计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法、系统及设备与流程

本发明涉及风险评估领域，尤其涉及计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法、系统及设备。

背景技术：

1、在极端天气频发、重大自然灾害及战争冲突等极端场景下，电力系统中的输电线路、变电设备及发电设施可能遭受物理性损毁或被迫停运，导致电网拓扑结构发生剧烈突变。设施损毁发生后，功率传输通道受限，系统运行安全性和供电可靠性显著下降。与此同时，风电、光伏等可再生能源出力受气象条件影响呈现固有波动性，负荷需求也受用户行为及预测误差等因素影响而具有明显的不确定性。设施损毁与运行不确定性相互叠加，使得系统运行状态更加复杂，即使在采取应急调度措施后，系统仍可能面临电压越限、线路潮流越限甚至大范围停电等严重风险，直接威胁重要负荷的持续供电能力与社会的正常运行秩序。

2、目前，现有技术主要沿两条路径开展电力系统安全评估。第一条路径是基于复杂网络理论的抗毁性评估方法，通过分析系统拓扑结构变化（如节点度数、连通性、聚类系数等指标）来刻画设施损毁对系统整体结构性能的影响。第二条路径是基于潮流计算的运行安全分析方法，通常针对预设的n-1故障场景（即单一元件停运）进行确定性或随机性潮流仿真，校验线路潮流及节点电压是否满足安全运行约束，以此判断系统的运行安全水平。然而，上述现有技术在评估准确性方面存在明显不足。首先，基于复杂网络的方法侧重于拓扑结构特征，无法反映设施损毁后系统在实际运行约束条件下的功率平衡状态与供电能力，其评估结果与真实运行风险之间存在较大偏差。其次，基于潮流计算的方法大多局限于n-1故障场景，难以覆盖战争或极端灾害下多设施同时损毁（n-k故障）的情形，更关键的是，此类方法通常假设系统始终维持正常的供需平衡运行，较少考虑设施严重损毁后调度中心被迫采取的切负荷等应急控制行为，未能将应急运行状态纳入评估框架，导致评估结果无法真实反映极端场景下系统供电能力的损失程度和实际运行风险水平，在工程应用中具有较大的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供了计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法、系统及设备，在“多点严重破坏”且“发电用电都不稳定”的双重打击下，提高运行风险评估的准确性。

2、本发明提供了一种计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法，包括：

3、当电力系统出现设备损毁时，获取电力系统的第一电网拓扑结构、各发电机组的出力预测值以及各节点负荷的需求预测值；

4、将损毁设备从所述第一电网拓扑结构中移除，以构建第二电网拓扑结构；

5、基于所述第二电网拓扑结构，构建最优切负荷模型，将各所述出力预测值以及各所述需求预测值输入所述最优切负荷模型以求解得到电力系统在设施损毁场景下的应急运行基准状态向量以及各节点的负荷切除量；

6、根据所述应急运行基准状态向量和各节点注入功率的预测误差概率分布，确定随机扰动变量，利用雅可比矩阵对所述随机扰动变量进行线性映射，得到节点电压变化量的第一各阶半不变量和线路潮流变化量的第二各阶半不变量，根据所述第一各阶半不变量进行拟合得到节点电压概率密度函数，并根据所述第二各阶半不变量进行拟合得到线路潮流概率密度函数；

7、根据所述负荷切除量、节点电压概率密度函数和线路潮流概率密度函数，确定电力系统的运行风险值。

8、本发明实施例通过将损毁设备从原始拓扑中移除并重构第二电网拓扑，精确映射多点同时破坏下的物理结构突变，解决了传统n-1场景无法涵盖严重n-k故障的基础建模问题，为后续计算提供了与实际损毁状况相符的电网模型。其次，基于该损毁拓扑构建最优切负荷模型，并将出力与负荷预测值作为输入进行求解，该步骤模拟了调度中心在严重供血不足下的应急调控行为，获取的应急运行基准状态向量并非理想化潮流解，而是切实考虑了切负荷代价与实际供电能力的真实稳定断面，为后续不确定性分析提供了物理可行的基准点，避免了因忽略应急措施导致的风险评估严重偏离实际运行工况。再次，针对风光荷波动性，以该应急基准状态为锚点，利用雅可比矩阵将节点注入功率的随机扰动线性映射为状态变量变化量的半不变量并拟合概率密度函数，这一过程采用半不变量法高效准确地量化了运行不确定性在严重拓扑削弱后的传播特性，避免了传统蒙特卡洛法大量抽样带来的计算误差与效率瓶颈，能够精准捕捉波动下电压越限和潮流越限的概率分布特征，从而克服了确定性潮流无法评估波动风险的固有缺陷。最后，综合有功负荷切除量及电压、潮流概率密度函数计算综合风险值，将确定性应急后果与概率性波动风险纳入统一量化框架，三者有机结合使得最终风险值全面反映了结构损毁后果与运行波动影响。由此，本方法在多点损毁与运行不确定性的双重打击下，实现了对系统保供能力和运行安全性更为全面、精准的量化评估。

9、进一步地，所述将各所述出力预测值以及各所述需求预测值输入所述最优切负荷模型以求解得到电力系统在设施损毁场景下的应急运行基准状态向量以及各节点的负荷切除量，包括：

10、将各所述出力预测值以及各所述需求预测值输入所述最优切负荷模型；

11、在满足所述最优切负荷模型的全部约束条件的前提下，通过优化求解算法对所述最优切负荷模型进行求解，得到使所有节点的加权有功负荷削减量总和最小化的最优解；

12、从所述最优解中提取所述第二电网拓扑结构下各节点的电压幅值和电压相角，组合形成所述应急运行基准状态向量；

13、从所述最优解中提取各节点的实际有功负荷值，并根据各节点的原始有功负荷需求与实际有功负荷值的差值，确定各节点的有功负荷切除量。

14、这样通过将预测值作为基准参考并求解最优切负荷模型，获取物理可行的应急运行状态，为后续波动评估提供准确基准点。

15、进一步地，所述基于所述第二电网拓扑结构，构建最优切负荷模型，包括：

16、获取所述第二电网拓扑结构下各节点的原始有功负荷需求及原始无功负荷需求、有功出力上下限、无功出力上下限、各节点的安全运行电压上下限，以及各输电线路两端节点的最大允许相角差；

17、根据预设的负荷重要度权重系数和所述原始有功负荷需求，建立以所有节点的加权有功负荷削减量总和最小为目标的优化目标函数；

18、根据所述第二电网拓扑结构的节点导纳参数、各所述有功出力上下限、所述无功出力上下限、各所述最大允许相角差、各所述原始有功负荷需求、各所述原始无功负荷需求、以及各节点负荷的功率因数建立所述最优切负荷模型的约束条件，其中，所述约束条件包括节点功率平衡方程约束、发电机组出力约束、节点电压安全约束、支路相角差约束、负荷可切除范围约束和负荷功率因数约束。

19、这样通过建立含功率因数等完整约束的优化模型，确保应急调度方案严格满足多重物理与安全限制，保障评估基础的真实性。

20、进一步地，所述根据所述应急运行基准状态向量和各节点注入功率的预测误差概率分布，确定随机扰动变量，包括：

21、获取所述第二电网拓扑结构下各节点所接入的风力发电单元的第一预测误差历史统计数据、光伏发电单元的第二预测误差历史统计数据以及负荷的第三预测误差历史统计数据；

22、根据所述第一预测误差历史统计数据、所述第二预测误差历史统计数据和所述第三预测误差历史统计数据，分别统计各风力发电单元出力的第一预测误差概率分布、各光伏发电单元出力的第二预测误差概率分布以及各节点负荷的第三预测误差概率分布；

23、根据所述第一预测误差概率分布、所述第二预测误差概率分布和所述第三预测误差概率分布，分别确定各节点的有功注入功率随机变化量以及无功注入功率随机变化量；

24、将所有节点的所述有功注入功率随机变化量和所述无功注入功率随机变化量组合，形成所述随机扰动变量。

25、这样通过统计风电、光伏及负荷的历史预测误差，准确刻画源荷双重不确定性分布，为波动风险量化提供可靠输入。

26、进一步地，所述利用雅可比矩阵对所述随机扰动变量进行线性映射，得到节点电压变化量的第一各阶半不变量和线路潮流变化量的第二各阶半不变量，包括：

27、将所述应急运行基准状态向量作为基准运行点，分别在所述基准运行点处对节点功率平衡方程和支路潮流方程进行线性化处理，得到所述随机扰动变量与节点电压变化量的第一线性映射关系，以及所述随机扰动变量与线路潮流变化量之间的第二线性映射关系；

28、利用所述雅可比矩阵将所述随机扰动变量的各阶半不变量按照所述第一线性映射关系进行线性变换，得到所述节点电压变化量的第一各阶半不变量，利用所述雅可比矩阵将所述随机扰动变量的各阶半不变量按照所述第二线性映射关系进行线性变换，得到所述线路潮流变化量的第二各阶半不变量。

29、这样通过在基准点线性化映射随机扰动，高效准确地获得电压与潮流的概率分布，精准捕捉波动传播特性。

30、进一步地，所述将所述随机扰动变量的各阶半不变量按照所述第二线性映射关系进行线性变换，得到所述线路潮流变化量的第二各阶半不变量，包括：

31、获取所述基准运行点处的雅可比矩阵，并根据所述雅可比矩阵的逆矩阵确定所述第二线性映射关系中的系数矩阵；

32、对于第k阶半不变量，对所述系数矩阵中的每个元素分别求取k次幂，并将求取k次幂后的所有元素按照原系数矩阵的行列位置重新排列，构建得到第k阶对应的幂次系数矩阵；

33、将所述随机扰动变量的第k阶半不变量所构成的向量与第k阶对应的所述幂次系数矩阵进行矩阵乘法运算，得到所述线路潮流变化量的第k阶半不变量所构成的目标向量；

34、遍历每一阶半不变量，分别执行上述求取幂次、构建幂次系数矩阵和矩阵乘法运算的步骤，将各阶得到的目标向量汇总，得到所述线路潮流变化量的所述第二各阶半不变量。

35、这样通过系数矩阵幂次运算映射各阶半不变量，精确量化扰动与状态量间的高阶统计关系，确保概率分布拟合准确。

36、进一步地，所述根据所述负荷切除量、节点电压概率密度函数和线路潮流概率密度函数，确定电力系统的运行风险值，包括：

37、根据各节点的所述电压概率密度函数、预设的各节点的电压运行下限值和电压运行上限值，确定各节点的电压越限风险值，并对所有节点的电压越限风险值进行求和，得到系统电压越限风险总值；

38、根据各线路的所述线路潮流概率密度函数以及预设的各线路传输功率上限值，确定各线路的潮流越限风险值，并对所有线路的潮流越限风险值进行求和，得到系统潮流越限风险总值；

39、根据各节点的所述负荷切除量以及预设的各节点负荷重要度权重系数，确定系统切负荷风险总值；

40、将所述系统电压越限风险总值、所述系统潮流越限风险总值以及系统切负荷风险总值进行加权求和，得到电力系统的运行风险值。

41、这样通过加权求和电压、潮流及切负荷三项风险，实现对结构损毁后果与运行波动影响的统一量化评估，全面反映系统承受双重打击下的综合风险。

42、本发明另一实施例还提供了一种计及设施损毁的电力系统运行风险评估系统，包括：所述系统用于执行如本发明所述的计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法的步骤。

43、本发明另一实施例还提供了一种终端设备，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时，实现如本发明所述的计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法的步骤。

44、本发明另一实施例还提供了一种计算机可读存储介质项，包括：存储的计算机程序，在计算机程序运行时，控制计算机可读存储介质所在的设备执行如本发明所述的计及设施损毁的电力系统运行风险评估方法的步骤。