评估
15、算法，并将该算法应用于WSCC9节点系统。并开发了同步具有串行和并行运营模式的风险评估软件，在金华电网得到初步应用。文献21中在缺少历史记录数据的状况下，将故障率视为模糊变量，并运用人工经验给出其从属度函数的措施，为电力系统运营风险评估的建模提供一种有效的解决途径。4 基于证据理论和效用理论的风险评估文献22在既有研究成果的基本之上基于证据理论具体构造了架空线路的故障也许性模型，能更好的反映外部环境对线路故障也许性影响，基于效用理论提出一种新的故障严重度评价模型，度量电力系统元件损失带来的不满意限度，所给出的指标能敏捷的反映电力系统故障风险的变化趋势。文献中将措施应用于北京电网夏季和冬季最大运营方式，基于北京电网1998-线路事故记录信息和其她记录资料建立了正常天气和恶劣天气下架空线路故障的也许性模型，分别给出了系统的风险指标，并对风险指标的敏捷度和算法的计算效率进行了分析，验证了措施的可行性和有效性。结论电力系统风险评估研究的难点重要涉及一下方面： 电力系统的不拟定性具有多种形式，要对的描述需要更好的电网模型； 由于电力系统的复杂性，其安全水平并也许由单一指标来表征，需要多种侧面建立指标体系，因此，如何建立科学、全面体现电网运营风险的指标体系，需要进一步研究；风险指标往往不具有解析体现式，并且基于风险的决策优化的计算量非常大，
