電壓穩(wěn)定4課件

1、第四章：安全性與脆弱性4.1 安全性評估背景與意義4.2 安全性評估方法4.3 電力系統(tǒng)脆弱性評估 電力系統(tǒng)安全性分類一、背景 1、電網(wǎng)特征： 超高壓、特高壓、遠距離傳輸、交直流互聯(lián)、新能源的接入、智能電網(wǎng)已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的顯著特征； 電網(wǎng)運行不確定性增加； 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜性加大； 設(shè)備的可靠性要求； 特高壓大功率傳輸壓力；4.1 安全性評估背景與意義 2、國內(nèi)外電力系統(tǒng)事故概況及分析： 一、背景事故系統(tǒng)發(fā)生日期停電容量及影響范圍最長停電時間(h)引發(fā)事故的原因美國加拿大東北部系統(tǒng)2003.8.1461800MW5000萬以用戶29 輸電線路過負荷連鎖跳閘，監(jiān)控系統(tǒng)失靈西歐UCTE聯(lián)合電網(wǎng)20

2、06.11.417GW1000萬用戶6輪船入海拉閘線路，其余線路過負荷連鎖故障中國華中電網(wǎng)2006.7.13794MW5繼電保護誤動作、安全穩(wěn)定裝置拒動 1）、美加“8.14”大停電的主要客觀原因有天氣原因?qū)е仑摵蛇^重、線路發(fā)熱下垂于地面短路、SCADA/EMS系統(tǒng)死機等，但是引起規(guī)模如此之大的停電事故的主要原因還是沒有統(tǒng)一的調(diào)度管理體系，沒有達到實時的區(qū)域之間的信息交換，最終導(dǎo)致事故的蔓延和擴大。這起事故雖然是一個很偶然的短路事故引起的，但是它是一個連鎖反應(yīng)，反應(yīng)了美國電網(wǎng)在運行調(diào)度管理和信息交互上的薄弱環(huán)節(jié)。 3）、 2006年7月1日20時48分，中國華中電網(wǎng)發(fā)生振蕩事故。河南500kV

3、嵩鄭II回線路出現(xiàn)保護誤動，調(diào)度人員緊急停運部分發(fā)電機組，導(dǎo)致多地拉閘限電來穩(wěn)定系統(tǒng)電壓水平，之后豫西、豫中電網(wǎng)電壓出現(xiàn)周期性振蕩，為了保護互聯(lián)系統(tǒng)，川渝、華北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)解列，直至振蕩平息。 這次振蕩事故導(dǎo)致河南電網(wǎng)多處500kV和220kV線路跳閘，部分發(fā)電機組退出運行，負荷損失量達到3794MW。事故主要是因為繼電保護和安控裝置的誤動造成的，同時反映出河南電網(wǎng)部分地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱。這次事故表明二次設(shè)備的錯誤動作對電網(wǎng)運行安全穩(wěn)定的影響是不容忽視的。事故系統(tǒng)發(fā)生日期停電容量及影響范圍最長停電時間引發(fā)事故的原因加拿大魁北克系統(tǒng)1988.4.1818500MW8.5小時暴風(fēng)雪中國海南

4、電網(wǎng)2005.9.261239MW系統(tǒng)全停10小時臺風(fēng)中國南方地區(qū)2008.1南方地區(qū)多個省份數(shù)十天冰雪災(zāi)害災(zāi)害性天氣引發(fā)的大停電事故2）、災(zāi)害性氣象條件對電網(wǎng)的破壞 電網(wǎng)在設(shè)計建造時是考慮了自然災(zāi)害可能會對其造成的影響，但是在極端氣象災(zāi)害情況下，有諸多難以預(yù)知的不確定因素，其對電力設(shè)施的破壞是不可避免的。常見的災(zāi)害性氣象條件主要有：覆冰、雷暴、臺風(fēng)等等。在我國則以覆冰氣象災(zāi)害為主。覆冰對電力系統(tǒng)的破壞能力極強，嚴重情況下會造成架空線路斷線或倒塔，出現(xiàn)線路舞動造成短路或線路絕緣子閃絡(luò)。3）、電力系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu) 電力系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、電源布局、負荷節(jié)點布局等。 如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，

5、會導(dǎo)致電網(wǎng)存在運行安全風(fēng)險。 電源布局或負荷布局不合理可能會使得電網(wǎng)存在供電量不足的風(fēng)險。因此電力系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)安全性分析中不可忽視的重要方面。4）、電力系統(tǒng)安控技術(shù) 電力系統(tǒng)安全控制技術(shù)主要針對于繼電保護裝置和自動控制裝置等。在電網(wǎng)實際運行中，保護和安穩(wěn)裝置的不正確動作引起的事故所占比例不容忽視，其引起的電網(wǎng)運行安全問題也不容小視。6）、電力系統(tǒng)管理機制 上述威脅電力系統(tǒng)安全的根源可以說是客觀因素，但造成電力系統(tǒng)災(zāi)難性事件發(fā)生最主要的主觀因素是電力系統(tǒng)的管理機制，制定合理的電力系統(tǒng)運行管理機制可以有效地避免重大事故的發(fā)生。1、把握電網(wǎng)可能的風(fēng)險點；2、把握故障對系統(tǒng)的影響程度；3、規(guī)劃合

6、理的電網(wǎng)運行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；4、預(yù)防災(zāi)難性事件發(fā)生。二、 安全性評估意義4.2 安全性評估方法電力系統(tǒng)安全性是電力系統(tǒng)在運行過程中表現(xiàn)出來的一種特性，反映系統(tǒng)經(jīng)受可能的擾動而不中斷向用戶供電的能力。電力系統(tǒng)安全性評估是評估電力系統(tǒng)在各種突發(fā)事件影響下繼續(xù)保持安全運行的能力，包括靜態(tài)、和動態(tài)安全性評估。與可靠性相比，安全性是在發(fā)生故障后對系統(tǒng)供電能力的一個表征，可以認為是動態(tài)的可靠性。電力系統(tǒng)的安全性定義一、電力系統(tǒng)靜態(tài)安全等級分類：第一級：安全正常狀態(tài)；第二級：告警狀態(tài)（不安全正常狀態(tài)） ；第三級：緊急狀態(tài)；第四級：危急狀態(tài)（極端狀態(tài)） ；第五級：恢復(fù)狀態(tài)。 各運行狀態(tài)以及各運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化

7、過程二、電力系統(tǒng)安全性分類三、安全性評估方法評估方法的演化風(fēng)險評估概率性評估確定性評估分類特點方法確定性評估方法最嚴重事故決策標準。難以考慮電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機性，難以提供電網(wǎng)安全健康狀態(tài)的實時、定量和直觀的診斷信息。靈敏度分析方法、數(shù)值仿真方法、解析法概率性評估方法提出了系統(tǒng)中故障發(fā)生概率有差異的概念，如事故發(fā)生的概率，以及系統(tǒng)內(nèi)元件隨機故障的概率和系統(tǒng)負荷水平的概率分布。比傳統(tǒng)確定性方法多考慮各種事件的概率這一不確定性因素，使得結(jié)果相比前者更加準確、更加符合實際情況。基于蒙特卡羅模擬的評估方法風(fēng)險評估方法優(yōu)勢在于將事故發(fā)生的概率與產(chǎn)生的后果(如經(jīng)濟損失等)相結(jié)合，將風(fēng)險和效益聯(lián)系起來，定

8、量的反映了系統(tǒng)的經(jīng)濟安全指標。風(fēng)險評估（風(fēng)險=概率嚴重度）靜態(tài)安全性評價指標有功裕度指標電壓裕度指標低電壓指標支路參與因子輸電線路過載動態(tài)安全性評價指標功角穩(wěn)定指標頻率穩(wěn)定指標暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標線路極限傳輸功率臨界切除時間五、電力系統(tǒng)安全性評估指標六、綜合嚴重度模型2) 失負荷嚴重度模型減供負荷比例負荷損失類型綜合減供負荷比例與負荷損失類型的嚴重度模型2) 失負荷嚴重度模型a、減供負荷比例電網(wǎng)負荷損失存在以下幾種情況：1）負荷節(jié)點因為支路故障形成孤立節(jié)點導(dǎo)致的負荷損失L1。2）故障后負荷節(jié)點由于電壓偏低造成低壓減載導(dǎo)致負荷損失L2。（或低頻減載） 電網(wǎng)整體負荷損失總量：減供負荷比例：相應(yīng)的失負荷

9、量嚴重度函數(shù)其中Llim為電網(wǎng)負荷總量的30%2) 失負荷嚴重度模型b、負荷損失類型：負荷損失類型嚴重度函數(shù)2) 失負荷嚴重度模型c、綜合減供負荷比例與負荷損失類型的嚴重度模型 綜合減供負荷比例與負荷損失類型的嚴重度，得到電力系統(tǒng)故障綜合失負荷嚴重度模型。該模型既考慮了故障后系統(tǒng)失負荷總量對系統(tǒng)的影響，又考慮了在失負荷總量中不同負荷類型對事故后果的影響。其數(shù)學(xué)表達式：2) 失負荷嚴重度模型 依據(jù)安全評估的綜合評估結(jié)果，有目的地采取相應(yīng)控制措施以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。一、脆弱性基本概念 電力系統(tǒng)脆弱性分析是近年來出現(xiàn)的專門針對復(fù)雜電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、調(diào)度、控制過程中出現(xiàn)的薄弱現(xiàn)象和薄弱環(huán)節(jié)進行研

10、究的理論分支，涉及到電力系統(tǒng)各類參數(shù)狀態(tài)及其影響因子響應(yīng)趨勢的量化、全局/局部系統(tǒng)安全程度變化過程、電網(wǎng)拓撲與關(guān)鍵聯(lián)通識別等各個方面。并明確其因果聯(lián)系，并對相關(guān)信息進行有效綜合以提出防御方案，幫助調(diào)度運行等部門獲取更多客觀的決策支撐。4.3 電力系統(tǒng)脆弱性評估定義 在擾動或故障情況下，系統(tǒng)運行狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)弱化的特性。二、脆弱性研究意義 從實際的電網(wǎng)運行角度考慮，對于系統(tǒng)操作人員來說，最關(guān)心的是那些運行狀態(tài)易受擾動影響，在受到擾動后逼近臨界狀態(tài)速度快，且發(fā)生故障后后果嚴重的元件，這也是脆弱性辨識的主要目的。而往往系統(tǒng)中運行情況最易受影響的元件不一定會是造成影響最嚴重的，反之亦然。二、脆弱性

11、研究意義為運行分析人員和調(diào)度人員進行安全分析和電網(wǎng)控制提供重要信息，做到有的放矢；在電網(wǎng)受到擾動時，幫助運行調(diào)度人員及時準確地確定電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)預(yù)防控制措施，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生；為保證大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提供強有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。結(jié)構(gòu)脆弱性主要考慮網(wǎng)絡(luò)的固有結(jié)構(gòu)狀態(tài)脆弱性主要考慮系統(tǒng)的詳細模型和運行參數(shù)等因素脆弱性三、脆弱性研究分類狀態(tài)脆弱性主要考慮電網(wǎng)運行狀態(tài)的改變對電網(wǎng)脆弱性的影響，包括節(jié)點電壓脆弱性和支路功率脆弱性。1、狀態(tài)脆弱性結(jié)構(gòu)脆弱性是指系統(tǒng)遭受擾動之后導(dǎo)致系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)逐漸不能勝任當前輸電任務(wù)的特性。主要與負荷的有功需求變化所導(dǎo)致的支路輸送量改

12、變、支路斷開或元件退出運行導(dǎo)致的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。結(jié)構(gòu)脆弱性是電網(wǎng)固有脆弱強度的反映；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的魯棒性是電力系統(tǒng)“強壯”的基礎(chǔ)。2、結(jié)構(gòu)脆弱性四、脆弱性評估方法元件的脆弱強度不僅與運行狀態(tài)有關(guān),而且與其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系。傳統(tǒng)的元件的脆弱值大小應(yīng)該是對自身運行狀態(tài)的一個反映，但是從脆弱性的定義上看還應(yīng)包括該元件在網(wǎng)絡(luò)中重要程度的反映,單一從某一角度進行衡量是不完整的。 將傳統(tǒng)安全穩(wěn)定分析方法與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合,綜合考慮電網(wǎng)運行狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩方面對脆弱性的影響。節(jié)點的靜態(tài)能量函數(shù)： 節(jié)點的狀態(tài)脆弱性趨勢指標因子:狀態(tài)指標1：節(jié)點的狀態(tài)脆弱因子當系統(tǒng)運行方式改變時，節(jié)點注入功率（包括有功和無功）

13、從初始穩(wěn)定運行狀態(tài)到當前運行狀態(tài)對應(yīng)的能量積累。能量1、狀態(tài)指標 將當前運行狀態(tài)下的節(jié)點靜態(tài)能量與臨界點對應(yīng)的能量 的差值絕對值與初始運行狀態(tài)下的節(jié)點靜態(tài)能量與臨界點對應(yīng)的能量的差值絕對值相比，得到歸一化處理后的節(jié)點脆弱性裕度指標：節(jié)點狀態(tài)脆弱因子：用于衡量節(jié)點運行狀態(tài)易于受到擾動影響的特性狀態(tài)指標1：節(jié)點的狀態(tài)脆弱因子支路的靜態(tài)能量函數(shù)支路的狀態(tài)脆弱性趨勢指標狀態(tài)指標2：支路的狀態(tài)脆弱因子當系統(tǒng)運行方式改變時，支路上傳輸?shù)墓β剩òㄓ泄蜔o功）從初始穩(wěn)定運行狀態(tài)到當前運行狀態(tài)對應(yīng)的能量積累。 將當前運行狀態(tài)下的支路靜態(tài)能量 與臨界能量 的差值絕對值與初始運行狀態(tài)下的支路靜態(tài)能量 與臨界能量

14、的差值絕對值相比，得到歸一化處理后的支路脆弱性裕度指標：支路狀態(tài)脆弱因子：用于衡量支路運行狀態(tài)易于受到擾動影響的特性狀態(tài)指標2：支路的狀態(tài)脆弱因子2、結(jié)構(gòu)指標：與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相關(guān) 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是一種對大型復(fù)雜系統(tǒng)的在聯(lián)通、傳播、生長、失效等特性方面的一般抽象和描述方法，它突出強調(diào)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體與局部拓撲特征。理論上說，任何包含大量組成單元（或子系統(tǒng)）的復(fù)雜系統(tǒng)，當把構(gòu)成元件抽象成節(jié)點，元件之間的相互作用抽象為邊時，都可當作復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)來研究。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)最短路徑與平均最短路徑節(jié)點度數(shù)網(wǎng)絡(luò)平均度數(shù)介數(shù)網(wǎng)絡(luò)冗余性聚類度與聚類系數(shù)。電氣介數(shù)最短路徑：在一個全連通網(wǎng)絡(luò)中，任意兩節(jié)點之間都會存在著一條或多

15、條連接路徑，其中途經(jīng)連接支路（節(jié)點數(shù)目）最少的一條稱為最短路徑。節(jié)點介數(shù)：與該節(jié)點被網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點對之間最短路徑經(jīng)過的次數(shù)相關(guān)。線路介數(shù)：與該線路被網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點對之間最短路徑經(jīng)過的次數(shù)相關(guān)。介數(shù)顯示了節(jié)點或支路在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要度實際電力網(wǎng)絡(luò)中潮流不可能按最短路徑流動。 在考慮了節(jié)點容量、支路電抗、加權(quán)處理等一系類修正方法后，使用電氣介數(shù)來衡量系統(tǒng)節(jié)點與支路在電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)中的重要程度。該指標能真實反映“發(fā)電-負荷”節(jié)點對之間功率傳輸對各節(jié)點或各條支路的占用情況，并考慮不同節(jié)點發(fā)電容量和負荷水平的影響。反應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電氣介數(shù)指標 節(jié)點的結(jié)構(gòu)脆弱因子（電氣介數(shù)）Imn(i)：“發(fā)電-負荷”節(jié)點對

16、(m,n)間加上單位注入電流源后， 在節(jié)點i上引起的電流；Wm： 發(fā)電機節(jié)點m的權(quán)重，取發(fā)電機額定容量或?qū)嶋H出力；Wn ： 為負荷節(jié)點n 的權(quán)重，取實際或峰值負荷；G和L ：所有發(fā)電節(jié)點和負荷節(jié)點的集合。 反映了全網(wǎng)不同母線間功率傳輸對各節(jié)點的占用情況，也量化了各節(jié)點在全網(wǎng)功率傳輸中的重要程度。結(jié)構(gòu)指標1： 支路的結(jié)構(gòu)脆弱因子（電氣介數(shù)）Imn(i,j)：“發(fā)電-負荷”節(jié)點對(m,n)間加上單位注入電流元后， 在支路(i,j)上引起的電流；Wm ： 發(fā)電機節(jié)點m的權(quán)重，取發(fā)電機額定容量或?qū)嶋H出力；Wn ： 負荷節(jié)點n的權(quán)重，取實際或峰值負荷；G和L ：所有發(fā)電節(jié)點和負荷節(jié)點的集合。結(jié)構(gòu)指標2： 反映了“發(fā)電-