基于电压稳定裕度的电网状态脆弱性评估方法研究*

随着智能电网的发展,大规模互联电力系统的形成以及清洁能源发电系统接入负荷中心带来了不确定性因素,更容易发生连锁故障。因此对于该类负荷节点的安全运行问题值得特别关注。电力系统脆弱性一直是智能电网的研究热点课题之一,针对上述问题,提出了一种基于电压稳定裕度的含电源的负荷节点评估模型及指标,即通过比较节点实际的运行电压和临界电压之间的裕度的临界电压指标来评估有电源接入情况下的负荷节点的状态脆弱性,使状态脆弱性体系的评估更加完善。并以未归一化的状态脆弱性指标为基础,建立电网状态脆弱性评估模型,研究电源接入电网的最优接入位置。最后通过IEEE-39节点仿真算例,充分证明了该评价方法的合理性与有效性,从而为电网的合理规划和调度运行提供了理论依据。     

风险理论思想下的输电线路脆弱性综合分析

运用风险理论的思想从全局和局部、结构和状态两个方面对电力系统输电线路故障后所造成的影响进行衡量。引入经济因子加权介数对网络加权冗余度进行修正,从全局角度衡量电网本身所固有的结构脆弱性;综合考虑线路故障后电网各节点电压和各支路传输功率的裕度,从局部角度对输电网线路状态脆弱性进行评估;最后综合输电线路故障后的结构脆弱性指标、状态脆弱性指标以及故障发生概率指标得到综合脆弱性指标。通过对IEEE14节点系统的仿真,运行结果验证了该方法的合理性与有效性。     

考虑复杂环境特性的电网线路脆弱性综合评估与 结构优化分析

现代电网中存在的薄弱环节会造成偶然事故的扩大发展,对电网及其元件的脆弱性评估对于防范大规模停电事故有重要意义。围绕电网线路脆弱性评估的问题,建立了综合考虑结构脆弱性、状态脆弱性和环境脆弱性的线路脆弱性综合评估体系。环境脆弱性部分选择具有代表性的雷击、覆冰、强风、污秽、山火和外力破坏作为脆弱性指标。随后基于IEEE39节点系统计算得到线路脆弱性评估的结果,并与其他文献方法的计算结果进行对比,验证了所构建评估方法的合理性。最后基于线路脆弱性的评估结果,进一步分析了网络结构均匀性的问题。结果表明,采用单一指标对线路进行脆弱性分析时会遗漏某些脆弱单元。综合考虑结构特性、状态特性和环境特性构建的综合指标能更好地对线路进行脆弱性评估。网络的拓展与演化存在"择优连接"的特性,高介数的线路、节点也必然形成,可以通过采用"反择优连接",比如降低节点度的最大值来促进网络结构更加均匀。     

基于母线短路容量的状态脆弱性评估建模与仿真分析

对电网进行脆弱性评估对于提高智能电网的坚强性具有重要意义.母线短路容量是母线电压强度的标志,比较临界最小短路容量和实际短路容量可以快速评估母线的电压脆弱性,跟踪二者的变化可以明确区分造成电压失稳的根本原因,从而为基于电压的状态脆弱性评估提供更加明确的参考依据.建立了状态脆弱性评估模型,对电网中的负荷节点进行戴维南等值,再引入短路容量的节点电压指标作为状态脆弱性的评估指标.通过计算、分析IEEE-39节点系统的状态脆弱性,验证了这一模型的正确性.     

基于改进的AHP-熵权法的电网综合脆弱性评估方法研究*

随着电网的高速建设,远距离、超高压、大容量输电线路的出现以及大规模互联电力系统的形成,使得大面积停电事故发生的概率大大增加,充分暴露了大型互联电力系统的脆弱性,严重危及电网的安全稳定运行。基于电气介数和电压稳定性理论,综合考虑网架结构的重要性和当前系统运行状态的基础上,提出了基于改进的AHP-熵权法的综合脆弱性评估模型。此方法针对只考虑结构脆弱性的评估模型和只考虑状态脆弱性的模型的不足,综合专家的主观意见和客观数据信息,全面整体的描述所评估系统的脆弱特性,科学辨识系统中的潜在薄弱环节。结合IEEE39节点系统的仿真分析,验证了该评估方法的合理性与有效性,可为电力系统的安全防御提供合理有效的决策依据。     

考虑电网状态和网络结构的脆弱线路评估

在电网结构脆弱性分析的基础上,计算出线路介数。考虑移除电网中任一线路后的电网潮流分布状态,引入潮流熵的概念来评价电网在线路移除后潮流分布的均衡性。提出了结合电网结构脆弱性的线路介数和潮流分布均衡性的潮流熵的综合脆弱性指标,判别电网中的脆弱线路,可为电网脆弱性评估及电网运行维护提供参考。     

计及新能源出力波动性的节点状态脆弱性评估

电网的状态脆弱性能够从运行状态角度反映电网所具有的抵御电压或频率扰动的能力.随着高渗透率可再生能源的接入,电力系统的运行方式和安全控制手段变得越来越复杂.有必要对现有的节点状态脆弱性评估方法进行改进,进一步考虑新能源机组特点及其出力波动性进行状态脆弱性评估.文章基于新能源电源并网点对外电网戴维南等值模型,提出一种新能源电源节点脱网免疫指标和计算方法,并在此基础上计及新能源电源出力的波动性,提出一种基于点估计法的新能源电源节点状态脆弱性指标.基于某省级电网实际算例对所述方法的正确性及有效性进行了验证分析.方法 能够对计及出力波动条件下的新能源机组脱网风险进行综合评估,可应用于对新能源电站不同接入方案的评估与规划.     

基于电气中心性指标的电网脆弱性评估

使用中心性指标对网络中的节点和线路进行相对重要性排序,是识别网络中关键节点和关键线路,进而进行脆弱性评估的常见方法。但是由于没有考虑电网独特的拓扑结构,使用一般复杂网络理论的中心性指标进行电网脆弱性评估会出现偏差,为此基于电气参数对中心性指标进行重新定义,以便更好地进行电网脆弱性评估。仿真结果表明,基于重新定义的中心性指标,能够使电网中心性分布集中于少数关键节点和线路,有助于识别电网脆弱性。     

基于短路容量的含大规模新能源接入的电网状态脆弱性评估方法研究

为了准确分析大规模新能源接入电网后负荷节点的运行特性,根据戴维南等值理论,将大规模新能源接入后的电网络等值为3节点系统。在该等值系统的基础上建立了基于短路容量的状态脆弱性评估模型及指标,使状态脆弱性评估体系更完善。在计算所得的状态脆弱性指标的基础上,采用PAM聚类算法和Homogeneity-Separation(HS)评价指标来自动聚类分级后,辨识出系统的脆弱节点。基于该方法,对改造的IEEE39节点算例进行了仿真分析。通过与传统的电压裕度指标评估结果的比较,仿真结果表明,利用短路容量可以准确评估负荷节点的状态脆弱性;且应用PAM聚类算法进行薄弱节点辨识方法的可行性及适用性,具有在线评估的应用前景。     

基于复杂网络理论与风险理论的地区电网脆弱性评估

电网脆弱性不仅与电网的网络结构及其电气参数有关,还与电网的实时运行状况及约束条件有关。基于复杂网络理论与风险理论,提出了一种新的电网脆弱性评估方法。首先以节点重要度指标和线路改进介数指标对电网中的脆弱源进行识别;再利用设备状态检修数据建立起脆弱源元件的故障模型,依据设备的健康指数推算出设备的故障可能性,并引入效用理论来评估故障严重度,得到相应的综合静态风险指标;最后基于网络结构特性指标和综合静态风险指标定义了节点脆弱度和线路脆弱度指标,并以某一地区电网为例进行分析,结果表明,文中定义的脆弱度指标能有效地克服以往从单一角度去评估电网脆弱性的弊端,提高了辨识精度与辨识效果,验证了该脆弱性评估方法的合理性及有效性。     

基于复杂网络理论的电力系统脆弱性分析

针对大区域电网发展及其安全稳定问题,基于复杂网络理论研究了电力系统大面积停电事故与电网连锁故障的内在机理。从电网拓扑模型和脆弱性评估指标的角度出发,分析、类比了各评估方法,指出当前应用复杂网络理论研究电力系统脆弱性方法尚存不足,电网与其他复杂网络的本质区别是研究的瓶颈问题。通过改进评估模型反映电网本质特性及其运行状态,指出了提高评估精度是下一步研究的重点。     

考虑天然气网影响的电网脆弱线路辨识

脆弱线路辨识是电力系统运行风险控制的重要环节。在电网—天然气网耦合背景下,天然气网的运行状态对电网运行影响深刻,因此提出一种考虑天然气网影响的电网脆弱线路辨识方法。首先,构建电网—天然气网耦合系统优化模型,求解得到系统初始运行状态。在此基础上,基于熵理论,建立线路耦合脆弱度因子,用于反映天然气网气源故障对电网线路脆弱性造成的影响。然后,基于复杂网络理论,建立线路结构脆弱度因子和运行脆弱度因子,从结构性视角和运行状态2个方面揭示电网固有的脆弱性。综合上述脆弱度因子,得到用于辨识电网脆弱线路的综合脆弱度指标。采用网络效能和系统输电效率2个指标反映线路故障对电网的影响,验证所辨识出的脆弱线路。由IEEE 30节点系统和比利时20节点天然气系统组成的电网—天然气网耦合测试系统算例表明,所提方法能够有效地分析天然气网对电网脆弱线路辨识造成的影响。     

Structural vulnerability of power systems: A topological approach

Vulnerability analysis of power systems is a key issue in modern society and many efforts have contributed to the analysis. Complex network metrics for the assessment of the vulnerability of networked systems have been recently applied to power systems. Complex network theory may come in handy for vulnerability analysis of power systems due to a close link between the topological structure and physical properties of power systems. However, a pure topological approach fails to capture the engineering features of power systems. So an extended topological method has been proposed by incorporating several of specific features of power systems such as electrical distance, power transfer distribution factors and line flow limits. This paper defines, starting from the extended metric for efficiency named as net-ability, an extended betweenness and proposes a joint method of extended betweenness and net-ability to rank the most critical lines and buses in an electrical power grid. The method is illustrated in the IEEE-118-bus, IEEE-300-bus test systems as well as the Italian power grid.     

考虑电网脆弱性的多目标电网规划

在基于复杂网络理论进行电网结构脆弱性评估的基础上,建立综合考虑经济性、环境影响因素以及电网脆弱性的多目标输电网扩展规划模型.模型中的电网脆弱性指标结合电力网络本身的拓扑结构和运行状态,衡量电网规划方案下的网络输电能力以及网络对故障的耐受能力.将Pareto非支配排序与差分进化(DE)算法相结合,采用非支配排序差分进化(NSDE)算法对该模型进行求解,通过6节点系统算例验证了NSDE算法在求解多目标电网规划问题中的可行性.算例结果表明,所建立的多目标规划模型可以有效评估规划方案的网络脆弱性,对规划建设坚强的电网具有一定的借鉴意义.     

基于复杂网络理论的输电线路脆弱度评估方法

为快速评估线路故障对系统静态安全的影响,基于复杂网络脆弱度理论,构建了互补性脆弱度指标集和综合脆弱度指标,进而提出一种输电线路脆弱度评估方法.该方法可从全局和局部、有功和无功两方面综合衡量输电线路的脆弱度.根据电力网络有功功率传输的特点构建了平均传输距离指标,从全局的角度衡量输电线路故障对有功功率全网传输效率的影响;其次,提出了局部变化量指标,从负荷节点和发电机节点的角度有效评估局部无功平衡受影响的程度.上述两类指标构成了互补性脆弱度指标集.对互补性指标集进行了归一化处理,得到综合脆弱度指标.通过对IEEE 30节点系统的仿真分析,验证了所提出的互补性指标集和评估方法的有效性.     

基于支路势能信息的电网脆弱性评估

随着电网互联进程的推进,电网支路运行经常逼近输电能力极限,导致电网脆弱性问题越来越突出。文中从能量函数的观点出发,构建了支路势能函数模型,在此基础上提出了支路脆弱性评估指标,以此计算各支路当前输送值偏离初始值的距离,确定系统的脆弱区。在IEEE30母线系统中通过多种系统事件下的仿真结果及与最优潮流计算结果的对比,证明了该方法在评估电力系统脆弱性时的有效性和可行性,可望用于系统的在线安全监测。     

基于加权潮流熵的电网故障传播脆弱线路识别

为提高电力系统运行安全水平,提出一种基于加权潮流熵的电网故障传播脆弱线路识别方法。通过直流潮流法快速估算线路断开时系统其他线路的潮流增量及负载率,采用加权潮流冲击熵反映目标线路受其他线路断开的转移潮流的影响,利用加权潮流分布熵反映目标线路断开对系统线路负载率分布的影响。结合加权潮流冲击熵与加权潮流分布熵定义线路综合脆弱指标,识别电网故障传播中的脆弱线路。直流潮流法可通过简单的数学运算准确估算系统断线故障时各线路的潮流情况,计算量少,适用性好。该方法综合考虑线路的受冲击脆弱度和断开后果脆弱度反映线路在电网故障传播中的脆弱性,同时,加权潮流熵有效反映了线路负载率较高甚至过载时的危险性。在IEEE39节点系统中对该方法进行了验证。     

计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估

针对电力系统安全问题,定义了节点动作安全裕度指标,结合传统节点电压脆弱性评估指标,对预想事故下的节点电压脆弱性进行分析,建立了计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估指标。通过对IEEE14、IEEE30母线系统的仿真,结果表明节点事故动作安全裕度的引入部分改变了传统节点电压脆弱度的排序,与传统节点电压脆弱性评估结果相比,更全面考虑了事故发生概率以及事故保护作用和故障操作对节点脆弱性的影响,提高了不同事故下节点电压脆弱性的评估精度,验证了该方法的和合理性与有效性。