考虑次生故障差异化影响下韧性主动提升的输电系统网架重构策略

近年来,我国能源电力加速转型,极端自然灾害频发,国际形势不稳定,使得常规安全风险与非常规安全风险交织,大停电风险有增加的趋势。稳健可靠的网架重构方案对防止恢复中再次发生系统崩溃具有重要意义,针对当前研究中未有效计及恢复中次生故障的不足,该文提出一种考虑次生故障差异化影响下系统韧性主动提升的网架重构策略。首先,讨论在网架重构恢复方案中考虑次生故障影响的必要性;然后,基于分割多目标风险分析方法提出一种系统韧性指标,旨在差异化处理次生故障并突出高风险故障对恢复过程的影响;进一步建立考虑韧性主动提升的网架重构全局优化模型,以增强系统对高风险故障的抵御能力。为提高模型的求解效率,提出一种基于窗口滚动机制的求解策略,可给出兼顾快速性与稳健性的网架重构方案。最后,采用新英格兰10机39节点系统和IEEE 118节点系统验证所提出方法的有效性。

基于模糊层次法的配电网停电风险预警系统

为准确及时地对配电网停电风险做出预警,降低电网事故发生概率,设计一种基于模糊层次法的配电网停电风险预警系统。根据设施设备、运行维护与网络架构水平,建立预警指标体系;利用模糊层次法构建指标模糊判断矩阵,获取指标的模糊综合度,经过归一化处理后得到权重集合;确定系统整体架构与工作流程,使系统具备实时监测、辅助决策、安全校验、动态预警与结果可视化等功能,在通信服务中实现数据传输、时序控制等软件性能。仿真实验表明系统能够为配电网安全运行提供技术保障。

基于停电窗口模式的停电计划优化及风险智能评估方法研究与应用

对基于停电窗口模式的停电计划优化及风险智能评估方法进行了研究,对停电计划优化方法、实时运行风险评估和风险控制辅助决策及其实例分析这三个方面进行了理论分析。运用电气装置故障率分级对停电计划进行优化,再选择随机森林的运行风险评估方法,获得运行风险判定结果。最后采用网络重构的方法进行运行风险控制,并用算例结果表明可行性,能有效提高方式人员的工作效率且符合可持续发展。

山火灾害对电网故障率的时空影响

根据山火造成电力设备故障的途径和机理,建立输电线在山火灾害下的故障率修正模型,提出按电网故障率的时空分布预警防御算法。将山火信息与地理环境及气象信息相结合,预测山火的蔓延行为;动态评估线路闪络概率,预报输电线故障率的时空分布。使风险越大的潜在故障得到越高的关注度,提高电网停电防御系统对山火灾害的预警能力。

改进的Manchester连锁故障模型及其应用

根据Manchester模型和最优潮流理论,提出了改进的连锁故障模型。该模型通过快动态和慢动态2个时间尺度对系统连锁故障过程进行描述,并通过电量不足期望值对系统的停电风险进行评估。对我国某区域电网进行了算例分析,研究了系统负载率和关键线路的故障率对电网停电风险的影响以及临界负荷情况下电网的幂律特性,对系统规划和运行人员分析连锁故障过程并采取有效措施降低系统停电风险具有参考意义。

含双馈风电场的电力系统停电风险研究

随着风电渗透率的提高,风电场的特性对电力系统的安全运行带来了显著的影响。研究如何在提高环保效益的同时降低连锁故障的风险变得非常迫切。本文提出了一种含风电场的连锁故障模型,该模型计及了风电场结构、风电出力随机性、风电机组虚拟惯量控制和短路故障后的风电机组脱网响应等风电特性,并设置了频率稳定控制、线路过流保护、低压减载,可从有功-频率与无功-电压两方面分析风电接入后对停电风险的影响。该研究将为风电场接入系统的规划和运行提供量化停电风险、预防控制效果的基础分析工具。仿真分析了风电场接入IEEE30节点系统的停电风险并讨论了风机虚拟惯量控制、无功补偿和线路建设对于降低停电风险的效用。

计及通信信息安全预警与决策支持的停电防御系统

随着以特高压互联为骨干网的坚强智能电网的发展,以及能源互联网的兴起,传统的电力系统和通信信息系统融合已成为一种必然。通信信息系统的异常(包括自然故障和恶意攻击)给电网安全稳定运行带来的影响也已显现,而且会越来越大。因而在进行电网的停电防御时,必须计及通信信息安全的影响。文中提出了通信信息三道防线的概念,并实现了能对通信信息风险进行预警、对通信信息故障进行决策支持的通信信息安全防御系统;提出了电力和通信信息融合的电力系统停电防御架构,以及计及通信信息安全预警与决策支持的停电防御系统的实现方法。算例表明,计及通信信息及其风险后,将会提高电网停电防御系统的控制措施的有效性、可靠性及经济性。

基于事故链风险指标的输电脆弱度在线评估方法

电力系统中的脆弱输电环节对系统大停电事故有着重要的影响,同时也是动态监测和控制分区策略的重要依据。为了辨识这些脆弱输电环节,在事故链在线生成的基础上,提出了基于事故链风险指标的输电环节脆弱度评估方法。事故链风险由事故链发生概率和产生的后果描述,风险指标综合了造成事故链中间环节触发的各种失效概率和触发后造成系统电压、频率变化和潮流转移的后果函数。根据事故链风险重要度,进一步提出输电环节脆弱度在线评估函数,用以定量分析事故演化过程中较为危险并对电力系统稳定影响较大的输电环节。IEEE39节点系统的仿真结果表明该方法的计算简单有效,有在线应用前景。

基于事故链模型的电网关键线路辨识

确定电力系统中具有关键作用的线路对于避免连锁故障具有重要意义,为此,基于事故链模型提出了一种辨识电网中关键线路的方法。初始故障由系统负荷水平、线路故障率、线路负载率及关联系数等因素确定,使用事故概率重要度和设备在网络中的拓扑重要度作为事故链中间环节的预测,建立了基于事故链的连锁故障仿真模型。在事故链的风险评估基础上,考虑线路在事故链中位置、造成事故的严重程度等因素建立关键线路的重要度指标,通过该指标可以辨识对电力系统连锁故障产生重要影响的关键线路。以IEEE 39节点系统为算例,验证了该方法的有效性。该方法可以提高电网运行的可靠性,减少大停电事故的发生。

基于隐性故障模型和风险理论的关键线路辨识

在大规模电网中,由简单故障触发的电力系统连锁故障常常会引起大停电的灾难性后果。为了研究复杂电网连锁故障的传播机理,同时找出对连锁故障产生重要影响的关键线路,文中基于模拟连锁故障的隐性故障模型和风险理论,提出了复杂电力系统的线路故障风险评估方法,并辨识出了对系统大停电产生重要影响的一系列关键线路。模型考虑了线路过负荷保护、隐性故障、控制策略及系统运行等参数,对IEEE118节点系统仿真结果表明,在重负荷状态运行下只对辨识出的少量关键线路加以改善,就可以使系统停电概率大幅减小,特别是大停电概率;在临界状态运行下改善少量关键线路,则可以使系统脱离临界状态,避免大停电发生。

基于最优风险指标的连锁故障模型和薄弱线路辨识

概括了直流潮流停电OPA模型及其改进模型的不足,据此在OPA模型的基础上引入风险理论,建立新的连锁故障模型。新模型包含内外2层循环,内层循环基于传统的直流潮流线性规划,描述实际电网的连锁线路过载与故障;外层循环包括负荷增长与线路扩容2个部分,线路扩容部分基于风险理论,依据扩容风险指标、扩容延迟时间、扩容度函数以及线路风险值,确定是否扩容以及扩容力度。给出使系统成本降到最低的最优风险指标的确定方法以及对连锁故障影响较大的系统薄弱环节的判定方法,进而提出新的电力系统连锁故障预防策略。新英格兰系统仿真表明,新模型较原模型更接近实际运行中的电网,基于风险评估的线路扩容可随风险指标不同程度地降低故障概率和负荷损失。

大停电后的机组投运风险评估

大停电后火电机组的安全、有序投运对减小停电损失意义重大。针对面向机组启动的网络重构阶段由机组投运次序不同和运行可靠性导致的可能出现的投运过程不确定情况,首先给出大停电后机组投运风险的定义。在此基础上,引入热备用机组的五状态模型计算已投运机组的停运概率。进一步,以待恢复机组的前导时间划分网架重构时步,基于灵敏度分析求取与不同重构时步对应的可行潮流解,从而获得相应的机组投运容量。最终实现了不同时步下机组投运风险的定量化评估。针对新英格兰10机39节点系统的测试结果表明,该方法对不同重构方案下机组投运风险的比较集中体现了重构恢复效果及其实现的可能性,可为调度人员选择恢复方案提供更加全面的决策辅助信息。

2011年国外大停电事故对我国电网的启示

2011年国外发生了多起大面积停电事故,造成了严重的后果和较大的社会影响,对我国电网具有重要的警示和借鉴意义。文章对近期国外大停电事故情况进行介绍分析,查找停电事故的原因,分析暴露出的问题,从电网的外部环境、系统结构、设备装置和调度运行4个方面进行了经验教训的梳理和总结。最后,针对我国电网的实际情况,提出8条防范措施,指出电网大面积停电风险控制的6个研究方向。

影响特高压电网运行的因素及应对策略

我国能源资源和地区经济发展呈逆向分布,建设特高压电网实现电能的大规模和远距离输送成为我国解决能源分布不均衡格局的必然选择。特高压电网在实现我国电力资源更大范围配置的同时,也增大了电力系统的规模,使电力系统面临更多的风险。深入分析了特高压电网运行中的风险因素,详细阐述了各类风险因素产生的原因以及对电网安全稳定性的影响。根据特高压电网的特点,提出了特高压电网风险评估流程,同时提出了评估流程分解与简化的方法。最后提出了特高压电网应对各类风险的对策。

停电防御框架向自然灾害预警的拓展

近年来频发的极端自然灾害充分反映了将停电防御框架向自然灾害预警延伸的必要性。归纳各类自然灾害对电力系统运行可靠性的影响;分析其引发电力系统设备故障的途径;建立各有关环节的数学模型;提炼灾害预警所需要的环境信息。将停电防御系统的信息采集范围拓广到宏观与微观的气象信息与地质信息;根据外部背景信息、实时的运行工况与环境信息,在线估算各类自然灾害对电力设备故障率影响的时空分布;用在线修正的时空概率模型代替离线固定的年均概率模型;在线调整稳定性和充裕性分析中的预想故障表,使风险越大的潜在故障得到越高的关注度;根据灾变演化机理,动态评估电力系统可靠性的风险,实现早期预警;进而使决策支持功能具有对自然灾害的自适应能力。

智能电网运行充裕性的研究框架 (一)要素与模型

为大规模可再生能源发电接入电网后的运行充裕性设计了研究框架。讨论了充裕性与稳定性的关系,发电运行充裕性与装机容量充裕性的关系;回顾了发电运行充裕性的研究现状,提炼问题的要素及形式化描述,拓展其研究范畴及思路。强调电力充裕性还需要有一次能源、输电、市场竞争和环境等相关环节充裕性的保障。

智能电网运行充裕性的研究框架 (二)问题与思路

剖析了智能电网的发电—用电充裕性评估及控制任务。从需求、扰动、控制对象和控制时滞等方面梳理问题的复杂性;讨论充裕控制的决策过程,包括对信息的要求、待调控出力的预报、充裕性事件的设定、充裕度量化指标的定义、系统功率平衡与备用功率的动态行为、充裕度的在线评估、备用资源的调度与控制。提出基于风险观点的动态优化及解耦协调的求解思路,将整个问题解耦为不同子问题后分别优化,再通过协调获得全局准优化的效果。

综合防御高风险的小概率事件:对日本相继天灾引发大停电及核泄漏事件的思考

针对2011年东日本地震、海啸相继天灾引发大停电,进而核泄漏的严重事件,从风险观点反思了对高风险小概率事件认知的不足,并提出应对这类事件的原则。探讨综合防御系统的建设、运行与管理,剖析当前灾害防御体系亟需提升之处,指出坚强智能电网在能源安全与生态安全中的作用。

基于失电风险最小的机组恢复顺序优化方法

大停电发生后,寻找安全、快速而有效的机组恢复顺序是顺利重建网架的基础。文中以网络重构阶段机组投运风险的定义为基础,加入恢复时间对重构过程的影响,进一步提出失电风险的概念。以网架重构过程中的系统失电风险最小为目标,将交叉粒子群优化算法与Floyd算法相结合,通过对重构过程的详细模拟,优化求解综合考虑机组恢复效果及运行可靠性的最优机组恢复顺序。通过重构模拟过程对火电机组启动及升负荷仿真程序的内嵌式调用,使得针对机组停机时间对其启动过程及网架重构进程影响的研究更加贴近实际。针对新英格兰10机39节点系统的仿真结果表明了该方法的有效性。

输电网架恢复方案线路投运风险评估

大停电后根据输电网架恢复预案来进行重构操作的过程中,如果预案中某些线路投运失败,将严重影响系统恢复进程。文中考虑线路投运失败的相对可能性,结合大停电后输电网架恢复过程中线路投运失败后形成新的最优恢复方案的情况,建立了评估输电网架恢复方案线路投运风险的指标。以IEEE 30节点系统的3套网架恢复方案为例进行分析,利用所提出的评估指标,在加权电力网络中采用交叉粒子群算法和最短路算法对形成的若干套恢复方案线路投运风险进行分析和对比,并给出了各段线路投运失败的应急恢复方案,验证了指标的有效性,从而进一步完善了网架恢复方案的评估体系。