专利名称：一种电网500kV终端变电站建设的综合风险评估方法
技术领域：
本发明涉及一种电网终端变电站建设的综合风险的评估方法，尤其是涉及一种计入电网损失及社会影响的电网500kv终端变电站建设的综合风险评估方法。
背景技术：
现代化电网的规模逐步扩大，结构日趋复杂，各个变电站之间的平均电气距离越来越小，成为强联系的互联同步电网。这样的结构，会导致发生大面积停电事故的风险有所增加，给系统调度运行带来很大的挑战。终端站建设，作为一种简化网架结构，实现对负荷中心的高密度供电的手段，越来越受到人们重视，逐步由原来的IlOkV等中低压电网末梢节点发展到500kv终端站。500kV终端站作为合理网架结构的重要组成部分，能够从优化电网结构角度来控制短路电流以及满足负荷中心区日益增大的供电密度需求，同时释放了中心城区220kV电源变电站的供电能力和电源间隔，缓解了一些主要输电线路的供电压力。从整体优化电网结构而言，合理的终端站设计有助于降低电网的短路电流水平，保障整体结构的合理性和优化。因此，在条件具备的区域建设若干终端站，避免骨干输电网日趋紧密的单一发展趋势，成为高压骨干网架规划的一个重要技术思路。建设终端变电站有安全性的风险，风险评价主要是从电网安全、缺供电、设备损失、社会影响四个方面描述。电网风险评估一直是电力系统的热门研究领域。迫于经济的压力，电网的投资一直滞后于负荷需求的增长速度，最终导致电力系统的运行点越来越接近其安全边界，概率风险评估方法在电网的应用得以重视起来。目前国内电网公司正积极尝试和推进电网安全风险进行量化评价和分级管理。现有的风险评估只是考虑概率后果的，可以理解为是电网风险评估，没包括社会风险、考虑潮流越限风险和电压越限风险。目前尚没有计入电网损失及社会影响的电网500kV终端变电站风险的评估计算方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种计入电网损失及社会影响的电网500kV终端变电站风险评估计算方法，考虑到电网安全风险以便为500kV终端变电站的规划设计提供辅助信息。解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案一种电网500kV终端变电站建设的综合风险评估方法，包括如下步骤S1.收集5年时间内全国和某地区范围内的500kV终端变电站及其周边500kV电网、220kV电网的主要元件的风险基础数据包括故障率和平均每次故障修复时间，分别取平均值得到各主要元件风险评估的输入数据；S2.计算500kV终端站的风险将500kV联络线故障、500kV终端变电站主接线故障、220kV受端电网故障按串联故障模式进行分析，计算500kV终端变电站如下风险指标
各指标的计算方法如下(I)切负荷概率PLC(2)电量不足期望EENS (MWh/年)(3)严重程度指标SI (系统分)(4)缺供电风险(元/年)
η—变电站总数Cl1-第i个变电站的可变电价函数(元/MWh)EENS-H i 个变电站的 EENS(5)电网安全风险(Risk of Grid Security, RGS)(兀 / 年)n-设备总数λ1-第i个设备(输电线路或变压器)的故障率(次/年)t-第i个设备的平均故障修复时间(小时/次)SLoad_-H i个设备退出运行后系统的潮流越限严重度Svaltage -H i个设备退出运行后系统的电压越限严重度Stomal」一系统正常运行时潮流越限严重度与电压越限严重度之和
krisk—严重度经济折算系数(元)(6)设备损坏风险(元/年) m—变电站总数D(Isi)—第i个变电站受损程度函数，表示故障对变电站设备的损伤程度，与变电站短路电流Isi相关Ci一第i个变电站主要设备总价值(元)Pd1-H i个变电站受损概率函数(7)社会影响风险(元/年)n—构成社会影响的事故总数ksi—第i个事故的社会影响系数
kPi—产电比，是指一个地区或一个行业在一年中创造的产值(用货币形式表示)与消耗的电能之比，元/MWhCp-H i个事故电力公司受到的处罚金额(元/年)(8)综合风险(元/年)CRV=krgsRGS+krveRVE+krensRENS+kredRED+krsiRSI (8)krgs—电网安全风险权重krens-缺供电风险权重kMd—设备损坏风险权重krei—社会风险权重所述的SI中的主要元件指输电线路、变压器、断路器、母线、隔离开关和发电机，所述的风险基础数据还包括计划检修率和平均每次计划检修时间。所述的SI中所述的风险评估输入数据计算步骤如下针对500kV联络线的同塔双回线路的三种故障模式一回检修与另一回故障重叠、两回线同时发生独立故障、两回线发生共因故障，根据马尔科夫理论模型，分别建立如下同塔双回线路故障模型检修停运与故障停运重叠模型、多重独立故障停运模型、共因故障停运模型，并采用解析法分别计算三种故障模式的故障率和故障持续时间，并通过累加得到总故障率和总停运时间。所述的S2中的(5)电网安全风险计算步骤如下对电网中所有输电线路和变压器进行一重故障遍历，分别对每种故障模式计算电网的潮流越限严重度和母线电压越限严重度，为此需计算电网中各线路、变压器的潮流以及母线的电压，通过严重度函数求得各线路、变压器的潮流越限严重度以及母线的电压越限严重度，分别求和得到每种故障模式下的一重故障潮流越限严重度和电压越限严重度。计算正常运行状态下的潮流越限严重度和母线电压越限严重度，两者相加得到正常状态系统严重度，用一重故障严重度之和减去正常状态系统严重度并与严重度经济折算系数、故障持续时间、故障率相乘可得到电网安全风险。所述的S2中(4)缺供电风险计算步骤如下建立可变电价函数与EENS指标相乘得到缺供电风险，将评估区域的产电比与电价求和，其结果与变电站的重要度相乘，可得到每一个变电站供电区域的可变电价。变电站重要度由电网重要度和负荷重要度两部分相乘得到。电网重要度通过变电站的进线回数计算，对于220kV变电站，认为双回进线时其重要度为1，每增加一回线重要度增加O. 1，变电站的重要度应和电压的平方等比增长，因此对于500kV变电站，双回进线时重要度为IX (500/220)2=5. 17，每增加一回线重要度增加O. 517 ;负荷重要度根据变电站负荷的供电等级来计算，可根据各等级的负荷功率计算平均负荷等级，并以此作为负荷重要度。S2中所述的设备损坏风险计算步骤如下首先计算设备受损程度函数、设备受损概率函数和变电站设备总价值，三者的乘积即为设备损坏风险。通过事故统计数据建立设备受损程度与短路电流的关系，通过短路电流的大小计算设备受损程度。设备受损概率通过故障率和变电站设备受影响的比例相乘得到，对于输电线路故障，受影响的设备是从故障点到两端变电站母线间的所有设备，对于主接线故障认为是本站全部设备。S2中所述的社会影响风险计算步骤如下
社会影响风险分为社会影响损失、电力公司罚款两部分，首先根据国务院599号文对故障规模进行划分，据此可直接由条例计算电力公司的罚款；提出社会影响系数以估计社会影响损失，用故障的EENS指标与社会影响系数相乘，再折算成经济指标即可得到社会影响损失，将电力公司罚款与社会影响损失相加得到社会影响风险。S2中所述的综合风险计算步骤如下综合风险由电网安全风险、缺供电风险、设备损坏风险、社会影响风险加权得到，电力公司可根据实际需要确定权重，例如根据本年度的工作重点确定更关注的风险，并提高其权重。参见图1和图2，根据以下分析实现上述风险评估计算500kV终端变电站的风险，要充分研究500kV终端变电站与整个500kV电网的网架结构、下接220kV电网的相互影响。从电源(发电厂)到负荷(到下接220kV电网的降压变压器)的能量流经的路径可描述为，如附图1所示电源一500kV电网一500kV进线一终端变电站500kV电气主接线一500/220kV变压器一终端变电站220kV电气主接线—220kV出线一下接220kV电网一负荷，其中，终端变电站500kV电气主接线一500/220kV变压器一终端变电站220kV电气主接线组成500kV终端变电站。对照上述能量流经路径，评价500kV终端站的风险需要考虑500kV联络线、站内设备(500kV和220kV电气主接线、变压器等站内设备)、220kV出线、220kV电网、负荷，因500kV电网故障导致终端站停电的概率极低，故在此不考虑500kV电网的影响。由于500kV终端站(500kV终端变电站的简称)的500kV电压进线只有一路或两路同塔双回线路，该线路将500kV终端站与500kV电网相连，500kV联络线和站内设备的故障会导致终端站失去电源，作为终端站主要故障模式进行评价。220kV出线回数较多，同时故障的可能性极小，故将220kV出线看作220kV电网的一部分，负荷也作为220kV电网的一部分考虑。因此可将500kV终端站分为三个环节即500kV联络线、站内主接线、220kV电网，分别对每个环节进行风险评估，综合各环节的风险值得到500kV终端站的风险。500kV终端站的风险评价主要目标是从电网安全、缺供电、设备损失、社会影响四个方面描述终端站的安全性。有益效果该方法综合考虑了电网安全、缺供电损失、设备损坏、社会影响四方面的风险因素，全面涵盖了电网风险的直接技术影响和间接社会影响，使规划方案对安全性的量化更加准确与全面。与现有电网风险评估方法相比，该方法的特征在于从风险方面量化地刻画了终端站方案降低短路电流的效果，结合国务院599号文量化了终端站发生大规模事故对电网公司造成的内部损失以及社会影响。
图1为本发明的500kV及220kV混合电网的示意图；图2为实施例的500kV终端站及220kV电网的拓扑图；图3为潮流越限严重度函数；图4为电压越限严重度函数；图5为设备受损程度函数；图6为社会影响系数函数。
具体实施例方式参见图1，为本发明的500kV及220kV混合电网的示意图，图2则为实施例的500kV终端站及220kV电网的拓扑图。本发明的基于综合致因分析的500kV终端变电站风险评估计算方法的较佳实施例的具体步骤如下第一步收集近5年内的500kV终端变电站及其周边500kV电网、220kV电网的主要元件如输电线路、变压器、断路器、母线、隔离开关、发电机等元件的风险基础数据，主要包含故障率、平均每次故障修复时间、计划检修率、平均每次计划检修时间；对5年数据作平均计算，得到的数据作为风险评估的元件输入数据，为提高计算有效性应收集全国和地区两套数据做两套计算。评价终端变电站的风险首先应对500kV、220kV电网的主要设备的风险统计数据进行整理和加工，电网风险评估需要包括500kV线路、500kV变压器、220kV线路和发电机的风险基础数据；主接线风险评估还需要补充断路器、隔离开关、母线等设备的风险基础数据。所需要的设备的风险基础数据应包含故障率、故障修复时间、计划检修率、计划检修时间四个基本参数。如果不计入计划检修的影响，可以不采集计划检修率和计划检修时间。第二步计算基础风险指标，包括切负荷概率PLC、电量不足期望EENS、严重程度指标SI。根据元件的故障率、检修率、平均故障修复时间和平均计划检修时间，可对基础风险指标进行计算，在计算时按照上述500kV终端站3个环节进行计算，在每个环节的基础风险指标计算中使用解析法对所有故障模式进行遍历，计算得到每种故障模式的基础风险指标，将其累加得到各环节的基础风险指标值，进而求和可得到500kV终端站的基础风险指标。第三步，计算电网安全风险电网安全风险考虑潮流越限和母线电压越限对电网安全造成的风险，正常运行状态下的电网一般没有潮流越限和母线电压越限的情况，因此电网安全风险只考虑一重故障下电网的潮流越限和母线电压越限，通过严重度函数评价潮流越限和母线电压越限的严重程度。考虑系统运行的稳定裕度的要求和继电保护装置动作的阈值要求，规定潮流越限严重度计算公式如下
权利要求
1.一种电网500kV终端变电站建设的综合风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤 ·51.收集5年时间内全国和某地区范围内的500kV终端变电站及其周边500kV电网、220kV电网的主要元件的风险基础数据包括故障率和平均每次故障修复时间，分别取平均值得到各主要元件风险评估的输入数据； ·52.计算500kV终端站的风险将500kV联络线故障、500kV终端变电站主接线故障、220kV受端电网故障按串联故障模式进行分析，计算如下风险指标 (1)切负荷概率PLC
2.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于，SI中所述的主要元件指输电线路、变压器、断路器、母线、隔离开关和发电机，所述的风险基础数据还包括计划检修率和平均每次计划检修时间。
3.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于所述的Si中的风险评估的输入数据计算步骤如下 针对500kV联络线的同塔双回线路的三种故障模式一回检修与另一回故障重叠、两回线同时发生独立故障、两回线发生共因故障；分别建立如下同塔双回线路故障模型检修停运与故障停运重叠模型、多重独立故障停运模型、共因故障停运模型，并采用解析法分别计算三种故障模式的故障率和故障持续时间，并通过累加得到总故障率和总停运时间。
4.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于所述的S2中的(5)电网安全风险计算步骤如下 对电网中所有输电线路和变压器进行一重故障遍历，分别对每种故障模式计算电网的潮流越限严重度和母线电压越限严重度，为此需计算电网中各线路、变压器的潮流以及母线的电压，通过严重度函数求得各线路、变压器的潮流越限严重度以及母线的电压越限严重度，分别求和得到每种故障模式下的一重故障潮流越限严重度和电压越限严重度。计算正常运行状态下的潮流越限严重度和母线电压越限严重度，两者相加得到正常状态系统严重度，用一重故障严重度之和减去正常状态系统严重度并与严重度经济折算系数、故障持续时间、故障率相乘可得到电网安全风险。
5.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于所述的S2中的(4)缺供电风险计算步骤如下 建立可变电价函数与EENS指标相乘得到缺供电风险，将评估区域的产电比与电价求和，其结果与变电站的重要度相乘，可得到每一个变电站供电区域的可变电价。变电站重要度由电网重要度和负荷重要度两部分相乘得到。电网重要度通过变电站的进线回数计算，对于220kV变电站，认为双回进线时其重要度为1，每增加一回线重要度增加O. 1，变电站的重要度应和电压的平方成正比，因此对于500kV变电站，双回进线时重要度为IX (500/220)2=5. 17，每增加一回线重要度增加O. 517 ;负荷重要度根据变电站负荷的供电等级来计算，可根据各等级的负荷功率计算平均负荷等级，并以此作为负荷重要度。
6.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于所述的S2中的(6)设备损坏风险计算步骤如下首先计算设备受损程度函数、设备受损概率函数和变电站设备总价值，三者的乘积即为设备损坏风险。通过事故统计数据建立设备受损程度与短路电流的关系，通过短路电流的大小计算设备受损程度。设备受损概率通过故障率和变电站设备受影响的比例相乘得至IJ，对于输电线路故障，受影响的设备是从故障点到两端变电站母线间的所有设备，对于主接线故障认为是本站全部设备。
7.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于所述的S2中的(7)社会影响风险计算步骤如下 社会影响风险分为社会影响损失、电力公司罚款两部分，首先根据国务院599号文对故障规模进行划分，据此可直接由条例计算电力公司的罚款，提出社会影响系数以估计社会影响损失，用故障的EENS指标与社会影响系数相乘，再折算成经济指标即可得到社会影响损失，将电力公司罚款与社会影响损失相加得到社会影响风险。
8.根据权利要求1所述的500kV终端变电站的综合风险评估方法，其特征在于所述的S2中的(8)综合风险计算步骤如下 综合风险由电网安全风险、缺供电风险、设备损坏风险、社会影响风险加权得到，电力公司可根据实际需要确定权重，例如根据本年度的工作重点确定更关注的风险，并提高其权重。
全文摘要
一种电网500kV终端变电站建设的综合风险评估方法本发明属于电气工程技术领域。500kV变电站以终端站方式接入电网能够优化500kV网架结构，但同时造成可靠性水平的下降、风险的上升，因此需要对终端站的风险进行综合全面的评估。本发明针对这一问题提出了一套综合的500kV终端站风险指标体系以及相应的风险评估方法，从电网安全、缺供电损失、设备损坏、社会影响四个方面量化了500kV终端站的风险。本方法综合考虑了电网安全、缺供电损失、设备损坏、社会影响四方面的风险因素，全面涵盖了电网风险的直接技术影响和间接社会影响，使规划方案对安全性的量化更加准确与全面。
文档编号G06F19/00GK103049646SQ201210499760
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者杨汾艳, 唐景星, 鲁宗相, 吴科成, 兑潇玮, 盛超, 陈晓科, 赵艳军, 张跃, 王奕, 徐柏榆, 翁洪杰 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 清华大学