[发明专利]基于精确隐性故障模型的输电系统连锁故障风险评估方法

摘要

本发明提出一种基于精确隐性故障模型的输电系统连锁故障风险评估方法，首先根据不同隐性故障造成保护不正确动作概率不同，建立隐性故障概率模型；其次应用置信规则库，引入环境因子和潮流因子，建立考虑环境和系统潮流影响的保护系统马尔可夫模型，将隐性故障概率模型和马尔可夫模型有机结合，从而建立精确隐性故障模型。并在此基础上建立考虑连锁故障的风险评估方法。本发明能够有效进行电力系统风险评估的分析。

主权项

一种基于精确隐性故障模型的输电系统连锁故障风险评估方法，首先根据不同隐性故障造成保护不正确动作概率不同，建立隐性故障概率模型；其次应用置信规则库，引入环境因子和潮流因子，建立考虑环境和系统潮流影响的保护系统马尔可夫模型，将隐性故障概率模型和马尔可夫模型有机结合，从而建立精确隐性故障模型；并在此基础上建立考虑连锁故障的风险评估方法，具体步骤如下：①根据不同隐性故障造成保护不正确动作的概率不同，将隐性故障分为2类：连续型、离散型，其中离散型隐性故障暴露的概率与系统运行状态无关，并且有一定几率暴露，由历年数据统计给出；连续型隐性故障概率模型由基于线路潮流的线路保护误动概率模型、基于线路阻抗的线路保护拒动概率模型、基于无功功率的发电机保护误动概率模型组成；②考虑系统所处环境和系统运行状态的影响，引入环境因子和潮流因子，应用置信规则库，建立随环境和潮流变化的保护系统马尔可夫模型，其建立的具体步骤如下：1)应用置信规则库，引入环境因子和潮流因子2)保护系统马尔可夫模型通过分别建立两套独立的单一主保护系统马尔可夫模型，来计算每套保护处在隐性故障状态的概率，根据系统的不同状态以及可能造成保护隐性故障的原因，将带隐性故障运行、带隐性故障元件故障、隐性故障暴露三种状态分开，并考虑系统的实际运行情况得到状态转移空间图，设C为被保护元件，P为单一保护系统，UP表示正常工作状态，DN表示故障状态，ISP表示定期检修，ISO表示被保护元件被隔离，HFW表示带误动隐性故障的运行状态，HFJ表示带拒动隐性故障的运行状态，B表示隐性故障暴露，造成保护的误动或者拒动，λ_C为被保护元件的故障率，μ_C为被保护元件的修复率，λ_P为保护系统故障率，μ_P为保护系统修复率，Q为定期检修数据，R_HFW表示保护带误动隐性故障率，R_HFJ表示保护带拒动隐性故障率，P_HFW表示误动隐性故障暴露率，P_HFJ表示拒动隐性故障暴露率，F₁,F₂分别表示在已发生隐性故障状态中分别发生连续型、离散型隐性故障的概率，根据系统状态转移图建立状态转移矩阵T，$T=\left[\begin{array}{cccccccccc}{a}_{11}& Q_1& {\mathrm{\λ}}_C& R_{HFW5}& {\mathrm{\λ}}_P& R_{HFJ5}& 0& 0& 0& 0\\ {\mathrm{\μ}}_{CP}& a_{22}& 0& R_{HFW1}& 0& R_{HFJ1}& 0& 0& 0& 0\\ {\mathrm{\μ}}_C& 0& a_{33}& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& Q_2& 0& a_{44}& 0& 0& P_{HFW}& {\mathrm{\λ}}_C& 0& 0\\ {\mathrm{\μ}}_P& 0& 0& R_{HFW2}& a_{55}& R_{HFJ2}& 0& 0& 0& 0\\ 0& Q_3& 0& 0& {\mathrm{\λ}}_P& a_{66}& 0& 0& {\mathrm{\λ}}_C{P}_{HFJ}& {\mathrm{\λ}}_C(1-P_{HFJ})\\ {\mathrm{\μ}}_P& 0& 0& R_{HFW3}& 0& R_{HFJ3}& a_{77}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\μ}}_C& 0& 0& 0& a_{88}& 0& 0\\ {\mathrm{\μ}}_C{\mathrm{\μ}}_P& 0& 0& {\mathrm{\μ}}_C{R}_{HFW4}& 0& {\mathrm{\μ}}_C{R}_{HFJ4}& 0& 0& a_{99}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& {\mathrm{\μ}}_C& 0& 0& 0& a_{1010}\end{array}\right]$其中T的元素a_ij,i≠j为状态i到状态j的转移概率，为状态i的自转移概率，然后求解方程组$\left\{\begin{array}{c}{P}_{state}T=P_{state}\\ \underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_i=1\end{array}\right.,$计算出系统各状态的稳态概率矩阵P_state＝p_i,i＝1,2,...,N，其中p_i,i＝1,2,...,N为保护处于状态i的概率；③建立连锁故障模型根据输电线路的运行状况和连锁故障的发展过程，同时考虑保护的隐性故障和系统的低频减载调节，建立如下的连锁故障模型：(1)根据保护隐性故障模型确定每套保护所处状态；(2)选择初始故障线路；(3)判断故障支路保护能否正确动作，若故障线路保护可以正确动作，则故障支路正确切除；若故障线路保护拒动，则相应的相邻线路动作；(4)判断相邻支路是否有误动发生，若有则切除误动支路；(5)修改系统结构后，检查系统是否稳定，不稳定则通过甩负荷使系统稳定，如果处于快速相继开断阶段，则不进行甩负荷；(6)检查潮流越限情况，若无则转入(8)；(7)判断潮流越限保护是否正确动作，若保护拒动，则通过相邻线路来动作；(8)检查系统是否解列，解列则各个区域各自进行连锁故障；(9)将故障支路的相邻支路作为准误动支路集，判断是否保护误动；(10)返回(5)，结束标志：连锁过程结束，或者系统崩溃；④建立风险指标风险的表达式为R＝P_event·I_event式中，R为风险；P_event为事故的概率；I_event为事故的严重程度；1)事故的概率取事故的概率P_event为初始故障线路发生故障的概率；2)事故严重度指标从3个角度建立风险严重度指标：1)概率类指标：连锁故障概率CFP、发电机孤立概率GIP、电网解列概率NSP；2)网络结构类指标：最大连通度指标(S)；3)损失类指标：失负荷百分比PLL：(1)连锁故障概率CFP$CFP=\underset{i}{\Σ}\frac{F_i}{N}$其中，在仿真次数i中，如果故障支路总数超过3条，则F_i＝1；反之，则F_i＝0；N为总仿真次数；(2)发电机孤立概率GIP$GIP=\underset{i}{\Σ}\frac{I_i}{N}$其中，在仿真次数i中，如果发电机孤立，则I_i＝1；反之，则I_i＝0；(3)电网解列概率NSP$NSP=\underset{i}{\Σ}\frac{S_i}{N}$其中，在仿真次数i中，如果电网发生解列，则S_i＝1；反之，则S_i＝0；(4)最大连通度指标S$S=\frac{M^{\′}}{M}$其中，M′表示系统遭受攻击后的最大连通区域内的节点数，M表示系统在攻击前的总节点数；(5)失负荷百分比PLL$L=\frac{{\mathrm{load}}^{\′}}{load}$其中，load′表示系统遭受攻击后损失的负荷总数，load表示系统在遭受攻击前的总负荷数；(6)综合严重度定义综合严重度为上述5个指标的加权和。