基于精確隱性故障模型的輸電系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域，具體設(shè)及用于電力系統(tǒng)繼電保護隱性故障的 預(yù)警和預(yù)防技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 繼電保護的隱性故障是保護裝置中存在的一種永久性故障，在電力系統(tǒng)和設(shè)備正 常運行時，不易被發(fā)現(xiàn)，并且對電力系統(tǒng)沒有影響；而當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障、不正常運行狀 態(tài)或受到外部干擾時，運種故障就會被觸發(fā)。隱性故障最危險之處在于它對電力系統(tǒng)的影 響只有在系統(tǒng)處于異常的情況下才暴露，進而可能會導(dǎo)致更大范圍的連鎖故障。
[0003] 為了更好地評估隱性故障對電力系統(tǒng)的危害性，研究學(xué)者將風(fēng)險理論應(yīng)用到考慮 隱性故障的電力系統(tǒng)風(fēng)險評估中，通過對電力系統(tǒng)進行風(fēng)險評估來預(yù)測系統(tǒng)中的薄弱環(huán) 節(jié)，并在基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的預(yù)防和解決方法。在目前的研究現(xiàn)狀中，隱性故障模型一般由兩 類模型組成：1)隱性故障概率模型，用W計算隱性故障被觸發(fā)后，造成保護不正確動作的 概率；2)保護系統(tǒng)馬爾可夫模型，用于計算保護處于隱性故障狀態(tài)的概率。
[0004] 從目前的研究成果來看，對于隱性故障概率模型，往往W-種模型涵蓋所有隱性 故障，未能建立準(zhǔn)確的隱性故障概率模型；而所建立的保護系統(tǒng)馬爾可夫模型能充分反映 電力系統(tǒng)的各個狀態(tài)，但模型中的轉(zhuǎn)移矩陣都是由歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計所得，未能考慮環(huán)境W及 系統(tǒng)實時運行狀態(tài)的影響，從而導(dǎo)致最終所得狀態(tài)概率不夠準(zhǔn)確甚至錯誤，最終會嚴(yán)重影 響風(fēng)險評估結(jié)果的正確性。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供考慮連鎖故障的風(fēng)險評估方法， 能夠有效進行電力系統(tǒng)風(fēng)險評估的分析。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種基于精確隱性故障模型的輸電系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險評估方法，首先根據(jù)不同隱 性故障造成保護不正確動作概率不同，建立隱性故障概率模型；其次應(yīng)用置信規(guī)則庫，引入 環(huán)境因子和潮流因子，建立考慮環(huán)境和系統(tǒng)潮流影響的保護系統(tǒng)馬爾可夫模型，將隱性故 障概率模型和馬爾可夫模型有機結(jié)合，從而建立精確隱性故障模型。并在此基礎(chǔ)上建立考 慮連鎖故障的風(fēng)險評估方法。具體步驟如下：
[0007] ①根據(jù)不同隱性故障造成保護不正確動作的概率不同，將隱性故障分為2類：連 續(xù)型、離散型，其中離散型隱性故障暴露的概率與系統(tǒng)運行狀態(tài)無關(guān)，并且有一定幾率暴 露，由歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計給出；連續(xù)型隱性故障概率模型由基于線路潮流的線路保護誤動概率 模型、基于線路阻抗的線路保護拒動概率模型、基于無功功率的發(fā)電機保護誤動概率模型 組成；
[0008] ②考慮系統(tǒng)所處環(huán)境和系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，引入環(huán)境因子和潮流因子，應(yīng)用置 信規(guī)則庫，建立隨環(huán)境和潮流變化的保護系統(tǒng)馬爾可夫模型，其建立的具體步驟如下：
[0009] 1)應(yīng)用置信規(guī)則庫，引入環(huán)境因子和潮流因子
[0010] 2)保護系統(tǒng)馬爾可夫模型
[0011] 通過分別建立兩套獨立的單一主保護系統(tǒng)馬爾可夫模型，來計算每套保護處在隱 性故障狀態(tài)的概率，根據(jù)系統(tǒng)的不同狀態(tài)W及可能造成保護隱性故障的原因，將帶隱性故 障運行、帶隱性故障元件故障、隱性故障暴露=種狀態(tài)分開，并考慮系統(tǒng)的實際運行情況得 到狀態(tài)轉(zhuǎn)移空間圖，設(shè)C為被保護元件，P為單一保護系統(tǒng)，UP表示正常工作狀態(tài)，DN表示 故障狀態(tài)，ISP表示定期檢修，ISO表示被保護元件被隔離，HFW表示帶誤動隱性故障的運行 狀態(tài)，HFJ表示帶拒動隱性故障的運行狀態(tài)，B表示隱性故障暴露，造成保護的誤動或者拒 動，A。為被保護元件的故障率，y。為被保護元件的修復(fù)率，A P為保護系統(tǒng)故障率，y P為 保護系統(tǒng)修復(fù)率，Q為定期檢修數(shù)據(jù)，Rh"表示保護帶誤動隱性故障率，R 表示保護帶拒動 隱性故障率，Ph"表示誤動隱性故障暴露率，P 表示拒動隱性故障暴露率，F(xiàn)i, Fz分別表示 在已發(fā)生隱性故障狀態(tài)中分別發(fā)生連續(xù)型、離散型隱性故障的概率，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣T，
陽01引其中T的元素i聲j為狀態(tài)i到狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移概率，
；為狀態(tài)i 的自轉(zhuǎn)移概率，然后求解方程組
，計算出系統(tǒng)各狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率矩陣Pst。,。= Pi, i = 1，2,. . .，N，其中Pi, i = 1，2,. . .，N為保護處于狀態(tài)i的概率。
[0014] ③建立連鎖故障模型
[0015] 根據(jù)輸電線路的運行狀況和連鎖故障的發(fā)展過程，同時考慮保護的隱性故障和系 統(tǒng)的低頻減載調(diào)節(jié)，建立如下的連鎖故障模型：
[0016] (1)根據(jù)保護隱性故障模型確定每套保護所處狀態(tài)；
[0017] (2)選擇初始故障線路；
[0018] (3)判斷故障支路保護能否正確動作，若故障線路保護可W正確動作，則故障支路 正確切除；若故障線路保護拒動，則相應(yīng)的相鄰線路動作；
[0019] (4)判斷相鄰支路是否有誤動發(fā)生，若有則切除誤動支路；
[0020] (5)修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，檢查系統(tǒng)是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定則通過甩負(fù)荷使系統(tǒng)穩(wěn)定，如果 處于快速相繼開斷階段，則不進行甩負(fù)荷；
[OOW (6)檢查潮流越限情況，若無則轉(zhuǎn)入（8);
[0022] (7)判斷潮流越限保護是否正確動作，若保護拒動，則通過相鄰線路來動作；
[0023] 做檢查系統(tǒng)是否解列，解列則各個區(qū)域各自進行連鎖故障；
[0024] (9)將故障支路的相鄰支路作為準(zhǔn)誤動支路集，判斷是否保護誤動；
[00對 （10)返回巧），結(jié)束標(biāo)志：連鎖過程結(jié)束，或者系統(tǒng)崩潰。
[0026] ④建立風(fēng)險指標(biāo)
[0027] 風(fēng)險的表達式為 陽O巧]R = Pevent ? Ievent
[0029] 式中，R為風(fēng)險；PeveM為事故的概率；I eve。為事故的嚴(yán)重程度。
[0030] 1)事故的概率
[0031] 取事故的概率Pw。。,為初始故障線路發(fā)生故障的概率。
[0032] 2)事故嚴(yán)重度指標(biāo)
[0033] 從3個角度建立風(fēng)險嚴(yán)重度指標(biāo)：1)概率類指標(biāo)：連鎖故障概率CFP、發(fā)電機孤立 概率GIP、電網(wǎng)解列概率NSP ;2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類指標(biāo)：最大連通度指標(biāo)（S) ;3)損失類指標(biāo)：失 負(fù)荷百分比化L :
[0034](1)連鎖故障概率CFP
[0036] 其中，在仿真次數(shù)i中，如果故障支路總數(shù)超過3條，則Fi= 1;反之，則Fi= 0。N 為總仿真次數(shù)。
[0037] 似發(fā)電機孤立概率GIP
[0039] 其中，在仿真次數(shù)i中，如果發(fā)電機孤立，則Ii= 1 ;反之，則I 1= 0。
[0040] (3)電網(wǎng)解列概率NSP
[0042] 其中，在仿真次數(shù)i中，如果電網(wǎng)發(fā)生解列，則Si=1 ;反之，則Si=0。
[0043] (4)最大連通度指標(biāo)S
[0045] 其中，M'表示系統(tǒng)遭受攻擊后的最大連通區(qū)域內(nèi)的節(jié)點數(shù)，M表示系統(tǒng)在攻擊前 的總節(jié)點數(shù)。
[0046] 妨失負(fù)荷百分比化L
[0048] 其中，load'表示系統(tǒng)遭受攻擊后損失的負(fù)荷總數(shù)，load表示系統(tǒng)在遭受攻擊前 的總負(fù)荷數(shù)。
[0049] (6)綜合嚴(yán)重度
[0050] 定義綜合嚴(yán)重度為上述5個指標(biāo)的加權(quán)和。
[0051] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0052] 1.本發(fā)明考慮了環(huán)境和電力系統(tǒng)實時運行狀態(tài)對繼電保護的影響，并將繼電保護 隱性故障詳細分類，建立了精確的隱性故障模型；
[0053] 2.本發(fā)明建立連鎖故障模型，可W充分考慮繼電保護隱性故障造成連鎖故障的可 能性，并從3個角度建立風(fēng)險嚴(yán)重度指標(biāo)，使得風(fēng)險評估結(jié)果更加全面和可靠。
【附圖說明】
[0054] 圖1是連續(xù)型隱性故障概率模型，（a)為線路保護誤動概率模型；化）為線路