本發明涉及一種電力系統的模擬與計算領域的判定方法，具體設計一種判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標計算方法。

背景技術：

電力系統可靠性包括充裕性和可靠性兩個方面。

充裕性(adequacy)是指電力系統維持連續供給用戶總的電力需求和總的電能量的能力，同時考慮到系統元件的計劃停運及合理的期望非計劃停運。充裕性又稱靜態可靠性，也就是在靜態條件下電力系統滿足用戶電力和電能能量的能力。

可靠性(Security)是指電力系統承受突然發生的擾動，例如突然短路或未預料短路或預料到的失去系統元件的能力。可靠性也稱動態可靠性，即在動態條件下電力系統經受住突然擾動并不間斷地向用戶提供電力和電能量的能力。

由于動態可靠性評估的復雜性，目前在模型、算法、軟件等方面，國內外都是處于起步和探索階段。目前，我國電網動態可靠性評估中廣泛采用的是概率性評價方法，概率性評價方法分為解析法和模擬法。解析法理論嚴密，物理概念清楚，可以用較嚴格的數學模型和一些有效的算法對系統可靠性進行周密的分析，準確性較高，便于進行事件針對性分析。因此，工程上動態可靠性評估應用比較多的是解析法，也即故障枚舉法。它通過枚舉系統故障狀態，然后對此系統狀態進行潮流和穩定計算，以判斷此枚舉狀態是否為故障狀態。由于潮流計算涉及矩陣計算，計算量較大，并且隨著系統規模的增大，需要枚舉的系統狀態將呈指數增長，若再加上勵磁系統等，容易出現維數災難。

技術實現要素：

為解決上述現有技術中的不足，本發明的目的是提供一種判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標計算方法，該方法實現了與PSD－BPA接口，解決了以往動態可靠性評估中暫態穩定分析模型較為簡單的問題，使可靠性分析結果更為精確；所考慮的故障模式更為全面，不僅包括線路、變壓器等發生的單重故障或雙重故障，還包括由于保護誤動或拒動引起的多重連鎖故障；采用分區模型和故障排序法等加速算法來解決解析法計算量大的問題，進一步提高了算法的計算效率和實用性。該方法可實現對大規模電力系統的動態可靠性綜合評價，為電力系統運行和規劃人員提供一種有效的分析方法和手段，以便找出制約電力系統安全性 的瓶頸和薄弱環節，制定相應的防范和改進措施，提高電力系統運行的安全性和可靠性。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供一種判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標確定方法，其改進之處在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：與電力系統分析程序PSD－BPA接口；

步驟2：存儲電力系統的線路參數；

步驟3：電力系統分層及故障排序；

步驟4：電力系統暫態穩定計算；

步驟5：對失穩事件進行可靠性指標計算。

進一步地，所述步驟1包括：通過與電力系統分析程序PSD－BPA接口，選取電力系統分析程序PSD－BPA格式潮流和穩定文件的路徑，調用潮流和穩定數據文件，使其作為原始輸入文件。

進一步地，所述步驟2包括：

步驟2-1：從潮流文件獲取分析電力系統的元件(發電機、變壓器等)數、節點數和網絡線路數，確定電力系統基本結構，形成故障集；

步驟2-2：整理分析電力系統的可靠性參數，包括：元件的故障率(次/年)、故障平均修復時間(小時/次)、計劃檢修率(次/年)、計劃檢修時間(小時/次)和繼電保護裝置誤動概率；

步驟2-3：運行BPA潮流計算程序，得到潮流結果輸出二進制文件.BSE。

進一步地，所述步驟3包括：

步驟3-1：考慮采用分層模型并在故障枚舉時對相同性質類型的故障進行合并處理來減少所需模擬的故障狀態數；根據對電力系統中各部分的不同關注程度，將電力系統分為主關注層A和次關注層B兩層；

(1)在模擬電網的故障事件時，對于分層模型的不同層分別采用截斷狀態空間法，對于主關注層A，考慮元件一重和兩重故障；對于次關注層B只考慮一個獨立元件故障和兩個獨立元件同時故障，即只考慮系統的N-1和N-2安全性；

(2)若故障切除時間大的事故發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作故障切除時間小的暫穩計算，例如某條500kV線路三相短路單相拒動故障(故障切除時間1s)后系統能夠保持穩定，則不再進行該線路的三相短路(故障切除時間0.1s)故障計算；

步驟3-2：按照故障的嚴重程度對故障計算順序進行排序：優先計算較嚴重的線路故障， 若電力系統穩定，則不往下計算；

進一步地，所述步驟3-2中，線路故障包括：①三相短路②三相斷線③兩相接地短路④兩相短路⑤兩相斷線⑥單相短路重合閘不成功⑦單相短路重合閘成功和⑧單相斷線；

對線路故障按照下面的原則來處理：

(1)若①三相短路故障發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作①三相短路故障以后的故障暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，則進行三相斷線故障②的暫穩計算；

(2)若②三相斷線故障發生后，電力系統能夠保持穩定，不再作②三相斷線故障以后的故障暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，則進行③兩相接地短路故障的暫穩計算；

(3)若③兩相接地短路故障發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作③兩相接地短路故障以后的故障暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，進行④兩相短路故障的暫穩計算；

(4)若④兩相短路故障發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作④兩相短路故障以后的故障暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，進行⑤兩相斷線故障的暫穩計算；

(5)若⑤兩相斷線故障發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作⑤兩相斷線故障以后的故障暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，進行⑥單相短路重合閘不成功故障的暫穩計算；

(6)若⑥單相短路重合閘不成功故障發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作⑥單相短路重合閘不成功故障以后的故障的暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，進行⑦單相短路重合閘成功故障的暫穩計算；

(7)若⑦單相短路重合閘成功故障發生后，電力系統能夠保持穩定，則不再作⑦單相短路重合閘成功故障以后的故障的暫穩計算；若電力系統不能夠保持穩定，進行⑧單相斷線故障的暫穩計算。

進一步地，所述步驟4包括：通過獲取的各類參數，在BSE文件的基礎上，運行BPA暫態穩定計算程序，對處于不同故障情況下的電力系統進行暫態穩定計算，得到穩定計算結果輸出文件。

進一步地，所述步驟5包括：

步驟5-1：根據《電力系統安全穩定計算技術規范》中的穩定判據，設定電壓、頻率和功角的判穩閾值，并基于穩定計算結果輸出文件，對電力系統中各節點按照設定閾值進行電壓、頻率和功角穩定分析，判定電力系統是否失穩；

步驟5-2：結合元件可靠性歷史數據，對導致電力系統失穩的事件進行可靠性指標計算，得到該次失穩事件導致的電力系統動態可靠性概率指標，，電力系統動態可靠性概率指標包 括功角越限系統失穩指標、電壓越限系統失穩指標、系統不安全指標。

本發明提供的技術方案具有的優異效果是：

1.實現了與PSD－BPA接口，較好的解決了以往可靠性可靠性評估中暫態穩定分析模型較為簡單的問題，使可靠性分析結果更為精確，且大大減少了人工計算工作量。

2.考慮的故障模式更加合理、全面,不僅考慮了線路故障模式，而且考慮了母線、變壓器故障及保護誤動、拒動的故障模式。

3.采用了各種加速算法來解決解析法計算量大的問題，進一步提高了軟件的計算效率，使軟件的實用性更強。

本發明提供一種判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標計算方法，可適用于大規模電力系統的動態可靠性評估，具有很好的可計算性和廣泛適應性，計算簡單，速度快，可以作為調度運行及規劃設計部門的主要分析工具。

附圖說明

圖1是本發明所提供的電力系統分層模型圖；

圖2是本發明所提供的判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標計算方法流程圖；

圖3是本發明所提供的示例計算系統結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

以下描述和附圖充分地示出本發明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發明的實施方案的范圍包括權利要求書的整個范圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語“發明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發明，不是要自動地限制該應用的范圍為任何單個發明或發明構思。

一種判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標計算方法實現了與PSD－BPA接口，解決了以往動態可靠性評估中暫態穩定分析模型較為簡單的問題，使可靠性分析結果更為精確； 所考慮的故障模式更為全面，不僅包括線路、變壓器等發生的單重故障或雙重故障，還包括由于保護誤動或拒動引起的多重連鎖故障；采用分區模型和故障排序法等加速算法來解決解析法計算量大的問題，進一步提高了算法的計算效率和實用性。該方法可實現對大規模電力系統的動態可靠性綜合評價，為電力系統運行和規劃人員提供一種有效的分析方法和手段。

本發明提供一種判定電網可靠性水平的動態可靠性概率指標計算方法，流程圖如圖1所示，主要包括以下步驟：

步驟1：與PSA－BPA程序的接口；包含通過與PSD－BPA程序的接口，選取PSD－BPA格式潮流和穩定文件的路徑，調用潮流和穩定數據文件，使其作為原始輸入文件。

步驟2：存儲研究系統的線路等參數；包含：

步驟2-1：從潮流文件獲取分析系統的元件(發電機、變壓器等)數、節點數、網絡線路數，確定系統基本結構，形成故障集；

步驟2-2：整理分析系統的可靠性參數，包括：元件的故障率(次/年)、故障平均修復時間(小時/次)、計劃檢修率(次/年)、計劃檢修時間(小時/次)、繼電保護裝置誤動概率等。

步驟2-3：運行BPA的潮流計算程序，得到潮流結果BSE文件。

步驟3：系統分層及故障排序；包含：

步驟3-1：考慮采用分層模型并在故障枚舉時對相同性質類型的故障進行合并處理來減少所需模擬的故障狀態數，從而提高計算速度。根據對系統中各部分的不同關注程度，將系統分為A、B兩層，A層是所關注的主要部分，應采用詳細模型進行重點研究；B層為關注的次要部分，B層與A層是有機聯結的，可采用一般模型進行研究。系統分層模型附圖1所示：

(1)在模擬電網的故障事件時，對于分層模型的不同層分別采用截斷狀態空間法，對于主關注層A，考慮元件一重、兩重故障。而對于次關注層B只考慮一個獨立元件故障和兩個獨立元件同時故障，即只考慮系統的N-1和N-2安全性。對于三個及三個以上獨立元件同時發生故障這類事件，概率極小，忽略以后對電網可靠性計算結果不會產生重大影響。

(2)若故障切除時間較大的事故發生后，系統能夠保持穩定，則不再作故障切除時間較小的暫穩計算。

步驟3-2：按照故障的嚴重程度對故障計算順序進行排序。考慮到解析法的計算量比較大，該方法中按照以下思路對其進行了改進，達到提高計算效率的目的。即按照故障的嚴重程度對故障計算順序進行排序，優先計算比較嚴重的故障，若系統穩定，則不往下計算，從而顯著地減少計算量。

在該方法中的具體實現如下：由于母線、變壓器故障；雙回線一回三永，一回保護誤動；同桿雙回或多回異名相故障；三永故障，一側開關拒動；單永故障，一側開關拒動的后果比較嚴重，所以對它們都要計算。線路故障(①三相短路②三相斷線③兩相接地短路④兩相短路⑤兩相斷線⑥單相短路重合閘不成功⑦單相短路重合閘成功⑧單相斷線)則按照下面的原則來處理：

(1)若故障①發生后，系統能夠保持穩定，則不再作故障①以后的故障的暫穩計算；若系統不能夠保持穩定，就需要進行故障②的暫穩計算。

(2)若故障②發生后，系統能夠保持穩定，不再作故障②以后的故障的暫穩計算；若系統不能夠保持穩定，就需要進行故障③的暫穩計算。

其它類型故障的計算順序以此類推，在此不再詳述。

步驟4：進行系統暫態穩定計算；包含：通過前面獲取的各類參數，在BSE文件的基礎上，運行BPA的暫態穩定計算程序，對處于不同故障情況下的研究系統進行暫態穩定計算，得到穩定計算結果OUT文件。

步驟5：對失穩事件進行可靠性指標計算；包含：

步驟5-1：基于穩定計算結果OUT文件，對電力系統中各節點按照設定閾值進行電壓、頻率、功角穩定分析，判定系統是否失穩；

步驟5-2：結合元件可靠性歷史數據，對導致系統失穩的事件進行可靠性指標計算，得到該次事件導致的系統動態可靠性概率指標，電力系統動態可靠性概率指標包括功角越限系統失穩指標、電壓越限系統失穩指標、系統不安全指標。

實施例

采用圖3中IEEE9簡單系統作為示例，系統規模：共有3臺發電機，9個節點，6條支路，全系統狀態變量為31個。由于IEEE9算例的系統規模較小，可靠性數據采用全國平均可靠性數據。

進行動態可靠性概率指標計算時步驟如下：

(1)選擇要計算的PSD-BPA格式的潮流和穩定文件的路徑；

(2)對所研究電力系統進行分層，選擇關注層或次關注層的計算分區或者全部分區；

(3)選擇分區中計算故障類型，設定各種不同類型故障的切除時間，對各層系統進行故障排序；

(4)按照故障排序對各故障狀態進行暫態穩定計算，分析計算結果，判定系統是否失穩；

(5)若系統失穩，則進行系統動態可靠性概率指標，并得到系統的概率穩定指標。

下面給出IEEE9簡單系統在擾動情況下的穩定情況，如表1所示。

表1 IEEE9節點系統擾動下的穩定情況

根據上述穩定計算結果，按照動態可靠性概率指標評估算法可計算得到由于系統失穩的概率值為：

由電壓越限導致失去穩定的概率為：1.797104×10^-8

由功角越限導致失去穩定的概率為：8.498713×10^-8

總的系統不安全概率為：9.063984×10^-8

從上面的結論可以看出，IEEE9節點系統所有的系統失穩都伴隨有功角不穩，因此，可以認為功角穩定是影響系統穩定的主要因素。

本發明中所提出的方法計算比較方便，概念清晰，在實際電網中得到了應用和驗證。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護范圍之內。