電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.ppt

1、電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,緒論,什么叫風(fēng)險(xiǎn)？ 電力系統(tǒng)中存在哪些風(fēng)險(xiǎn)？ 大規(guī)模風(fēng)電入網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來(lái)哪些風(fēng)險(xiǎn)？ 教材及參考文獻(xiàn)： 電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、方法和應(yīng)用李文沅著 郭永基電力系統(tǒng)可靠性分析 靜鐵巖，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)條件下的電力系統(tǒng)有功功率平衡理論研究，博士論文第一章緒論部分。 張麗英，葉廷路等，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題及措施. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). Vol.30(25)，2010,1.1 電力系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn),風(fēng)險(xiǎn)和可靠性的關(guān)系 描述同一個(gè)事實(shí)的兩個(gè)方面：更高的風(fēng)險(xiǎn)即更低的可靠性 本課程的目的：討論電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模型、方法及其工程應(yīng)用 電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的根源：設(shè)備的隨機(jī)故障，負(fù)荷的波動(dòng)，市場(chǎng)環(huán)境下

2、多變的市場(chǎng)需求及市場(chǎng)參與者的行為，可間歇性能源入網(wǎng)。,風(fēng)險(xiǎn)管理包括： 實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估：建立表征系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo) 確定降低風(fēng)險(xiǎn)的措施：意味著投資 確認(rèn)可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平：對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及環(huán)境等因素進(jìn)行綜合評(píng)估,電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估適用的領(lǐng)域： 發(fā)、輸、配系統(tǒng)的規(guī)劃 電源規(guī)劃 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 設(shè)備維修 設(shè)備備用分析 變電站接線分析 輸電服務(wù) 。,1.2 電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本概念,風(fēng)險(xiǎn) = 事件發(fā)生的概率 X 事件發(fā)生帶來(lái)的損失 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟 確定元件停運(yùn)模型（第二章） 選擇系統(tǒng)狀態(tài)，計(jì)算發(fā)生的概率（兩種方法） 評(píng)估所選擇狀態(tài)的后果（可能是簡(jiǎn)單的功率平衡分析，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連通性分析，優(yōu)化潮流，電壓

3、穩(wěn)定分析） 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（指標(biāo)的概率分布，隨機(jī)變量的期望值）,元件停運(yùn)模型參數(shù) 由元件停運(yùn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算得到； 數(shù)據(jù)的預(yù)處理問(wèn)題 數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特性,評(píng)估所選系統(tǒng)狀態(tài)的后果 由評(píng)估分類決定具體的運(yùn)算 充裕性分析：表明系統(tǒng)設(shè)施是否能充分滿足用戶的負(fù)荷需求和系統(tǒng)運(yùn)行的約束條件，只涉及到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)條件，不要求動(dòng)態(tài)和暫態(tài)分析。 安全性分析：系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)和暫態(tài)擾動(dòng)的響應(yīng)能力。因此通常要進(jìn)行動(dòng)態(tài)、暫態(tài)或電壓穩(wěn)定性分析。 基于歷史停運(yùn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的評(píng)估,風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo) 反應(yīng)停電規(guī)模，電壓的變化或均值，潮流的變化或均值等 單位停電損失 基于用戶損失函數(shù)的方法； 基于投資核算的方法； 基于國(guó)民生產(chǎn)總值的方法；,第二章 系統(tǒng)元件的

4、停運(yùn)模型,可修復(fù)強(qiáng)迫失效,Component two-state model:,Failure rate:,Repair rate:,Failure rate and repair rate: from statistics of the target component. For example:,Availability A:,Mean Time To Failure (MTTF):,Mean Time To Repair (MTTR):,Unavailability U:,Failure frequency f :,Mean Time Between Failure (MTBF): MT

5、BF = MTTF+MTTR,Example:,Statistics of a 200MW generator:,The reliability of a system: depends on the reliability of the components involved, and systems topology Series connected system:,Example:,A simple power supply system: the availability of each component is: generator A1=0.990099, transformer

6、A2=0.999933, busbar A3=0.999965, circuit breaker A4=0.999833, transmission line A5=0.999334. what is the availability of the whole system?,Parallel connected system: only when all components fail, the system fails.,(a) Parallel connected system,(b) Equivalent system,Example:,Two transformers are in

7、parallel operation. Statistics are:,What is the failure rate of this parallel connected system and the MTTF of the system?,Integrated system: break down into series connected subsystem and parallel connected subsystem,Example,A: power supply bus; C: load point. Suppose busbar A is always available.

8、Question: what is the failure rate of point C and the total down time; What is the reliability of point c,Parallel connected 1,series connected 2,Parallel connected 3,Parallel connected 1: L1 / L2,Series connected 2: L12 +L3,Parallel connected 3: L123 / L4,Unavailability: Total down time at busbar C

9、: Reliability at busbar C:,作業(yè)： Matlab編程，實(shí)現(xiàn)可修復(fù)強(qiáng)迫失效相關(guān)計(jì)算。,計(jì)劃停運(yùn),最簡(jiǎn)單的蒙特卡洛仿真流程,隨機(jī)生產(chǎn)模擬：元件的投入狀態(tài)，負(fù)荷的隨機(jī)變化，間歇性電源出力變化,考慮連鎖故障的Monte Carlo 仿真流程,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽樣,元件的失效模型參考文獻(xiàn),考慮保護(hù)的隱性故障 J.Chen, J.S.Thorp, I.Dobson. Cascading dynamics and mitigation assessment in power system disturbances via a hidden failure model. Internati

10、onal Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2005, 27: 318-326 考慮天氣變化對(duì)導(dǎo)體散熱影響 M.Anghel, K.A. Werley, A.E. Motter. Stochastic model for power grid dynamics. The 40th HICSS. 2007 環(huán)境相依失效 盧錦玲，朱永利. 基于暫態(tài)能量裕度的電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，25(6)：96-103 （看2.1節(jié)）,保護(hù)的隱性故障,當(dāng)有線路斷開(kāi)時(shí)，與此線路兩端相連的所有線路的保護(hù)均存在發(fā)生隱性故障的可能。 僅

11、考慮單重隱性故障。,考慮天氣變化對(duì)導(dǎo)體散熱影響,隨機(jī)線路故障模型 線路l上發(fā)生的隨機(jī)故障由泊松過(guò)程描述。即在時(shí)間段t中發(fā)生的故障的次數(shù)服從泊松分布，均值為,風(fēng)功率波動(dòng)建模,Wind Turbine Generator Modeling,P(SWt): wind turbine output SWt : Wind speed Vci: cut-in wind speed Vr : rated speed Vco: cut-out speed,P-W characteristic established for 1.5-MW doubly-fed (continuous) and 1.5-MW f

12、ixed speed asynchronous wind generators (dotted).,Wind speed modeling: Drawing of an uniformly distributed number u on the interval 0,1; Application of that drawn random number u to the Weibull Cumulative Distribution Function F(W,A,B) in order to determine the associated wind speed W.,Note: Cumulat

13、ive Distribution Function: p ( x X ),序貫蒙特卡洛仿真,狀態(tài)時(shí)間抽樣法 第1步：指定所有元件的初始狀態(tài)（一般假定均處于運(yùn)行狀態(tài)） 第2步：對(duì)每一元件停留在當(dāng)前狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行抽樣。 第3步：在所研究的時(shí)間跨度內(nèi)重復(fù)第2步，并記錄所有元件的每一狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的抽樣值，獲得給定時(shí)間跨度內(nèi)每一元件的隨機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程。 第4步：組合所有元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程，建立系統(tǒng)時(shí)序狀態(tài)轉(zhuǎn)移循環(huán)過(guò)程。 第5步：對(duì)每一個(gè)不同系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)函數(shù)。,負(fù)荷的處理,負(fù)荷保持不變 年負(fù)荷曲線,年負(fù)荷曲線，并考慮隨機(jī)變化,負(fù)荷分區(qū)、增長(zhǎng)及隨機(jī)波動(dòng) 假設(shè)在蒙特卡羅仿真的每一個(gè)循

14、環(huán)內(nèi)，負(fù)荷為該循環(huán)的平均負(fù)荷與某一隨機(jī)變化量的疊加，且在該循環(huán)中保持不變。所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)按其所處位置劃分為NF個(gè)區(qū)域，處于同一區(qū)域的負(fù)荷變化幅度相同，不同區(qū)域之間負(fù)荷的變化幅度不同。 代表平均負(fù)荷的增長(zhǎng)速度，略大于1，可設(shè)定。隨機(jī)因子r在區(qū)間 上變化。則對(duì)于給定的 ，所引入的負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)為 。,第t+1循環(huán)的平均負(fù)荷,緩慢的負(fù)荷增長(zhǎng),P98 負(fù)荷曲線模型,多級(jí)負(fù)荷水平模型 將各個(gè)母線符合按其遵循的不同負(fù)荷曲線分類為相同的母線組。每個(gè)母線組有其使用的負(fù)荷持續(xù)曲線。 使用聚類技術(shù) 選擇聚類均值Mij的初值，i代表聚類，j代表曲線j 利用下式計(jì)算每小時(shí)負(fù)荷點(diǎn)至每個(gè)聚類均值的歐拉距離,負(fù)荷點(diǎn)分配到最近的

15、聚類，重新編組，并利用下式計(jì)算新的聚類均值 重復(fù)第2步和第3步，直到全部聚類均值在迭代中保持不變?yōu)橹埂?使用收斂后的聚類均值Mij作為多級(jí)負(fù)荷模型中每一曲線每一聚類的負(fù)荷水平。,故障分析,基于交流潮流的最優(yōu)潮流模型 目標(biāo)函數(shù)：社會(huì)效益最大化（等效成發(fā)電費(fèi)用最?。?，切負(fù)荷量最小，網(wǎng)損最小。 約束條件： 等式約束：功率平衡 不等式約束：運(yùn)行極限,期望卻供電量 (EENS),NL: various load levels Ti: the no. of hours that system has the ith load level C(s): load shed of state s n(s): t

16、he no. of runs that system has a load shed of C(s) Ni: the total no. of runs in the simulation Fi: under the ith load level, the set of runs that have non-zero load shed.,EENS： 其中 S 導(dǎo)致切負(fù)荷的系統(tǒng)狀態(tài)集合, Ci 是狀態(tài) i下，系統(tǒng)的切負(fù)荷量, ti 是系統(tǒng)狀態(tài)i的蒙特卡洛循環(huán)次數(shù), T是蒙特卡洛總的循環(huán)次數(shù).,負(fù)荷削減頻率,n(s)：抽樣中S狀態(tài)的發(fā)生數(shù)； Fi是多級(jí)負(fù)荷模型中，第i級(jí)負(fù)荷水平下系統(tǒng)失效狀態(tài)的集

17、合； Ti是第i負(fù)荷水平的時(shí)間長(zhǎng)度h； T是負(fù)荷曲線的總時(shí)間區(qū)間h； NL是負(fù)荷水平分級(jí)數(shù),Average line flow limit PerMW served : it is used to show the efficiency of the investment. where Pd(t) is the average load demand of the test system at the tth simulation run. NLine is the no. of transmission lines in the system. Fjmax(t) is the transmi

18、ssion capacity limit of line j at the tth simulation run. The average line flow limit per MW served is used as a measure of grid utilization. Since the grid investment is related to the maximum line flow limits and the societal benefit is related to the power served, the average lineflow limit per M

19、W served is one way to indicate the ratio of societal benefit to the grid investment.,參考文獻(xiàn) R. Billionton, and W. Wangdee, “Reliability-based Transmission Reinforcement Planning Associated with Large-scale Wind Farms”, IEEE Trans. on Power Systems, Vol.22, No.1, Feb. 2007. 6.4例1 6.5例2,指標(biāo)簡(jiǎn)介,Basic adeq

20、uacy indices LOLP: 失負(fù)荷概率 ( of an electric power system), the probability of all the outage events leaving the system with an available capacity lower than expected load Lo.,LOLE: the loss of load expectation. Widely accepted LOLE risk criterion: “one day in ten years”,Ok: the magnitude of the k-th o

21、utage in the system pk: the probability of a capacity outage of magnitude Ok. tk: the number of days that an outage of magnitude Ok would cause a loss of load in the system,daily peak load curve,Loss of Energy Expectation: the ratio of expected non-served energy to total energy demand over a period of time.,Ek is the energy not supplied due to a capacity outage Ok; E is the total energy during the period of time.,期望負(fù)荷削減頻率,Probability of load curtailment PLC P(s): probability of state s Fi: the set of all states under load level i with non-zero load shed. T: total hours of the simu