时空环境相依的电网故障模型及在电网可靠性评估中的应用

传统的电网可靠性评估采用固定不变的元件年均故障率模型,难以适应电力系统短期风险评估需求。电网故障与灾害性天气具有较强的时间相关性,气象灾害具有明显的季节性特征,因此电网风险也具有时间波动性。在描述电网元件故障参数时,需要从原来的一维横向连续时间下的年均值模型,拓展到考虑历史同期(纵向)时间和导致故障的因素,特别是外部气象环境因素,以便更准确地描述时间及环境相依的电网故障率。在传统年均值模型的基础上建立了不同时间尺度、不同气象灾害类型下的元件故障模型,并依据此模型进行电网可靠性评估。按照该方法对西南某省级电网近3年内500 k V输电线路的故障数据进行了分析,对该电网的可靠性进行了评估。计算结果表明,不同时间段电网的可靠性指标与年均值相比具有较大差异,验证了时空环境相依的可靠性评估的必要性。     

计及风速与线路故障率周期时变特性的风电并网系统可靠性评估

目前在风电并网系统长期可靠性评估中,风速多采用威布尔概率分布模型,输电线路故障率多采用年均值故障率,其评估结果无法反映系统可靠性随时间的变化情况。提出了综合考虑风速和输电线路故障率周期时变特性对电网的影响进行可靠性评估。在风电场出力方面,建立了风速的时间周期时变模型,并根据风机输出功率与风速的函数关系进一步建立了风电场的出力模型;在输电线路故障率方面,通过统计气象引起的输电线路故障次数计算历史同期各月故障率,用曲线拟合模拟其变化规律,建立了输电线路故障率周期时变模型。基于上述两种模型,用蒙特卡洛模拟法,对风电并网系统的时变可靠性进行评估,最后用算例进行了验证,评估结果可为电网中长期调度、运维及检修决策等提供参考。     

输电网可靠性评估中基于气象因素的处理方法

气象因素会导致输电线路故障,对电网可靠性有较大影响。对原有考虑气象因素的可靠性参数模型进行合理改进,提出不同地理位置输电线路的平均故障率不同,其对应的三态天气及三态天气下的故障次数百分比也存在差异。采用联系数方法处理可靠性原始数据和气象因素等的不确定性,应用状态枚举法对RBTS进行可靠性评估,得到联系数形式的可靠性指标。计算结果表明,元件所处地域不同导致的气象不均匀性对输电网可靠性评估影响不容忽视,联系数形式的可靠性指标亦呈现了不确定性部分的大小,证明所提出的方法更加符合实际。     

一种适用于可靠性评估的电网设备时变停运模型

建立精确的元件停运模型是电力系统中长期可靠性评估的基础工作,现有的元件停运模型通常不能反映元件时变的运行工况和维修对元件的影响。采用阶梯函数来近似模拟元件老化故障率曲线,并基于更新过程理论建立了元件时变停运模型。该模型可以反映中长期可靠性评估中时间对老化故障率的增长效应和维修对老化故障率的降低效应。实际的变压器算例表明,该模型适合模拟任意老化故障率曲线,可用于老化模式已知的元件寿命分布函数和可用度稳态值的评估。相比于传统模型,所提模型具有更好的精度和更广的适用性。     

大电网可靠性评估的随机响应面法

为定量分析元件可靠性参数的不确定性对大电网可靠性评估的影响,采用计及元件故障率和平均修复时间的随机性引入随机响应面法,通过少量计算,建立了大电网可靠性指标的函数表达式,继而得到指标的期望和方差;为提高可靠性参数非正态假设下的计算收敛速度,提出了基于广义混沌多项式的随机响应面法;为验证所提方法的正确性和有效性,采用RBTS测试系统进行了可靠性评估分析。测试结果表明：基于上述函数关系,可量化分析可靠性参数的不确定性对大电网可靠性评估的影响,易辨识出系统可靠性的薄弱参数,可为规划和运行人员进行可靠性改善研究时提供参考。     

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。     

气象环境相关的输电线路故障时间分布特征及模拟

在电网风险分析与可靠性评估中,尚无较为准确的输电线路故障率时间分布规律和强迫停运时间概率分布描述。以月为时间尺度,提出按多年历史同期故障率为依据的时变故障率计算方法,并通过使用傅里叶函数、高斯函数、威布尔函数拟合历史同期各月故障率的时间分布得到故障率逐月分布函数,用以模拟输电线路的时间相依故障规律,据此可用于预测未来某时段的故障率。基于同样的思路对气象相关的输电线路强迫停运时间概率分布进行模拟与建模。算例分析验证了所提方法的有效性。     

基于停电性质分类的多环节电网可靠性评估方法

传统供电可靠性评估未全面考虑输电网因素和管理控制指标的影响,因此提出基于停电性质分类的多环节电网可靠性评估方法。该方法引入输配连接点建立多环节电网供电可靠性关系,采用可靠性网络等值法量化输电网故障对故障停电可靠性指标的影响,有效解决了数据缺失的问题并简化了工程;利用岭迹图筛选出主要电网生产管理控制指标、确定岭参数值,基于岭回归分析量化管理控制指标对预安排停电可靠性指标的影响,以便发掘管控增强措施。对某供电局进行供电可靠性评估,结果表明所提模型及方法能更加精准地评估电网可靠性指标。     

计及时变故障率的电网计划检修启发式优化模型研究

电力设备在运行中受老化、磨损等因素影响,故障率随时间呈增长效应,通常需要采用计划检修削弱或消除上述因素导致的故障增长率。采用二重威布尔函数描述元件故障率增长规律,推导了时变故障率下元件的平均无效度公式。通过状态枚举法和基于交流潮流最优削负荷模型对系统故障状态进行选取和最优削负荷计算,建立系统可靠性指标、系统停电成本、计划检修成本、矫正性成本与计划检修率之间的解析表达式,在此基础上推导出系统总成本对元件计划检修率的灵敏度公式,利用该灵敏度公式采用启发式迭代方式对电网各元件计划检修率进行优化。针对RBTS系统,从可靠性和经济性两个方面对优化计划检修方式和传统C级检修方式进行了对比分析,并重点研究了优化计划检修方式下电网各设备计划检修成本的优化调整规律。     

基于回路可靠性贡献指标的电网薄弱点分析

电网薄弱点分析通常采用灵敏度分析方法。提出了一种基于回路的大电网可靠性充裕度评估的薄弱点辨识新方法。该方法采用回路可靠性参数作为电网可靠性评估的输入参数,结合Birnbaum恒定方法确定回路中元件的重要度。为更好地区分系统中的薄弱点,在传统电网可靠性评估系统指标的基础上,推导出了回路贡献指标,从系统-回路-节点三个层面反映了电网的可靠性情况及薄弱环节。对某省实际电网的评估结果表明,该方法不用进行复杂的灵敏度计算且有效减少系统状态数量,克服了传统可靠性指标无法准确找到系统薄弱点的问题。     

输变电系统可靠性评估中设备故障率预测方法研究

由于输变电设备在地域分布上的复杂性、运行状态的随机多样性,使得输变电设备故障率具有时变性、随机性等特点。同时由于反映设备故障的信息获取困难,故难以应用常规的回归分析法、分解分析法等时间序列分析法建立准确的故障率预测模型。文中以全网输变电设备故障率为研究对象,提出了一种基于自回归-移动平均混合模型(ARMA模型)的输变电设备故障率预测方法,克服了常规解析法进行输变电设施可靠性评估信息获取困难的缺点,能有效提高全网输变电设施可靠性评估的合理性和准确性。最后,对220k V输电线路故障率进行了预测,结果表明,所提预测模型具有较高的精度,能够满足实际工程的应用要求。     

一种基于云预测模型的电网综合风险评估方法

电网综合风险评估能有效提高电网安全运行水平,为电力系统可靠运行提供安全保障。提出了一种基于云预测模型的电网综合风险评估方法。将云理论应用于输变电设备故障不确定推理预测,构建基于条件云发生器的云语言预测规则,在此基础上提出了基于云推理的输变电设备故障率预测模型。同时,基于效用理论构建了一套包括电压越限、极限输送功率、潜在连锁故障和系统稳定指数的电网综合风险评估指标体系。该方法能够科学合理地对电网进行综合风险评估,扫描电网运行薄弱环节。结合某地区电网运行实际数据进行了计算分析,计算结果表明该方法有效且实用。     

考虑气象影响的电力系统运行可靠性评估

气象因素会对线路运行温度产生影响,而线路运行温度与线路的阻抗以及故障停运率等参数密切相关,现有文献在进行系统运行可靠性评估时未充分考虑气象因素对线路多参数的影响。为此,首先以气象相依的输电线路热平衡方程为基础,研究了考虑气象因素的线路温度计算方法和气象条件相依的输电线路实时容量模型,在此基础上建立了导线温度相依的线路阻抗参数模型和线路实时停运模型。其次,提出了一种基于蒙特卡洛模拟的考虑气象因素的电力系统运行可靠性评估方法。最后,以IEEE 14和IEEE RTS96修改系统为例,分析了气象因素对容量、温度、阻抗、故障率等输电线路实时参数以及电力系统运行可靠性指标的影响,算例结果验证了所提出的考虑气象因素的线路运行可靠性模型和系统运行可靠性评估方法的正确性。     

灾害天气下计及一二次设备耦合故障的电网短时风险评估

灾害天气下电网发生短时多重故障有可能超出保护系统预设的反应能力,一二次设备耦合影响将助推多重故障风险发展和蔓延。为此,提出了计及一二次设备耦合故障的短时风险评估方法。首先,分析了一次设备与二次设备之间的交互作用及其对电网短时运行风险的影响。其次,构建了一次设备和二次设备的故障概率模型,重点分析了一二次设备耦合故障引发保护拒动的概率。然后,结合保护系统对超预期故障的反应能力,提出了灾害天气下电网短时多重故障风险评估方法。最后,采用改造的IEEE39节点系统对所提方法进行测试。算例结果表明：受外界气象环境影响,保护系统缺陷暴露导致非期望动作使得电网多重故障风险更为严重;综合考虑灾害天气对一二次设备影响下的短时运行风险,对于发现和消除保护系统薄弱环节及制定电网降风险运行策略具有一定参考价值。     

一种复杂电力网络的时空演化模型

网络拓扑对电力网络的脆弱性和鲁棒性有重要影响,当前经典网络模型与实际电力网络有较大差异.基于电力网络本身的演化机理,对BA无标度网络模型进行扩展与改进,构造了一种复杂电力网络的时空演化模型.提出网络生长点的概念,将其定义为靠近网络中原有节点但并未被占据的位置.新节点加入时,其坐标从网络生长点中随机选择;已有节点与新节点连接的概率由该节点的度数和该节点与新节点间的物理距离共同决定.分析了该模型的统计学特性,通过美国西部电网、中国北方电网与几种典型网络模型在平均度数、聚类系数、特征路径长度和度分布曲线等方面的对比,验证了新模型能很好地反映电力网络的演化规律.     

考虑一二次耦合多重故障的电力系统风险评估

为了综合评估恶劣天气下输电线路故障与二次系统隐性故障导致的多重故障风险,提出了考虑一二次耦合多重故障的电力系统风险评估方法。首先,分析了气象灾害导致输电线路故障的特点,总结了一二次设备耦合多重故障的特点。其次,综合考虑输电线路及保护装置的失效概率,建立了一二次耦合多重故障模型。然后,应用拉丁超立方抽样实现初始故障集的快速生成,进而评估系统失负荷、节点电压越限、支路潮流越限等风险指标。最后,采用IEEE39节点系统对所提方法进行测试。研究结果表明：考虑一二次耦合的多重故障,系统面临的风险更为严重;使用拉丁超立方抽样,可兼顾不同气象分区内线路故障概率分布差异,提高计算效率;通过多维度风险指标排序,能够有效筛选灾害天气落区内影响电网风险的关键线路和母线,为电网风险防控和薄弱环节治理提供决策依据。     

计及保护和断路器告警信息可信度的电网故障诊断优化模型

为提高已有电网故障诊断解析模型的容错性与求解效率,提出了计及保护和断路器动作状态告警信息可信度的电网故障诊断优化模型。首先,基于保护及断路器自检信息对告警信息的可信度进行评估。其次,以保护和断路器的告警信息与期望动作状态差异最小、期望动作状态可信度最大为优化目标,构建故障诊断多目标优化模型。进一步线性化优化模型,基于加权和法和模糊隶属度函数求取最优解。最后,通过算例验证了该模型的高效性与通用性。该模型在告警信息存在错误时仍能对电网故障进行快速诊断,具有良好的应用前景。     

直流馈入后交流线路故障对换相失败瞬态特征的影响

高压直流(HVDC)输电系统故障会使交流系统电气故障特性复杂化.在PSCAD/EMTDC环境下,基于含宁东--山东直流输电系统的山东电网的电磁暂态模型,研究当青岛换流站附近交流线路不同位置发生不同故障时,直流系统换相失败对交流系统电气瞬态特征的影响.直流系统换相失败对故障线路的平行线路影响最为严重,重点研究交流线路不同...     

电网严重故障下的电压稳定应对措施分析

台风、雷电和冰灾等自然灾害现象难预测、不受控。这些灾变天气不仅严重影响人们的生产生活,而且也给电网运行带来危害,因此越来越受重视。2019年8月9日英国发生的雷击引发停电事件,再次给国内外电网运行安全敲响了警钟。首先分析了英国8.9大停电事件发展过程,揭示雷击引起的系统电压下降、频率下跌的连锁反应情况。接着研究了含风电的电力系统电压稳定性及无功补偿容量计算方法,并以某典型地区电网为例,对严重故障下的电网稳定性进行仿真分析。提出防止系统电压失稳的应对措施,最后给出提高电网运行安全稳定性的相关措施建议。     

基于最优编码集及智能状态估计的电网故障诊断方法

当电网发生故障时,大量的遥信告警和变位信息上传到调度端,使得调度人员很难在短时间内对故障设备及故障类型做出准确的判断。因此提出了利用分组遥信数据识别故障类型,利用人工智能方法纠正差错遥信的电网故障诊断方法。对于此,将各种设备的标准遥信数据映射到故障诊断空间中,求取最优编码集,把故障遥信的故障空间编码值和故障空间最优编码值进行比较归类,查找故障类型,实现电网的故障诊断。通过不同故障模式的远程变位信号数据,利用站内丢失遥信事件的历史数据样本,训练智能状态估计模型。对遥信误变位或漏传数据进行纠正,实现遥信数据的前端数据纠错,提高故障诊断正确率,最终形成具有纠错能力、适用于大数据平台应用的电网故障智能诊断方法。通过案例仿真验证和实际大数据平台挂网运行,验证了智能状态估计模型和故障诊断模型对电网故障元件诊断的有效性。