电力系统安全风险评估概论

电力系统安全风险评估概论

一．基本概念

电力系统风险评估是对电力系统安全性的综合分析。对系统安全性分析涉及到系统故障前后的稳态行为和暂态行为，相应的安全分析也分为静态安全分析和暂态安全分析。电力系统静态安全分析判断系统针对一组预想事故集合，通常包括支路开断，负荷波动等微小的扰动，是否出现支路过载或电压越限；暂态安全分析判断系统针对一组预想事故集合，通常包括切除或投入系统的主要元件，发生短路故障等较大扰动，是否失稳。

主要分类：

1.静态安全分析风险评估；

2.暂态安全分析风险评估；

3.电力系统可靠性评估；

电力系统静态安全性的风险评估要考虑电力系统中存在的诸多不确定性因素，包括发电机出力的不确定性，系统负荷的不确定性波动以及电气设备故障的影响。分析过程可大致分为系统元件建模，静态安全性的风险评估指标建立与计算，系统决策优化和提出预防控制方法。

随机潮流是静态安全性分析的基础。传统的潮流分析计算是在所有给定量，如节点负荷，投运的发电机台数，出力都给定的情况下进行，求出各节点电压及各支路潮流的确定值。但由于负荷变化及预测的不确定性，发电机组和输电网络元件的计划检修或强迫停运，网络中的潮流分布本质上是不确定的。随机潮流就是用概率论来描述这种不确定性，探索相应的数学建模，计算计算法和实际应用的研究。在随机潮流计算过程中，各个系统原件，包括发电机。

负荷，输电线路等需建立相应的概率模型，对一组预想事故集合计算某种故障条件下的随机潮流，随机潮流的数学计算方法有多种，较为基础的是蒙特卡洛法。蒙特卡罗法是利用一组符合系统元件概率分布规律的随机数列作为系统元件的数值输入，遍历各种情况进行确定的潮流计算，然后统计实验结果，得出风险评估指标的解和精度估计。不过蒙特卡洛法计算量大，用时比较长，而且很可能出现随机取节点数据造成潮流不收敛的问题。此外还有交流潮流线性化模型，Gram-Charlier级数展开法等。

电力系统静态安全性包括节点电压越限与支路功率过载。根据风险的原理，风险计算要分析过载的可能性和过载的严重性两个因素的因素。对于不同的静态安全习性分析应该存在相应的风险评估指标。例如可利用可能性概率指标和严重度指标，以及反映系统整体安全的综合性风险指标。可能性概率指标用于计算在当前电网运行条件下，节点电压越限和支路功率过载的概率，严重度指标用于考虑哪些对系统造成严重影响的小概率事件，它可以得到节点电压和支路功率在当前电网运行条件下的最严重状态。综合性风险指标用于表征全系统在当前电网运行条件下的综合风险，即全系统所有节点电压的严重度指标与所有支路有功的严重度指标之和。

电力系统可靠性评估可分为运行可靠性评估和传统可靠性评估。传统可靠性评估是从规划的角度研究可靠性的评估方法，往往只能以离线方式对电力系统的几种基本运行方式进行分析评价，考虑较为严重的运行方式以保证足够的安全裕度。传统可靠性评估主要一切负荷指标来度量系统可靠性水平，包括且符合的概率，期望时间，期望频率及期望数量等，指标中隐含了对线路负荷，母线电压越限，系统功率不平衡等

故障的严重程度的度量。运行可靠性评估研究的是系统在短期内的可靠性水平，运行可靠性评估中使用的原件模型考虑了运行条件的影响，元件故障率会随运行条件的变化而改变，因此运行可靠性评估可为运行调度人员提供决策依据，以帮助他们决定如何改变系统的运行方式。运行可靠想评估从越限指标，是符合指标和状态指标等各个方面度量了系统短期内的运行可靠性水平。

术语和定义：

危害：可能导致供电中断、人身伤亡、财产损失、工作环境破坏等损失的条件或行为。

风险：某一特定危害可能造成损失或损害的潜在性变成现实的机会，通常表现为某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。

危害识别：识别系统中危险源并确定其特性的过程。

风险评估：辨识危害引发特定事件的可能性和后果的严重度，并将现有风险水平与规定的标准、目标风险水平进行比较，确定风险是否可以容忍的全过程。

基准风险评估：根据生产系统特点、工作场所范围和具体的作业任务，评估电网、设备、作业中危害所产生的风险等级，为制订全局风险概述提供依据，为基于问题的风险评估提供输入。

基于问题的风险评估：对基准风险评估中所确定的高风险对象，以及针对生产过程中所发生事故/事件暴露的高风险问题，进行的风险评估，为管理层提供建议，以有效地控制安全生产风险。

二．理论体系

安全风险评估方法是从传统可靠性方法发展而来的。国内外对于电力系统可靠性评估的研究经历了3个阶段，分别为确定性评估、概率评估和风险评估。确定性方法如N-x准则。确定性方法的缺点是不能适应复杂电力系统可能存在的各种不确定性因素。概率评估方法（解析法、蒙特卡罗法）考虑事故发生的可能性大小，但没有考虑事故的后果。风险评估将事故发生的风险定义为概率与后果的乘积。风险评估方法的优势在于将事故发生的概率及其产生的后果（如经济损失等）相结合，将风险与效益联系起来，定量地反映了系统的经济安全指标。

目前风险评估主要有三个发展方向，计及电力市场环境经济因素的风险评估、基于复杂网络的风险评估和电力系统在线风险评估。

计及电力市场环境经济因素的风险评估是将市场化运营成本等作为经济性指标考虑在事故后果中，将风险分析与经济性分析相结合，寻求供电安全可靠性和经济性的平衡的理论体系。

而将电力市场环境下电力系统的安全风险分为暂态失稳风险和暂态稳定风险的理论，是一种电力市场环境下的电力系统安全风险评估法。此理论认为电力市场参与者的报价满足正态分布，应用蒙特卡洛模拟法提出了电力市场风险的评估模型。

从发电、用电、电力市场运营等方面分析电力市场的风险，并从电力系统的规划和电力系统的运行这两方面来分析电力系统的风险，也是一种新的理论体系。

复杂网络理论为电力系统风险分析提供了一些新的思路，目前主要从理论上对基于复杂网络分析的大停电机理进行研究，距离工程应用尚有一定差距。

有学者提出一种介于规则网络和随机网络之间的“小世界网络”模型，小世界网络中故障传播速度快且影响范围大，更易发生连锁故障。

也有学者提出了衡量连锁反应事故的确定性指标及概率性指标,讨论了评估连锁反应事故的要求和评估理论。此理论探讨了电力系统连锁故障的发生机理，指出在进行连锁故障的预防分析时，对网络脆弱性的分析与评估是关键。