1、i本科毕业论文（20 届）城市电网风险评估研究所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师完成日期ii目 录摘要 .1Abstract.21 绪论 .31.1 研究背景及意义 .31.2 国内外研究现状 .41.3 本文的主要研究内容 .52 电力系统风险评估 .52.1 风险的基本概念 .52.2 电力系统的风险评估 .62.2.1 停运模型 .72.2.2 状态的选取方法 .82.2.3 风险指标 .92.3 风险评估的优点 .103 城市电网风险评估方法 .103.1 状态持续时间抽样法 .113.1.1 状态持续时间抽样法步骤 .113.1.2 算例分析 .123.2 熵权法
2、.143.2.1 获取风险指标 .143.2.2 算例分析 .163.3 表格法 .173.3.1 获取风险指标 .173.3.2 算例分析 .184 结论 .18参考文献 .20iiiContentsAbstract.1Abstract.21 Introduction.31.1 Background and Significance .31.2 Research status .41.3 The main contents of this article .52 System Risk Assessment Power.52.1 The basic concept of risk .52.2
3、 Risk assessment of the power system .62.2.1 Outage Model.72.2.2 Selection Method status.82.2.3 Risk Indicators.92.3 Advantages risk assessment .103 City Power Risk Assessment.103.1 State the duration of sampling .113.1.1 State the duration of the sampling method step.113.1.2 Cases Operators.123.2 E
4、ntropy Law .143.2.1 Get Risk Indicators.143.2.2 Cases Operators.163.3 Tabular method .173.3.1 Get Risk Indicators.173.3.2 Cases Operators.184 Conclusion.18References.20I城市电网风险评估研究摘要：城市电网是国家电网的重要组成部分，是大电网与用户之间的接口，它和人们的生活有着非常密切的联系，所以保证城市电网的稳定安全运行是很重要的。本文以风险原理为基础，提出对城市电网进行运行的风险评估，并对城市电网运行风险评估的不同方法进行研究。
5、实现了实时和对未来不同负荷状态不同运行状态下的电网风险量化评估，同时给出辅助决策信息。本文基于状态枚举法和分析对比蒙特卡洛模拟法，结合城市电网的实际状况，采用状态枚举法进行风险评估。在建立元件停运模型的时候，与设备状态评估相结合，使元件模型与实际情况更加复合。对电网进行静态安全分析时，考虑到城市电网中自动装置动作的情况，从而使分析结果更合理。关键词: 城市电网 状态枚举法 蒙特卡洛模拟法 运行风险评估 检修计划IIThe city grid risk assessment studyAbstract Urban power network is an important part of the
6、 national power grid and is the interface between the user and the grid. It has a very close relationship with the lives of citizens, so to ensure the safe and stable operation of urban power network is very important.This paper, based on the principle of risk, assesses the risk of operating urban p
7、ower grid, as well as develops the urban power grid risk alarm and auxiliary decision system, and assesses the operation risk of a certain urban area grid. The paper successfully realizes the real time and risk assessment for power network under different load state and provides assistant decision i
8、nformation.Based on the state enumeration method and the analysis and comparison Monte Carlo simulation, combining the actual situation of urban power network, the paper uses state enumeration method for risk assessment. When establishing the component of outage model, the state evaluation of the eq
9、uipment should be considered to make the component model and the actual situation more complex. When analyzing the static power network, the action of the automatic device in the city is considered. As a matter of fact, the results are more reasonable.Keywords: urban power network; state enumeration
10、; Monte Carlo simulation; running risk assessment; maintenance plan11 绪论1.1 研究背景及意义近几年来，伴随着工业和经济的发展与增长，电力系统也有了新的发展。“大机组、远距离、高电压、新技术、大容量”是当代电力系统发展的趋势。当代电力系统的系统容量和设备容量都越来越大，系统的电压等级也越来越高，以地区间电网相互联系为目的的高压、特高压输电技术和灵活交流输电技术等众多新技术逐步应用到电力系统当中。由于以上这些因素的影响，从而使电力系统的规模越来越大，结构更加复杂。复杂的电力网络的形成，确实大大的提高了系统的运行效率，但同时也
11、使系统运行的不确定性增加了，导致系统扰动影响的范围更大，系统事故产生的后果也更严重。近年来，国内外大范围停电事故多次发生，从而引起了国内工业、学术界的密切关注。1996 年 7 到 8 月，美国西部连续发生了两次大范围停电事故，中断了美国西部 11 个州 400 多万人的电力供应。2003 年 8 月，美国-加拿大电网发生了大范围停电事故，涉及了超过 5000 万人口的供电范围，成为美加历史上范围最大的停电事故 12。除此之外，2003 年夏秋接连发生了英国伦敦大规模停电事故、瑞典-丹麦大规模停电事故、意大利全国大规模停电事故等多起重大型停电事故。2005 年 5 月莫斯科的大型停电事故波及
12、25 个城市，停电时间长达 29 个小时，影响到了约 150-200 万人的正常用电 34。我国也有过这方面的惨痛经历， 2005 年 9 月我国海南省发生电网崩溃造成大规模停电。2006 年 7月，我国河南省五百千伏嵩郑两回线路跳闸，造成豫中、豫西地区部分 220 千伏线路过载跳闸，影响了正常供电。这些大规模停电造成了巨大的经济损失和社会影响，引发了世界各国的广泛关注，同时也引起了我们对电网安全运行重要性的深入思考。时至今日，我国的电力系统已逐步发展成为一个超大规模的复杂系统，进入了大电网、大机组和高电压的时代。电网规模一步步扩大，全国联网的格局也基本形成，东北与华北、华中与华东、华北与华中
13、、华中与南方、华中与西北电网都已经实现了互联。但是，任何事情都是有利又有弊的，在超大规模的电力系统虽然给社会和人民的生活带来了巨大利益，但同时也潜存着巨大的风险。就我国当前电网来说，还存在以下问题 5:(1)电网建设长期滞后，近几年来我国虽然加大了对电网建设的投入，实施了城乡电网改造等电网建设工程，但是由于用电增长太快，电网建设依然不能满足用户需要。(2)我国正处于全国电力联网初期阶段，各个网络的联系要经过一个由弱到强的过程，交流电弱联系系统的安全稳定问题非常突出，在某些运行方式下可能引发低频振荡。(3)电磁环网问题对输电能力的发挥有一定的影响。有部分电网 500kV 网架薄弱，在保证电网可靠
14、性的情况下，只能采用 500 kV 与 220 kV 电磁环网运行，从而使输电断面的稳定性水平大大降低，导致 500 kV 电网不能充分发挥其应有的效益。(4)电网的无功补偿容量不足，并且没能实现分层分区平衡，从而市电压质量受到影响，2导致部分电网电压的波动幅度较大。(5)负荷中心电源支撑不足，受端电网的有功和无功都不充足，从而使电网的安全运行受到了影响。(6)二次系统存在安全隐患。由于我国电网一次系统较为薄弱，相应要强化二次系统才能保证电网安全。因此，电网安全对二次系统可靠性的要求较高，且依赖性较强，二次系统一旦出现问题，容易造成电网事故。(7)电网安全运行受到外力破坏的威胁。据统计，城市中
15、 70%的输电设备故障是由外力破坏造成的。(8)部分装备质量不高，在一定程度上影响了电网的安全、可靠、高效和灵活运行。由于以上的这些因素，致使电网运行存在很大的不安全性。因而，开展更多电力系统安全防御领域的工作是非常有必要的。通过对电力系统的安全分析，能够全面、及时地找到电力系统的脆弱点和薄弱区域，从而进一步提出防御和改进措施，进而有效地防止电力事故的发生和扩大。电力系统安全的评估方法已逐步成为业内工作、技术人员关注的研究方向。1.2 国内外研究现状国内外学者很长时间以来就开始了对电力系统安全评估领域的研究，从 20 世纪 60 年代起，经历了大致三个阶段:传统的确定性评估方法 6、概率性评估
16、方法 7和风险评估方法8出现得最早的是确定性评估方法，研究成果也已经非常成熟，在电力工业中早已运用的非常广泛。这种方法是在预期故障发生的情况下，研究电力系统的可靠水平。常用的系统 N-1 或 N-K 安全性检验，就是这种方法。即当任意一个电气元件(如发电机、变压器、线路)退出运行时，分析系统状态，检验系统是否发生越限等现象 9。这一方法的判断逻辑是，如果系统能够在这些状态下正常运行，那么系统在严重程度较低的运行状态下都应能安全可靠的运行。这种方法是在给定系统的参数、拓扑、运行及扰动方式等情况下对电网进行安全性评估，没有考虑其他不同的运行条件和可能发生的事故，对事故的选择也有一定的任意性。由于该
17、方法大部分情况下只重视最严重的事故，往往使得评估结果过于保守。概率性评估方法是通过元件故障和修复的历史统计值，计算得到系统和节点运行的参数变化区间和风险指标，进而给出一个较为全面和客观的对系统的可靠性的评价。概率性评估方法克服了确定性评估方法的不足之处，但对于不同事故所造成的后果的严重程度往往不能加以区别，即不能考虑到事故造成的经济损失，经济与安全两者之间的关系没有得到很好的协调。风险评估方法是近年来在电力系统专业中提出的一种新方法，是基于确定性评估方法与概率性评估方法的发展与提升，针对这两种方法中存在的不足，风险评估方法从风险的角度来评估系统的安全问题，将事故发生的概率与其导致的后果相结合，
18、定量地反映3系统的安全性。得到的风险指标对事故的结果加以具体指标的量化，从而客观直接的反映了发生故障的概率和发生故障的严重性。风险指标可以同各种不同的安全指标或者经济指标相结合，反映不同类型的风险，从而满足不同的需求。1.3 本文的主要研究内容本文的主要研究内容分为理论和实践两个部分。理论部分:基于对电力系统风险评估的全面论述，本文对以下问题进行深入讨论 :(1)电力系统运行安全评估的发展历程。(2)将运行风险评估的概念引入，并对其进行详细的介绍。(3)介绍对城市电网进行运行风险评估的思路。实践部分:基于上述理论部分对某城市电网进行运行风险评估。所要做的主要工作有 :(1)采用 IEC6197
19、0 接口技术，在线读取静态参数和动态数据，真正意义上实现全过程免维护的网络建模，重现电网模型。(2)在元件停运模型的建立方面，结合对设备状态的评估，引入设备健康因子，使元件停运模型与电网实际情况更加符合，所给出的风险指标更加具有指导性。(3)比较状态枚举法与蒙特卡洛法的优缺点并进行分析，结合城市电网运行风险的评估特点，进而采用状态枚举法进行风险评估。(4)针对城市电网的运行特点，在风险评估分析中模拟备自投与主变过载联切装置的动作逻辑，因而保证分析结果与电网实际情况一致。(5)采用完整的风险指标体系，从而更加全面的显示出系统的运行状态。最后的计算结果采用数字指标、图形、曲线等直观的方式来展示，使
20、用概率分布、曲线棒图、薄弱点等形式将数据表现出来，显著提高了数据的直观性。(6)基于短期负荷预测，对检修方式进行风险评估，实现日、周、月的检修计划的循环校验，同时根据风险评估结果来划分风险等级标准。（7) 负荷转供决策和提供预案两种方法辅助电网工作人员对电网故障进行应急处理。42 电力系统风险评估2.1 风险的基本概念风险是指在现实中客观存在的，不以人的意志为转移的，贯穿人类征服自然和改造自然的全过程，并随着生产力的发展变化而不断改变的遭受损失的可能性 10。风险的存在受到其所处的客观环境及时空条件的影响，涉及到经济、政治、自然科学、社会科学等多个领域。要做好风险评估的基础工作必须要正确认识风
21、险的特点，风险具有一下特点 11：(1)风险的存在具有客观性。风险是不以人的意识为转移、独立于人的意识之外客观存在的，人们只能采取风险管理办法降低风险发生的频率和损失程度，但是并不能彻底消除风险。(2)风险的存在具有普遍性。人类生产、生活的各个方面都有风险存在，而且伴随着科学技术和社会经济的发展，更多新的风险也在不断产生，同时风险对人们造成的各种损失也越来越大。所以风险的存在具有非常广泛的普遍性。(3)某一风险的发生具有偶然性。虽然说风险是客观存在的，但若就某一具体的风险来说它的发生是一种随机现象。例如某些自然灾害，必定会发生，但人们并不能准确预测，这也就体现了其偶然性。(4)大量风险的发生具
22、有必然性。虽然个别风险事故都是偶然发生的，但大量风险事故的发生则是一种必然现象，而且往往具有明显的规律性。风险管理学正是通过运用概率论和大数法则分析大量独立的偶然发生的风险事故，从而比较准确地反映风险发生的规律性。(5)风险具有可变性。风险可以在一定条件下进行转化，在一定条件下可以将一些风险消除，但同时也会有新的风险产生。2.2 电力系统的风险评估电力系统的运行有很多不确定因素的影响，每时每刻负荷都在不断地发生变化，系统中设备随机产生的故障通常超过人力所能掌控的范围，例如事故的发生、继电保护装置的误动、断路器的误动作等。国内外的大规模停电事故也进一步证实了电力系统中确实存在很多不确定因素，而且
23、这些不确定因素会导致局部甚至大面积的停电事故，从而造成巨大的经济损失，给用户们带来诸多不便，同时会给社会的发展造成很多不利影响。另外，用户对电力系统的了解也越来越多，人们已经认识到，100%的连续供电，毫无停电风险的电力系统是很难实现的。但是人们有权知道有关风险水平的信息:例如可能遭遇到的停电事故平均发生的频率、严重程度及持续时间等。所以将风险理论引入电力系统来进行评估，全面及时地找到电力系统的脆弱点和薄弱区域，进而提出预防和改进措施，能够有效地抑制事故扩大。在工程领域中，风险理论是考虑系统中的不确定因素，将导致事故的发生可能性和该5事故的严重程度相结合的一种理论。按欧洲机器安全规范标准，风险
24、评估是指采用一系列的逻辑步骤，使安全工程师和设计人员能以系统的方式检测由于设备故障而引起的事故，从而采取合适的安全措施。电力系统风险评估就是根据电力系统运行中所面临的各种不确定因素，对其发生的可能性与发生的严重性来进行综合度量。其计算公式为:(2.1), ,()(|)iskririjtfevitfijRPEXSEX 式中 Xt,f 为 t 时间的运行方式;Xt,j 为第 j 个可能的负荷水平;Pr (Xt,j|Xt,f)为;t 时间出现Xt,j 负荷水平的概率;Pr (Ei)为第 Ei 个扰动出现的概率;Sev(Ei,Xt,j)为第 j 个负荷水平下第 i个扰动发生后系统的严重程度。电力系统风
25、险评估是按照电力系统状态分析的性质，可以分成系统安全性评估和系统充裕性评估两方面。安全性表明电力系统对动态扰动和暂态扰动地响应能力，因此需要对电力系统中出现的扰动及扰动产生的后果进行评价，安全性评估通常要进行动态、暂态或电压稳定性的分析。充裕性则表明电力系统设施能否满足电力系统运行中的约束条件和用户的负荷需求，因而充裕性仅涉及到系统中的稳态条件，而不需要进行动态或暂态分析。电力系统风险评估按照其具体的任务来分，又可以分成元件级风险评估、系统级风险评估和以风险评估为基础的决策优化三大类。电力系统风险评估通常包括以下四个方面的内容 12:(1)确定元件停运模型 ;(2)选择系统的状态和计算他们的概
26、率;(3)分析所选择状态的结果;(4)计算风险指标。2.2.1 停运模型风险评估工作的基础是建立元件的停运模型。电力系统是由大量的发电机、电缆、架空输电线路、变压器、隔离开关、断路器等设备组成的，元件停运是系统失效的最根本原因。元件停运通常可分成独立停运和相关停运两大类。(1)独立停运按元件停运性质可分为强迫停运、半强迫停运和状态检修停运; 按其失效状态又可分为部分失效和完全失效。其中强迫停运一般分成可修复失效和不可修复失效;半强迫停运指的是电力系统元件故障引发的一种可延迟停运，这种停运的原因与强迫因素有关，不能预先安排，比如电缆或变压器漏油，通常不会立即导致失效，但是需要在一定的时间里停止运行处理故障。部分失效是指失效不是特别严重时，一些元件例如发电机组、高压直流输电线路等，还可以在降额状态下运行。另外，还应当考虑多重停运的模式;如果元件已经接近使用寿命期限，还应该包含元件由于老化而失效的元件老化失
