电力系统的脆弱性分析

电力系统的脆弱性分析

发表时间：2018-07-02T11:25:15.850Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：郭晓鸣

[导读] 摘要：本文在传统的电力系统安全评估的基础上，引入了电力系统脆弱性的概念，拓展了传统电力系统安全性概念。（国网天府新区供电公司四川成都 610000）

摘要：本文在传统的电力系统安全评估的基础上，引入了电力系统脆弱性的概念，拓展了传统电力系统安全性概念。从电力系统的脆弱性角度研究电网安全稳定问题，给出了电力系统脆弱性评价的指标和评价方法。本文的脆弱性分析是建立在暂态稳定分析的基础上的。采用被普遍认为是关于准确性、可靠性和建模详尽暂态稳定分析最可行的工具——时域仿真法。文章首先详细介绍了时域仿真法暂态稳定分析的全过程，然后再利用其结果和提出的脆弱性指标，对具体电网进行脆弱性分析。

关键词：电力系统；脆弱性；暂态稳定；时域仿真

ABSTRACT：In this paper, the introduction of power system vulnerability based on traditional power system security assessments expands the traditional concept of power system security. From the point of the power system vulnerability on the security and stability issues, the paper puts forth the vulnerability indicator of the power system as well as the power system vulnerability assessment method. The paper researches the method of vulnerability analysis by analyzing transient stability. Time domain simulation method is adopted because it’s generally regarded as the best available transient stability analysis tool in terms of accuracy, reliability and modeling capability. The entire process of the analyzing is firstly introduced, and then a actual power grid is analyzed based on the presented vulnerability indices.

KEY WORDS：Power System, Vulnerability, Transient Stability, Time Domain Simulation

引言

目前我国电力系统的结构和运行方式越来越复杂多变，特别是很多远距离大功率输电线路和系统间弱联系的出现，使得电网结构和运行方式变得日益复杂，控制管理更加困难。通过一定的分析方法，确定电网的薄弱点，可以更加有针对性的提出电网的改进措施或提出更明确的风险管控措施，从而保障整个电网的安全稳定运行。

目前国内对脆弱性的评价指标体系开展研究，主要提出一些进行电网脆弱性评价的方法，比如复杂网络理论、概率论等等。[1-4] 本文采用时域仿真方法，对系统进行暂态稳定分析。暂态稳定分析的结果是给出极限切除时间(CCT)。通过对极限切除时间与保护装置的整定时间比较，定量给出稳定裕度。

1 电力系统的脆弱性指标和阈值

电力系统脆弱性的概念在文献[5]中已经提及。在本文的研究中同时考虑两个脆弱性指标：

（1）极限切除时间

极限切除时间就是在系统在发生永久三相短路故障后，发电机之间的功角差刚刚大于的时间。

图1.电力系统脆弱性评估流程

（2）保底功率

保底功率P的求取方法：，假设T为保证系统安全稳定运行的各个故障点CCT的阈值。共扫描了系统的M+N个故障点，计算结果表明，阈值以内的点有M个，以外的有N个，同比例增加或减少网络的发电量和负荷，直到阈值以内的M个点都移到阈值外，这时的负荷水平定义为保底功率P。

其描述为：

是各点故障下极限切除时间，T是评价阈值；是发电机有功出力，是发电机无功出力。

（3）阈值

将后备保护的动作时间作为阈值来评价电网的脆弱性。[7]

2 脆弱性评价的方法流程

本文采用计算故障下各点的极限切除时间（CCT），与阈值(T)—后备保护的动作时间相比较的方法对系统的脆弱性进行评价。如果CCTT，说明当保护发生不正确动作时，后备保护正确动作切除故障能保证系统的安全稳定运行。

具体的流程图如图1所示：

3 算例分析

采用本文的方法对IEEE3机9节点进行仿真所得数据如表1所示：

表1 230KV线路故障极限切除时间表

图2可直观的看出各节点脆弱程度。

图2 各点的脆弱程度

将仿真结果统计于表2中：

表2 事故严重度统计

根据上表的结果，电网中22OkV线路发生线路3相永久短路故障时

等比例减少负荷之后按上述方法进行仿真。部分仿真结果如图3所示。

图3 不同负荷水平下的极限切除时间分布图

可以得出如下结论：电网的脆弱性评价指标与电网的负荷水平相关，随负荷水平下降，电网脆弱性加强，稳定裕度不断增大。保底功率即为0.65倍当前负荷水平下的功率和，若保底功率P电网的曲线存在相交点，那么表示负荷曲线上存在着低于保底功率运行的时间段，这些时间段中电网中不存在薄弱环节。

4 结论

本文结合电网暂态稳定分析从继电保护角度提出了脆弱性评价的指标和方法，该方法也有一定的局限性。首先，脆弱性指标的提出是考虑线路主保护不动作，而实际上继电保护的可靠性是极高的；其次，在进行计算的过程中，采用的都是比较简化的模型，且没有分析不