电力系统风险评估综述

电力系统风险评估综述

引言

随着电网规模的日益扩大，电力系统取得了巨大联网效益，但是同时电网结构也日益复杂，进而导致发输电元件的故障率不断增加，电网运行中的不确定性和随机性问题也越来越突出，对电力系统安全分析的要求也越来越高。

电力系统运行风险评估的目的是为了评估扰动事件对系统的潜在影响程度，评估的内容主要包括扰动事件发生的可能性与严重性两个方面的问题。这一概念由CIGRE 于1997年在文献[1]中第一次明确地提出，其目的是要对电力系统运行中的不确定性进行定量化分析。McCalley 在文献[2]中对运行风险评估的内涵和重要性进行了较全面的论述。具体来所，其目的是为了让调度运行人员更好的了解电网的运行状况及采取每项决策所要承担的风险，首先是评估电力系统运行中的不确定性因素，建立风险指标体系，然后是研究在调度运行中如何应对风险、合理决策，例如基于风险的最优潮流等[3]。

基本概念

1 定义

文献[4]中，著名电力专家Vittal 给出了风险评估的基本定义，即对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综合度量,其数学表达式为

()()(),isk f r i ev i f i R X P E S E X =⨯∑ (1) 式中:.f X 表示系统的运行方式；

i E 表示第i 个故障；

()r i P E 表示故障i E 发生的概率；

(),ev i f S E X 表示在f X 的运行方式下发生第i 个故障后系统的严重程度；

()

R X表示系统在f X运行方式下的运行风险指标。

isk f

文献[4]中指出，区别于电网确定性分析方法，运行风险分析实质上是传统可靠性研究与电网调度自动化的有机结合与提升。

2 风险评估与传统安全分析的关系

对电力系统安全的研究经历了确定性评估方法、概率评估方法和风险评估方法三个阶段。

传统的能量管理系统（EMS）一直采用的是确定性模型及其分析方法，即最多在确定预想事故集时将最有可能发生的预想事故多考虑进来，按经验来考虑事故发生的可能性但并未进行量化分析，但是实际上电力系统运行中存在着很多不确定因素，采用确定性模型并不能严格描述电力系统的。虽然传统的EMS也是基于全局分析，但无法给出全网的不确定性量化指标，运行风险评估与之相比在于其科学性，运行风险指标既反映扰动发生的可能性又计及其影响后果的严重性，因而科学合理。

运行风险评估与传统电力可靠性分析都是用来研究电力系统的不确定性，所使用的不确定性模型是基本一致的，文献[5]中，从应用数学全空间认识的角度来看指出，风险评估问题与传统可靠性问题所要解决的模型是基本一致的。其主要区别是应用场合不同，基于概率的不确定性分析最早的应用是发电系统概率可靠性评估、发输电组合系统概率可靠性评估，其主要应用领域是电力系统中长期规划，适用于规划设计部门。运行风险评估面向调度运行部门，其主要功能是由当前的电网运行方式和设备信息来预测未来短时间内的运行风险信息并给出预防控制策略。

主要内容

电力系统风险评估主要包括以下几个方面的内容[6]：

1.确定元件停运模型；

2.选择系统状态和计算他们的概率；

3.评估所选状态的后果；

4.计算风险指标；

5.依据风险指标进行辅助决策。

电力系统由大量的发电机、架空输电线路、电缆、变压器、断路器、隔离开关以及无功补偿设备等组成。元件停运是系统失效的根本原因，系统风险评估首先要确定元件的停运模型。建立科学合理的电力系统设备元件停运模型，并正确求取元件处于各考察状态的概率，是进行电力系统运行风险评估的基础。传统的电力系统元件的停运模型见图1[7]。文献[6]中在传统的风险评估增加考虑元件失效模型，研究了老化失效的建模方法并给出了应用实例。建立或简化停运模型时，重要的是理解一个失效事件怎样发生，会产生什么样的影响，以及失效元件如何恢复运行。

图表1停运模型划分

风险评估的第二项工作室选择系统失效状态并计算他们的概率。有两种选择状态的方法：状态枚举和蒙特卡罗模拟。通常，如果元件的失效概率很小，或不考虑复杂的运行工况，则状态枚举法效果较好；如果严重事件的数量相对较大，或计及复杂运行工况时，则往往首选蒙特卡罗模拟法。

风险评估的第三项工作是进行失效状态分析，以及评估他们的后果。根据所研究系统的不同，分析过程可能是简单的功率平衡，或者是网络结构的连通性识别，抑或是包括潮流、优化潮流，甚至暂态和电压稳定性分析在内的计算过程。状态分析主要包括概率稳定性和概率充分性分析两大

部分。目前概率充分性分析大都基于直流潮流或交流潮流[8]，文献[5]中进一步提出运用动态潮流进行概率充分性评估。

第二、三项工作完成之后获得信息即可建立起表征系统风险的指标。对于不同的要求，可能存在不同的风险指标。可将电力系统风险评估按照系统状态分析的性质，区分为系统充裕性和系统安全性两个方面。充裕性一般只涉及到稳态分析，安全性则要求暂态、动态和电压稳定性分析。

通过对电网运行方式及设备元件的状态分析及风险指标的计算，决策者根据各种倒闸或者切负荷的风险指标，能够从多种可选操作中选取最优操作，使得系统运行状态风险最小，可靠性更高。

研究进展及现状

1 元件级的风险评估

元件失效作为系统出现故障的根本原因，与传统可靠性安全分析类似，基于风险的安全评估首先考虑的也是元件的风险评估。，但与以往元件可靠性研究不同的是，元件风险评估不仅要进行数学模型的建立，而且还需要开发实时的监测系统、统计一次设备故障后采购新设备的成本，并进行一些测量实验。

1.1 架空线路的风险评估

文献[9，10]提出，设计部门关注于得到一个允许载流量的“定值”，而调度部门应关注随着实时温度和风速情况的“变化值”，进而在线调整线路的功率上限。文献[9]中的风险评估重点考虑了架空导线通过电流时的下垂(对应故障后系统切负荷等损失的成本)和强度降低(线路寿命降低后

重建线路的成本)的影响，外部条件主要考虑的是风速和气温的概率分布。