一种基于连锁故障的电力系统薄弱环节辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种辨识方法，具体涉及一种基于连锁故障的电力系统薄弱环节辨识 方法。
【背景技术】
[0002] 近年来世界范围内发生了多起大停电事故，如2003年北美"8. 14"大停电、2011年 美国"9. 8 "大停电、2012年印度大停电等，造成了重大的经济损失和社会影响，引起了各国 对电网安全运行问题的广泛关注。对事故的研究分析表明，大停电事故大多是由连锁故障 造成的。随着我国电网的大规模互联以及大容量电源的加入，电网始发故障引起潮流大规 模转移并引发连锁故障的可能性增大，电网运行潜在风险增加，给电网的规划调度以及安 全可靠运行带来了一定挑战，使得辨识影响连锁故障发生的薄弱环节显得十分必要。
[0003] 目前基于风险分析的薄弱环节辨识方法主要分为两类，一类是解析法，一类是模 拟法。这两类方法均存在一些缺陷，不能有效地对影响大停电事故的薄弱环节进行辨识。这 些缺陷主要体现在：
[0004] (1)模拟法和解析法只对始发故障进行评估，只考虑始发故障的影响，而不考虑由 于始发故障引起的事故连锁扩大过程，评估过程是静态的，而当前广泛关注的大停电事故 是动态的、连锁的，电网中影响事故扩大的薄弱环节只有在连锁故障过程中才能体现出来， 传统方法容易导致评估结果的不完整和不准确；
[0005] (2)解析法，如灵敏度分析法和可靠性跟踪法等，均基于复杂的数学解析表达式推 导得出各元件对系统风险的贡献，计算过程比较繁琐，而且该方法在目前广泛应用的蒙特 卡洛模拟方法下结果存在不稳定问题，所以只能通过枚举故障生成评估场景，这增加了大 电网薄弱环节辨识的工作量。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于连锁故障的电力系统薄弱环 节辨识方法，综合考虑了始发故障和连锁故障对电网安全运行的影响，通过风险参与因子 完成电力系统薄弱环节的辨识。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0008] 本发明提供一种基于连锁故障的电力系统薄弱环节辨识方法，所述辨识方法包括 以下步骤：
[0009] 步骤1 :获取基本技术数据、运行约束数据和可靠性数据；
[0010] 步骤2 :生成N个待评估的场景；
[0011] 步骤3 :对待评估场景进行评估；
[0012] 步骤4 :通过各支路的风险参与因子辨识电力系统薄弱环节。
[0013] 步骤1中，所述基本技术数据包括节点数据、输电线路数据、变压器数据、负荷数 据和发电机数据；
[0014] 所述运行约束数据包括发电机出力上下限值和支路潮流上下限值；
[0015] 所述可靠性数据包括发电机强迫停运率、输电线路强迫停运率和变压器强迫停运 率。
[0016] 所述节点数据包括节点基准电压；
[0017] 输电线路数据包括输电线路阻抗和输电线路导纳；
[0018] 变压器数据包括变压器阻抗、变压器导纳和变压器变比；
[0019] 负荷数据包括负荷有功功率和负荷无功功率；
[0020] 发电机数据包括发电机当前出力。
[0021] 步骤2中，采用蒙特卡罗模拟法生成N个待评估的场景，具体包括以下步骤：
[0022] 步骤2-1 :对于元件j，抽取（0, 1)之间且服从均匀分布的随机数U];
[0023] 步骤2-2 :确定元件j的运行状态Sj，有：
[0025] 其中，FORj表示元件j的强迫停运率；S 1时，表明元件j正常运行；S 0时， 表明元件j因故障退出；
[0026] 步骤2-3 :确定电力系统的运行状态S，有：
[0027] S= (S11S2,-,Sj,-,SJ
[0028] 其中，η表示电力系统中元件总数，j = 1，2,…，η ;
[0029] 步骤2-4 :重复步骤2-1至2-3,即可得到N个电力系统的运行状态，作为待评估的 场景。
[0030] 所述元件包括电力系统中的发电机、输电线路和变压器。
[0031 ] 所述步骤3中，采用连锁故障模型对N个待评估的场景依次进行评估，具体包括以 下步骤：
[0032] 步骤3-1 :设置连锁故障阶数为0 ;
[0033] 步骤3-2 :调整发电机的有功出力和负荷的有功功率，并记录各负荷节点的切负 荷量；
[0034] 步骤3-3 :对当前场景进行直流潮流计算，记录电力系统内各输电线路的有功潮 流结果；
[0035] 步骤3-4:如果存在输电线路有功潮流过载，则统计各输电线路过载率，找到过 载率最大的输电线路并将其切除，同时连锁故障阶数加1，更新潮流计算数据后，执行步骤 3-5 ;如果不存在输电线路有功潮流过载，则执行步骤3-6 ;
[0036] 步骤3-5 :判断连锁故障阶数是否达到设定的最大值，若是则执行步骤3-6,否则 返回至步骤3-2 ;
[0037] 步骤3-6 :累加连锁故障每阶故障下各负荷节点的切负荷量，对各负荷节点的切 负荷量求和即可得到负荷节点的总切负荷量。
[0038] 所述步骤3-2中，设Pg表示发电机g的有功出力，P ,表示负荷d的有功功率，具体 有：
[0039] 步骤3-2-1 :连锁故障发生后，如果XPg> XPd，则减小电力系统中所有发电机的 有功出力，直至XPd或某台发电机达到最小技术出力；如果xpg< XPd，则增大电 力系统中所有发电机的有功出力，直至SPdS某台发电机有功出力达到额定值；
[0040] 步骤3-2-2 :若仍存在ΣΡβ> ΣΡ d，则按照发电机当前出力由小到大进行切机操 作，直至满足SPg= Σ Pd;
[0041] 步骤3-2-3 :若仍存在ΣΡβ< ΣΡ d，则按照负荷有功功率由小到大进行切负荷操 作，直至满足SPg= Σ P d。
[0042] 所述步骤4具体包括以下步骤：
[0043] 步骤4-1 :计算每次连锁故障的发生概率，有：
[0045] 其中，P(C1)表示第i次连锁故障的发生概率；P(C11)表示第i次连锁故障中的第 1阶故障，即始发故障概率;M表示每次连锁故障的总阶数；Slk表示第i次连锁故障中第k 阶故障的故障修正系数，其表示为：
[0047] 其中，Fk表示第k阶连锁故障被切除的输电线路过载率，Fni表示第i次连锁故障 中第k阶故障过载支路过载率，ok表示第i次连锁故障中第k阶故障的过载支路集；
[0048] 步骤4-2 :计算各支路的风险参与值，有：
[0050] 其中，〇1表示第i次连锁故障被切除支路集，Rb表示支路b的风险参与值,L 1表示 第i次连锁故障的切负荷量；
[0051] 步骤4-3 :计算电力系统的风险指标，有：
[0053] 其中，R表示电力系统的风险指标；
[0054] 步骤4-4 :计算各支路的风险参与因子，有：
[0055] Ib= Rb/R
[0056] 其中，:^表示支路b的风险参与因子；
[0057] 步骤4-5:对各支路的风险参与因子进行排序，风险参与因子越大，表明该支路对 连锁故障的扩大影响越大，属于电力系统的薄弱环节。
[0058] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0059] 本发明将连锁故障模型引入到风险评估的状态分析中，考虑了始发故障发展成为 连锁故障后对电网的影响，切合大停电事故动态、连锁的发展规律，能够借助于连锁故障过 程分析辨识影响大停电事故的薄弱环节，真正筛选出在大停电事故中起关键作用的元件， 所得出的薄弱环节结果更全面准确、更具参考价值；
[0060] 与灵敏度分析法、可靠性追踪法等解析法相比，本发明有效继承了基于蒙特卡洛 模拟法风险评估的成熟理论，无需进行复杂关系式的推导，也不用进行故障的枚举，尤其是 系统较大时，本发明的优势将更明显。
【附图说明】
[0061] 图1是本发明实施例中基于连锁故障的电力系统薄弱环节辨识方法流程图；
[0062] 图2是本发明实施例中评估待评估场景流程图。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0064] 本发明提供一种基于连锁故障的电力系统薄弱环节辨识方法，如图1，所述辨识方 法包括以下步骤：
[0065] 步骤1 :获取基本技术数据、运行约束数据和可靠性数据；
[0066] 步骤2 :生成N个待评估的场景；
[0067] 步骤3 :对待评估场景进行评估；
[0068] 步骤4 :通过各支路的风险参与因子辨识电力系统薄弱环节。
[0069] 步骤1中，所述基本技术数据包括节点数据、输电线路数据、变压器数据、负荷数 据和发电机数据；
[0070] 所述运行约束数据包括发电机出力上下限值和支路潮流上下限值；
[0071] 所述可靠性数据包括发电机强迫停运率、输电线路强迫停运率和变压器强迫停运 率。
[0072] 所述节点数据包括节点基准电压；
[0073] 输电线路数据包括输电线路阻抗和输电线路导纳；
[0074] 变压器数据包括变压器阻抗、变压器导纳和变压器变比；
[0075] 负荷数据包括负荷有功功率和负荷无功功率；
[0076] 发电机数据包括发电机当前出力。
[0077] 步骤2中，采用蒙特卡罗模拟法生成N个待评估的场景，具体包括以下步骤：
[0078] 步骤2-1 :对于元件j，抽取（0, 1)之间且服从均匀分布的随机数U];
[0079] 步骤2-2 :确定元件j的运行状态Sj，有：
[0081] 其中，FORj表示元