一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，包括电网拓扑结构参数输入模块、历史统计元件停运故障率输入模块、系统状态选择模块、潮流计算模块、故障事故后果严重度计算模块和风险评估模块。本发明专利技术有效克服了传统评估方法的不足；综合考虑了故障事故发生的概率及后果的严重程度两个方面，更为合理、全面地刻画了电力系统的风险情况；引入经济学领域的冒险型效用函数来定量刻画故障事故后果的严重程度，避免了采用线性严重度函数所带来的遮蔽现象，即多个小的元件越限值之和大于一个严重的元件越限值，进而更准确地反映出相对严重程度。

A security evaluation system of power system based on risk theory

The invention relates to a system of power system security assessment based on risk theory, including network topology parameter input module, historical statistics component outage fault rate input module, system state selection module, calculation module, fault accident severity calculation module and risk assessment module. The invention effectively overcomes the shortcomings of traditional evaluation methods; considering the two aspects of the severity of the fault probability and consequences of the accident, more reasonable and comprehensive characterization of the risk situation of power system is introduced in the field of economics; risk utility function to quantify the consequences of failure moment painting the severity of the accident, to avoid the use of linear masking phenomenon severity function caused by multiple small components more limit value is greater than the sum of a serious element limit value, and more accurately reflect the relative severity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统
本专利技术属于电力系统风险评估领域，具体涉及一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统。
技术介绍
目前，我国电力系统正逐渐发展成为超大规模的复杂系统，其表现为容量上的超大规模、空间上的广域分布和大范围的扰动传播，这种飞速发展在取得巨大经济和社会效益的同时，也承担着更大的风险，给电力系统稳定运行和控制带来了严峻挑战，一旦发生事故将会造成愈发严重的后果，因此快速、准确的安全性评估有助于全面了解电力系统风险并加以防范和规避，对电力系统的安全运行、规划决策等方面都具有重要意义。然而传统的评估方法仅仅从元件失效停运的概率角度出发，忽略了对元件停运对电力系统所造成后果的严重程度的衡量，而电力系统中存在这样的元件，表现为：失效概率低，一旦发生失效将对系统造成很严重的后果，故风险指标应该是概率和后果的综合体现，即既可以体现出故障事故的可能性，也反应出故障事故的严重程度，因此传统评估方法难以全面、合理、准确地评估电力系统的风险情况。
技术实现思路
本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，其特征在于，包括：电网拓扑结构参数输入模块：收集电网结构参数；历史统计元件停运故障率输入模块：收集电网元件停运故障率历史数据信息，并建立事故发生概率的数学模型；系统状态选择模块：接收电网拓扑结构参数输入模块和历史统计元件停运故障率输入模块输入的电网结构参数及电网元件停运故障率历史数据信息，基于输入信息通过蒙特卡洛模拟法产生系统状态并选取系统故障状态，将状态信息传输给潮流计算模块。并模拟产生系统的事故状态，并将当前系统事故状态信息传输给潮流计算模块；潮流计算模块：对系统状态选择模块中所产生的当前事故状态对所选择系统状态进行潮流计算，分析系统运行状态进而发现诊断系统低电压、过电压、线路过载的风险情况；当前事故状态包括输电线路故障、变压器支路故障、发电机停运及其多重组合故障状态；故障事故后果严重度计算模块：接收潮流计算模块输出的风险情况，并基于效用函数计算量化出电网中电压越限、线路过载、变压器过载以及失负荷情况的严重程度，风险评估模块：根据故障事故后果严重度计算模块得到的计算结果并基于风险数学表达式计算电力系统各个风险指标数值；所述的电网拓扑结构参数输入模块的输出端与历史统计元件停运故障率输入模块一同与系统状态选择模块的输入端相连接，系统状态选择模块的输出端和潮流计算模块的输入端相连接，潮流计算的输出端和故障事故后果严重度计算模块的输入端相连接，故障事故后果严重度计算模块的输出端与风险评估模块的输入端相连接，最后由风险评估模块得到电力系统风险指标数值。在上述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，历史统计元件停运故障率输入模块建立事故发生概率的数学模型的具体方法是：基于历史数据建立事故发生概率的数学模型，电力系统发生事故的概率基本符合泊松(Poisson)分布，即式中λi为元件停运故障事故发生的概率。在上述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，系统状态选择模块通过蒙特卡洛模拟法来模拟系统运行状态，通过对系统状态进行选取，输出至潮流计算模块进行系统状态分析。蒙特卡洛模拟法及系统状态抽取步骤如下：步骤S1：针对系统元件i产生[0,1]区间内服从均匀分布的随机数Ri。步骤S2：用0表示系统元件正常工作状态，1表示失效状态，代入下式计算：式中：Si表示系统元件i当前状态，Pi表示其失效概率。步骤S3：具有N个元件的系统状态用向量S为：S＝(S1,S2,...,SN)步骤S4：抽取当前系统状态，判断是否出现元件失效状态，若是则将系统状态S输入至潮流计算模块；若否，返回步骤S1。在上述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，潮流计算模块采用PQ分解法进行电力系统潮流计算，根据电力系统运行特点，即发电机功角主要与有功功率输出有关，发电机端口电压主要与无功功率输出有关，将复杂的牛顿-拉夫逊法潮流计算方程组解耦，大大减小了计算量，在保证具有较高精度的情况下减少了计算时间，提高计算效率。在上述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，潮流计算模块功能为对系统状态选择模块中所输入的当前故障状态进行潮流计算分析，获取系统运行状态(节点电压幅值、支路潮流信息),算法采用PQ分解法，根据电力系统中发电机功角主要与有功功率输出有关，发电机端口电压主要与无功功率输出有关的特点，将复杂的牛顿-拉夫逊法潮流计算方程组解耦，大大减小了计算量，在保证具有较高精度的情况下减少了计算时间，提高计算效率。在上述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，所述故障事故后果严重度计算模块基于经济学领域的冒险型效用函数进行表征，定义母线电压越限严重度函数为SV，母线的电压幅值决定其电压越限严重度的高低，用母线电压实际值与额定值的偏差程度表征后果的严重程度。设定当母线电压为1.0pu时，严重度函数取值为0；随着电压值偏离额定值，严重度不断增大。电压越限严重度函数表示为：与电压越限严重度函数类似，设定线路负载额定值为0.7pu，定义线路过载严重度函数为：设定变压器负载额定值为0.8pu，定义变压器过载严重度函数为：基于直流潮流最优潮流模型计算系统失负荷量，其数学表达式为：约束条件为：0≤Ci≤PDi(i∈ND)其中，T(S)、PG和PD分别指系统故障潮流、发电机容量和母线负荷；C是负荷削减矢变量；PGi、PDi、Ci和T(S)分别为PG、PD、C和T(S)的元素；NG、ND和L分别是系统发现母线、负荷母线以及支路的集合。模型目标是求取满足功率平衡、直流潮流方程、线路潮流和发电出力约束条件下的最小负荷削减总量。失负荷严重度SC用失负荷量占当期负荷的百分比表示。在上述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，定义风险为：伤害的可能性与该伤害所致的严重程度，即综合发生概率和后果严重度两个重要因素。风险值用这二者的乘积定量表示，即：Risk(X)＝P(X)×Sev(X)式中，Risk(X)表示故障事故的风险值，P(X)为故障事故发生的概率，Sev(X)为故障事故发生所造成后果的严重程度；所述风险评估模块基于风险理论，将故障事故的概率与严重度相乘，最终计算出各个风险指标数值。因此，本专利技术具有如下优点：1、通过蒙特卡洛模拟法来选择系统状态，考虑了电力系统本身的不确定性，有效克服了传统评估方法的不足；2、综合考虑了故障事故发生的概率及后果的严重程度两个方面，更为合理、全面地刻画了电力系统的风险情况；3、电力系统各个风险值的数学公式表征为故障事故发生的概率及故障事故后果的严重程度的的乘积，并引入经济学领域的冒险型效用函数来定量刻画故障事故后果的严重程度，避免了采用线性严重度函数所带来的遮蔽现象，即多个小的元件越限值之和大于一个严重的元件越限值，进而更准确地反映出相对严重程度。附图说明图1为本专利技术提供的电力系统安全性评估系统的结构示意图。图2为本专利技术中故障事故后果严重度计算模块得到的严重度函数曲线示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：如图1所示，该电力系统安全性评估系统包括：电网拓扑结构参数输入模块的输出端与历史统计元件停运故障率输入模块一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，其特征在于，包括：电网拓扑结构参数输入模块：收集电网结构参数；历史统计元件停运故障率输入模块：收集电网元件停运故障率历史数据信息，并建立事故发生概率的数学模型；系统状态选择模块：接收电网拓扑结构参数输入模块和历史统计元件停运故障率输入模块输入的电网结构参数及电网元件停运故障率历史数据信息，基于输入信息通过蒙特卡洛模拟法产生系统状态并选取系统故障状态，将状态信息传输给潮流计算模块；并模拟产生系统的事故状态，并将当前系统事故状态信息传输给潮流计算模块；潮流计算模块：对系统状态选择模块中所产生的当前事故状态对所选择系统状态进行潮流计算，分析系统运行状态进而发现诊断系统低电压、过电压、线路过载的风险情况；当前事故状态包括输电线路故障、变压器支路故障、发电机停运及其多重组合故障状态；故障事故后果严重度计算模块：接收潮流计算模块输出的风险情况，并基于效用函数计算量化出电网中电压越限、线路过载、变压器过载以及失负荷情况的严重程度，风险评估模块：根据故障事故后果严重度计算模块得到的计算结果并基于风险数学表达式计算电力系统各个风险指标数值；所述的电网拓扑结构参数输入模块的输出端与历史统计元件停运故障率输入模块一同与系统状态选择模块的输入端相连接，系统状态选择模块的输出端和潮流计算模块的输入端相连接，潮流计算的输出端和故障事故后果严重度计算模块的输入端相连接，故障事故后果严重度计算模块的输出端与风险评估模块的输入端相连接，最后由风险评估模块得到电力系统风险指标数值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，其特征在于，包括：电网拓扑结构参数输入模块：收集电网结构参数；历史统计元件停运故障率输入模块：收集电网元件停运故障率历史数据信息，并建立事故发生概率的数学模型；系统状态选择模块：接收电网拓扑结构参数输入模块和历史统计元件停运故障率输入模块输入的电网结构参数及电网元件停运故障率历史数据信息，基于输入信息通过蒙特卡洛模拟法产生系统状态并选取系统故障状态，将状态信息传输给潮流计算模块；并模拟产生系统的事故状态，并将当前系统事故状态信息传输给潮流计算模块；潮流计算模块：对系统状态选择模块中所产生的当前事故状态对所选择系统状态进行潮流计算，分析系统运行状态进而发现诊断系统低电压、过电压、线路过载的风险情况；当前事故状态包括输电线路故障、变压器支路故障、发电机停运及其多重组合故障状态；故障事故后果严重度计算模块：接收潮流计算模块输出的风险情况，并基于效用函数计算量化出电网中电压越限、线路过载、变压器过载以及失负荷情况的严重程度，风险评估模块：根据故障事故后果严重度计算模块得到的计算结果并基于风险数学表达式计算电力系统各个风险指标数值；所述的电网拓扑结构参数输入模块的输出端与历史统计元件停运故障率输入模块一同与系统状态选择模块的输入端相连接，系统状态选择模块的输出端和潮流计算模块的输入端相连接，潮流计算的输出端和故障事故后果严重度计算模块的输入端相连接，故障事故后果严重度计算模块的输出端与风险评估模块的输入端相连接，最后由风险评估模块得到电力系统风险指标数值。2.根据权利要求1所述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，其特征在于，历史统计元件停运故障率输入模块建立事故发生概率的数学模型的具体方法是：基于历史数据建立事故发生概率的数学模型，电力系统发生事故的概率基本符合泊松(Poisson)分布，即式中λi为元件停运故障事故发生的概率。3.根据权利要求1所述的一种基于风险理论的电力系统安全性评估系统，其特征在于，系统状态选择模块通过蒙特卡洛模拟法来模拟系统运行状态，通过随机抽样对系统状态进行选取，输出至潮流计算模块进行系统状态分析；蒙特卡洛模拟法及系统状态抽取步骤如下：步骤S1：针对系统元件i产生[0,1]区间内服从均匀分布的随机数Ri；步骤S2：用0表示系统元件正常工作状态，1表示失效状态，代入下式计算：式中：Si表示系统元件i当前状态，Pi表示其失效概率；步骤S3：具有N个元件的系统状态用向量S为：S＝(S1,S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明顺，赵立进，黄良，林成，苏华英，龙志君，韩文浩，张晓伟，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52