電力系統(tǒng)風險評估

緒論

成H理懂方泣

MOrt

Kt機分抽4注

電”燼Ni*ff.

箕汜性評

什么叫風險？

-電力系統(tǒng)中存在哪些風險？

?大規(guī)模風電入網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來哪些風險？

教材及參考文獻：

1.《電力系統(tǒng)風險評估模型、方法和應用》李文沅著

2.郭永基《電力系統(tǒng)可靠性分析少

3.靜鐵巖，《大規(guī)模風電并網(wǎng)條件下的電力系統(tǒng)有功功率平衡理

論研究》，博士論文第一章緒論部份,

4.張麗英，葉廷路等，大規(guī)模風電接入電網(wǎng)的相關問題及措施.

中國機電工程學報.Vol.30(25),2022

1-1電力系統(tǒng)中的風險

?風險和可靠性的關系

-描述同一個事實的兩個方面：更高的風險即更低的

可靠性

?本課程的目的：討論電力系統(tǒng)風險評估的模

型、方法及其工程應用

?電力系統(tǒng)風險的根源：設備的隨機故障，負荷

的波動，市場環(huán)境下多變的市場需求及市場參

預者的行為，可間歇性能源入網(wǎng)。。。

?風險管理包括:

-實施風險的定量評估：建立表征系統(tǒng)風險的指*示

-確定降低風險的措施：意味著投資

-確認可接受的風險水平：對技術、經(jīng)濟、社會以及

環(huán)境等因素進行綜合評估

?電力系統(tǒng)風險評估合用的領域:

-發(fā)、輸、配系統(tǒng)的規(guī)劃

-電源規(guī)劃

-運行風險評估

-設備維修

-設備備用分析

-變電站接線分析

-輸電服務

?評估所選系統(tǒng)狀態(tài)的后果

-由評估分類決定具體的運算

-充裕性分析：表明系統(tǒng)設施是否能充分滿足用戶的

負荷需求和系統(tǒng)運行的約束條件，只涉及到系統(tǒng)的

穩(wěn)態(tài)條件，不要求動態(tài)和暫態(tài)分析。

-安全性分析：系統(tǒng)對動態(tài)和暫態(tài)擾動的響應能力。

因此通常要進行動態(tài)、智態(tài)或者電壓穩(wěn)定性分析。

-基于歷史停運統(tǒng)計數(shù)據(jù)的評估

?風險指標

-反應停電規(guī)模，電壓的變化或者均值，潮流的變化

或者均值等

-單位停電損失

?基于用戶損失函數(shù)的方法：

?基于投資核算的方法：

-基于國民生產(chǎn)總值的方法；

第二章系統(tǒng)元件的停運模型

可修復強迫失效

?Componenttwo-state

model:______________Failurerate:X________________

UpstateaDownstale

?Repairrate:/J)

Failurerateandrepairrate:from

statisticsofthelargelcomponent.

Forexample:failuretin7e

人，sofs

years

MeanTimeToFailure(MTTF):MTTF=

MeanTimeToRepair(MTTR):MTTR-一

P

A=21=W_

AvailabilityA:M邛音七MTJR工十工人

=Sb/p/nneJ+〃

Z\tipnwq,

+\hm

,UnavailabilityU:U=\—A

?MeanTimeBetweenFailure(MTBF):MTBF=

MTTF+MTTR

?Failurefrequencyf:f=----------------二AA=〃U

MTBF

Example:

?Statisticsofa200MW人二5.68times/year

generator:方350/Zme5/year

A/7TF=_=0.17606(yeai)

MTTR=±=0.00286(year)

P?

A_MTTF_//35()

—=0.98403

MTTF八MTTR一5.68+350

f二朋二小二5.68x0.98403=5.5S9(thnes/year)

?Thereliabilityofasystem:dependsonthereliabilityofthe

componentsinvolved,andsystemstopologj

?Seriesconnectedsystem:

1=1/=1fI-/Ji

A-=4+>9+???+用A

Example:&

?Asimplepowersupplysystem;theavailabilityofeach

componentis:generatorA]=0.990099.transformer

A2=0.999933,busbarA,=0.999965,circuitbreaker

A4=0.999833,transmissionlineA5=0.999334.whatisthe

availabilityofthewholesystem?

A、二巾凡二09900990.999933xO.99996$x0.999833

xO.999334

=0.988907

?Parallelconnectedsystem:onlywhenall

componentsfail,thesystemfails.

n

_L=P\-2+一，?一工

f=i

(a)Parallelconnected

system

(b)Equivalentsystem

Example

?Twotransformersareinparalleloperation.Statisticsare:

Z=O.()5〃2〃es/year

MT7R;=250/i

7=1,2

Whatisthefailurerateofthisparallelconnectedsystem

andtheMTTFofthesystem?

(0.05Y=4

25()0.05+35.04I-2.+70.08

MTTR-------——=0.02854

xj=0.1423x10'-times!year

'365x24

u=-------------times/yearMTVF^=―=io274year

Ml7R0.02854A

I"2=2x35.04=70.08HmCS!丁6。廠

"=351.37

4

A+Ai九-叫）勺，（

?Integratedsystem:breakdownintoseries

connectedsubsystemandparallelconnected

subsystem

Example

?A:powersupplybus;C:loadpoint.

SupposebusbarAisalways

available.Question:

-whatisthefailurerateofpointCandthe

totaldowntime;

-Whatisthereliabilityofpointc

ParallelconnectedY

seriesconnected

ComponemFailurerateRepairrateComponentFailurerateRepairnite

II057513ni75

0517.5

L2L40.67.5

?Parallelconnected1:『〃L2

42二布為

〃(外+如一人+目冬+七

［上二2x1168=2336times/year

=().427以1()times!year

?Seriesconnected2:0+5

,23二人2十幾=o.4279x1(T1+o.i=oAyear

幽二缶馮

如+卷+知1+缶人+力

"5=117\timesfyear

?Parallelconnected3:ti23//h

&2A4=°-103x103times/year=2339",〃心、/year

?Unavailability：

0.103x10"

Ui10

二佑234+乃234-0.103x10'+2339=o心、

?TotaldowntimeatbusbarC:

,="sX8760=0.386x10'U

?ReliabilityatbusbarC:

T

Ed—南戲說=(”)*眼-99.999995幼

?作業(yè)：

-Matlab編程，實現(xiàn)可修復強迫失效相關計算。

計劃停運

最簡單的蒙特卡洛仿真流程

Slut

考慮連鎖故障的MonteCarlo仿真流程

____________尸

ShnuLucCa>u'adeTrippings

..i：,

AnyTripping二）

,no

■▼.

I?"Entiu^hSirnulalKHi?

C\?ni]KilrtuicigvNtHSennl

J

end

元件的失效模型參考文獻

?考慮保護的隱性故障J.ChenfJ.S.Thorp,I.Dobson.Cascadingdynamicsand

mitigationassessmentinpowersystemdisturbancesviaahiddenfailuremodel.

InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems.2005,27:318-

326

?考慮天氣變化對導體散熱影響M.Anghel.K.A.Werley,A.E.Motter.Stochastic

modelforpowergriddynamics.The40thHICSS.2022

?環(huán)境相依失效盧錦玲，朱永利.基于暫態(tài)能星裕度的電力系統(tǒng)脆弱性評估.電工技術學報，

2022,25（6）：96-103（看2.1節(jié)）

保護的隱性故障

?當有路線斷開時，與此路線兩端相連的所有路線的保護均存在發(fā)生隱性故障的可能。

?僅考慮單重隱性故障。

為Ba忤故障概率：尸為宰龜保護動作概率」為路線仃功潮而

考慮天氣變化對導體散熱影響

?隨機路線故障模型

-路線I上發(fā)生的隨機故障由泊松過程描述。即在時間

段t中發(fā)生的故障的次數(shù)服從泊松分布，均值為

風功率波動建模

?WindTurbineGeneratorModeling

(><5WZ<VdVb

\A+lixSWt+CxSWf)<SWt<V,

P(SWt)

Vr<SWt<Vn

=J(

P(SWt)：windturbineoutputSWt:WindspeedVa*cui-inwind

speed

ruledspeed

VL,:cut-outspeed

510”2025

P5r?rlIE/C、

P-Wcharacteristicestablishedfor1.5-MWdoubly

fed(continuous)and1.5-MWfixedspeed

asyiichionouswindgeneiatois(dotted).

?Windsneedmodeling：

-Drawingofan

uniformlydistributed

numberuonthe

interval[0,1];

-Applicationofthat

drawnrandomnumber

utotheWeibull

Cumulative

DistributionFunction

F(W,AfB)inorderto

determinethe

associatedwindspeed

w.

Note:CumulativeDistributionFunction.p(x<x)

序貫蒙特卡洛仿真

?狀態(tài)時間抽樣法

-第1步：指定所有元件的初始狀態(tài)（?般假定均處于運行狀態(tài)）

-第2步：對每一元件停留在當前狀態(tài)的持續(xù)時間進行抽樣。

-第3步：在所研充的時間跨度內(nèi)重復第2步，并記錄所有元件的何■?狀態(tài)持續(xù)時間的抽

樣值，獲得給定時網(wǎng)跨度內(nèi)每-?元件的隨機狀態(tài)轉移過程。

-第4步：組合所有元件的狀態(tài)轉移過程，建立系統(tǒng)時序狀態(tài)轉移循環(huán)過程。

-第5步：對每一個不同系統(tǒng)狀態(tài)進行系統(tǒng)分析，計算風險指標函數(shù)。

負荷的處理

?負荷保持不變

?年負荷曲線

?5.2負荷水平率【未計入不?定性I

飯荷水平_________

(I

了“丁

Pl-Tl/T

LaP.-T/1

年負荷曲線，并考慮隨機變化

W%3U分段正志分4,IB形

?負荷分區(qū)、增長及隨機波動

-假設在蒙特卡羅仿真的每-?個循環(huán)內(nèi)，負荷為該循環(huán)的平均負荷與某一隨機變化量的

疊加，H在該循環(huán)中保持不變。所有仇荷節(jié)點按其所處位殂劃分為?vF個區(qū)域，處

于同?區(qū)域的負荷變化幅度相同，不同區(qū)域之間負荷的變化幅度不同。

第，+1循環(huán)的——

平均負荷礦二禮'廠

-X代表平均負荷的增K速度，略大于1,可設定。隨機因了/在區(qū)間［1〃,刃上變化。

則對于給定的，，所引入的負荷波動系數(shù)為（r-i）/2/A7o

P98負荷曲線模型

?多級負荷水平模型

-將各個母^符合按其遵循的不同負荷由線分類為相同的母線組。

每一個母線組有其使用的負荷持續(xù)曲線。

-使用聚類技術

-選擇聚類均值Mij的初值，i代表聚類，j代表曲線j

?利用下式計算何小時仇荷點至每個聚類均值的歐拉距高

?負荷點分配到最近的聚類，敢新編組.并利用卜?式計算新的聚類均值M

O=￡L/N]

*=i

?里度第2步和第3步，直到全部聚類均值在迭代中保持不變?yōu)?上。

使用收斂后的聚類均值Mij作為多級負荷模型中每一曲線每一聚類的負荷水平。

故障分析

?基于交流潮流的最優(yōu)潮流模型

-目標函數(shù)：社會效益最大化（等效成發(fā)電費用最

小），切負荷量最小，網(wǎng)損最小。。O

-約束條件：

?等式約束：功率平衡.不等式約束：運行極限

min~八q總+bR,+C.

/-I

牛L%一”加（Q3電+%sin%）=0

kcJy-i

?Qs十sQkQm-5如j（Gosmq一及*）=。心l€i/=!

AGnim—人GIR；mux

Q：nun——nuix

UtninrUt<>UiUlux

一耳一叫皿gM反+￥心

nisi~~nut\

-期望卻供電量（EENS）

Nl.

EENS=±￡n(5)C(y)j「

?NL:variousloadlevels

77:（heno.ofhoursthatsystemhasthe?hloadlevel

?C（S）:loadshedofstateS

?,心）:theno.ofrunstluitsystemhasaloadshedofC（S）

?Ni:（hetotalno.ofrunsinthesimulation

Fl:underthe沖loadlevel,thesetofrunsthathavenon-zero

loadshed.

?EENSz

其中S導致切負荷的系統(tǒng)狀態(tài)集合0是狀態(tài)

卜，系統(tǒng)的切伍荷量，〈是系統(tǒng)族態(tài)什的蒙特卡

洛循環(huán)次數(shù)，丁是蒙4寺卡洛總的循環(huán)次數(shù)?

負荷削減頻率

PLC=、b

i=5(s)]77

?n(s)：抽樣中S狀態(tài)的發(fā)生數(shù)；

?匕是多級負荷模型中，第i級負荷水平下系統(tǒng)失效嵌態(tài)

的集合：

?7；是全i負荷水平的時間長度h；

?T是負荷曲線的總時間區(qū)間h；

-NL是負管水平分級數(shù)

?AveragelineflowlimitPerMWserved:itisusedtoshow

theefficiencyoftheinvestment.

Z")

?wherePd(t}istheaverageloaddemandofthetestsystem

atthe/thsimulationrun.NLineistheno.oftransmission

inesinthesystem.Fjmax(t)isthetransmissioncapacity

imitofline/atthefthsimulationrun.

?TheaveragelineflowlimitperMWservedisusedasa

measureotgridutilization.Sincethegridinvestment