電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

靳顏顏　郝園園（國(guó)網(wǎng)山東嘉祥縣供電公司，山東濟(jì)寧　272400）

電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

靳顏顏郝園園
（國(guó)網(wǎng)山東嘉祥縣供電公司，山東濟(jì)寧272400）

電力系統(tǒng)的安全關(guān)系到國(guó)家的安全、社會(huì)的穩(wěn)定以及人民的生活。本文首先對(duì)電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述，其次詳細(xì)分析了基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)故障概率模型，然后對(duì)電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行分析，最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，提出一種基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，該方法充分考慮了電力系統(tǒng)的不確定性、事故發(fā)生的概率及事故的后果，能較好的描述電力系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)水平，有效地克服了確定性方法的不足。

電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，可能引發(fā)大面積停電的因素也不斷增多，因此在全面考慮各種因素的基礎(chǔ)上對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需求更加迫切。因此，在加強(qiáng)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制研究的同時(shí)，也必須注重對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析，以使相關(guān)人員可以及時(shí)地了解整個(gè)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而有針對(duì)性地提出防范對(duì)策。

1　電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系

電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，是指在突發(fā)性故障引起的擾動(dòng)下，系統(tǒng)保證避免發(fā)生嚴(yán)重供電中斷的能力。電力系統(tǒng)復(fù)雜，需要構(gòu)建一定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵，只有建立科學(xué)、合理、實(shí)用的評(píng)估指標(biāo)體系，才能對(duì)電力系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的評(píng)估，評(píng)估結(jié)果才具有實(shí)際指導(dǎo)意義。電力系統(tǒng)的安全性評(píng)估研究主要有3類方法，即確定性評(píng)估、概率評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。電力系統(tǒng)由大量的發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、架空輸電線路、斷路器、隔離開關(guān)負(fù)荷等元件組成。設(shè)備停運(yùn)是系統(tǒng)失效的根本原因，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)首要工作就是要確定元件的停運(yùn)模型。

圖1　風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算流程圖

由于風(fēng)險(xiǎn)按每一個(gè)元件、每一起事故和每一類安全性問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算，因此可以將對(duì)系統(tǒng)的整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行分解，分解為對(duì)各類安全性問(wèn)題的評(píng)估，并分類計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值，來(lái)反映系統(tǒng)安全問(wèn)題的不同方面。在本文中定義了四類安全性問(wèn)題，分別是過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、低電壓風(fēng)險(xiǎn)、電壓崩潰風(fēng)險(xiǎn)和功角失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)這些風(fēng)險(xiǎn)建立一套具有科學(xué)性、實(shí)用性、完整性的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。該體系包含了結(jié)構(gòu)、技術(shù)、設(shè)備三大方面的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

2　基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)故障概率模型

本文基于狀態(tài)評(píng)估推算設(shè)備故障率的方法，在此基礎(chǔ)上，按各狀態(tài)量對(duì)線路安全運(yùn)行影響程度的輕重進(jìn)行權(quán)重，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和當(dāng)前設(shè)備進(jìn)行評(píng)分以及權(quán)重系數(shù)建立了系統(tǒng)元件狀態(tài)量評(píng)價(jià)表，從而對(duì)電力系統(tǒng)線路元件故障率進(jìn)行評(píng)價(jià)。并依據(jù)2008年初國(guó)家電網(wǎng)公司頒布了《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則，該導(dǎo)則為輸變電一次設(shè)備的狀態(tài)量擬定了扣分標(biāo)準(zhǔn)。具體的基于狀態(tài)檢修的電力系統(tǒng)故障概率模型如下：

研究表明，設(shè)備狀態(tài)評(píng)分與故障率之間存在如式（2-1）所示的指數(shù)關(guān)系：

式中：ISE：設(shè)備狀態(tài)評(píng)分值，即通過(guò)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則獲得的狀態(tài)評(píng)價(jià)得分；

K：比例系數(shù)；

C：曲率系數(shù)；

p：平均故障率，其取值范圍O～1。

由上式可見，狀態(tài)評(píng)分的數(shù)值越大，設(shè)備故障率也就越高。

關(guān)于公式（2-1）中K、C值的求取，需根據(jù)各電力企業(yè)所轄電網(wǎng)的線路元件狀

態(tài)和平均故障率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，求得適合于該區(qū)域電網(wǎng)的K、C值，統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法如下：

根據(jù)收集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可以由年故障線路元件數(shù)與線路元件總數(shù)得出線路元件的年故障發(fā)生率，即

式中：n：故障線路元件數(shù)；

N：線路元件總數(shù)。

基于歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最小二乘擬合公式為：

式中：p：線路元件的年故障發(fā)生概率；C×ISEi

Ni：某一分類的線路元件數(shù)；N：線路元件總數(shù)；i為線路元件的分類，i=1～4；

ISEi：根據(jù)i的分類按照對(duì)應(yīng)于ISE分值上下限的平均值代入。

只要獲得某地區(qū)電網(wǎng)2年及以上的線路元件故障率p的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及線路元件狀態(tài)評(píng)分ISE，就可以通過(guò)反演計(jì)算獲取適合于該區(qū)域電網(wǎng)的比例系數(shù)K和曲率系數(shù)C。

3　電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析首先要根據(jù)上文構(gòu)建的指標(biāo)體系和電力系統(tǒng)模型來(lái)計(jì)算和分析。具體操作包括風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算和系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。

在計(jì)算流程中，如下圖1。

首先確立初始計(jì)算條件以及研究對(duì)象，包含所有需要計(jì)算的可能發(fā)生故障的元件；利用已知?dú)v史數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)集內(nèi)每個(gè)故障發(fā)生的概率。對(duì)于設(shè)備停運(yùn)故障，計(jì)算每個(gè)故障發(fā)生。后系統(tǒng)的潮流分布情況，從潮流結(jié)果中運(yùn)用有效數(shù)據(jù)按照上面所建立的模型計(jì)算過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、低電壓風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。對(duì)于電壓崩潰指標(biāo)中的有功裕度值，計(jì)算的是所研究區(qū)域中所有負(fù)荷同時(shí)按一定比例增長(zhǎng)的結(jié)果；其中負(fù)荷增長(zhǎng)過(guò)程中，設(shè)負(fù)荷功率因數(shù)不變。功角失穩(wěn)指標(biāo)只計(jì)算線路兩端發(fā)生短路故障的情況。求出每個(gè)故障下的各種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。最后，當(dāng)集內(nèi)的所有故障全部計(jì)算完后，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的整合對(duì)系統(tǒng)安全性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。

4　結(jié)語(yǔ)

本文首先提出了一套電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，針對(duì)狀態(tài)檢修電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的量化需求，提出了一套的概率模型。最后，給出該評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算路徑和評(píng)價(jià)方法流程在電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用的步驟，可為電力人員提供借鑒與參考作用。但電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常是在政府的監(jiān)管下進(jìn)行的，因此評(píng)估體系必須符合便于政府監(jiān)管部門開展評(píng)估工作的原則。

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