台风灾害下考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法

技术特征：
1.一种台风灾害下考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法，其特征在于：包括如下步骤：通过台风灾害下输电线路故障模型生成故障场景；利用基于短、长两时间尺度的连锁故障演化模型模拟电力系统可能发生的连锁故障及其演化过程情况；结合电力系统恢复模型，采用序贯蒙特卡洛模拟法，根据系统性能情况评估电力系统弹性指标值。2.根据权利要求1所述的一种台风灾害下考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1、输入电力系统数据和台风灾害预报信息，设置模拟台风轮次n＝1，初始仿真时刻t
k
为台风开始影响电力系统时刻t0，t0为台风开始侵袭系统时刻，仿真时间间隔为δt；步骤2、更新t
k
时刻台风灾害情况和负荷水平，根据台风灾害下输电线路故障模型计算求取受灾输电线路在时间段(t
k
,t
k
δt)内的故障概率，通过抽样法得到输电线路故障集，将其作为t
k
时刻新增故障；具体的，台风灾害下输电线路故障模型为：(1)以台风与受灾输电线路位置关系为基础，r1为台风影响区域半径，r2为台风最大风速区域半径，v
t
(t)为台风移动速度，受灾输电线路故障概率随台风移动发生变化；0.5km为平均档距对各条输电线路分段，第l条输电线路第n段l
l,n
在t时刻的有效风速为：在t时刻的有效风速为：式中：(σ
x
(t),σ
y
(t))为台风中心坐标；(x,y)为输电线路l
l,n
的中心坐标；r
l,n
(t)为台风中心到输电线路l
l,n
的距离；α1和α2分别为台风的两个最大风速参数；γ1和γ2为台风衰减参数；β(t)为输电线路l
l,n
与台风环绕方向的夹角；(2)台风灾害下输电线路l
l,n
的有效风速和故障概率的近似关系为：式中：p
l,n
(t)为单位长度输电线路的故障概率，单位为1/(50km
·
h)；v
d
为输电线路设计风速；a和b为模型参数，通过统计分析历史数据获得；(3)第l条输电线路在t时刻的每小时故障概率为：式中：l
l
′
,n为输电线路l
l,n
的长度，单位为km；n
n
为输电线路l的分段数；(4)输电线路l在时间段(t
k
,t
k
δt)内的故障概率为：步骤3、判断系统中是否存在故障，若存在则根据电力系统连锁故障演化模型进行连锁故障演化分析以检测是否发生连锁故障，可得到系统性能开始下降时刻t1，系统降额运行时刻t2，根据故障情况更新系统状态，若不存在则直接转入步骤5；具体的，电力系统连锁故障演化模型过程如下：(1)判断t
k
时刻是否有新增故障，若有则进行步骤(2)，若没有则转入步骤(3)，用于分析
负荷变化后是否有新增的过载线路；(2)进行短时间尺度连锁故障过程模拟具体过程如下：a、在模拟由电稳定问题引起的短时间尺度连锁故障过程中，先判断故障线路是否被正确切除以得到停运线路情况，若故障线路保护因存在隐性故障而发生拒动、失灵情况，通过停运相邻线路来切除故障，并假设故障线路保护存在隐性故障发生拒动的概率为p
h
，其他保护均正确动作；b、然后，将系统故障情况输入暂态仿真模块，暂态仿真模块将模拟系统运行情况，并判定保护动作情况，若系统失稳则采取紧急控制措施，考虑到的保护为发电机电压越限和频率越限的保护，紧急控制措施为低压减载和低频减载的系统稳定措施，若系统稳定则结束模拟；(3)根据故障情况对系统状态进行判别，通过识别系统连通性得到子系统情况，并进行功率平衡调整来保证各子系统功率平衡，当出现功率不平衡时，通过发电机出力调整、切机或切负荷办法使功率平衡；(4)计算各个子系统的潮流，将各条线路潮流和潮流正常值上限进行对比，检查是否存在过载线路，若存在则通过线路过载控制模型进行过载控制，若不存在则记录系统状态后结束模拟；线路过载控制模型为：通过发电机调度和负荷削减的办法控制线路过载情况，采用基于直流潮流的最优潮流模型计算最小负荷削减量，目标函数为：约束条件为：约束条件为：约束条件为：约束条件为：约束条件为：式中：f
l
、f
max,l
分别为第i台发电机的有功下限和上限、第l条线路有功潮流和线路的有功潮流限值；η为电网运行人员对于线路过载的控制力度；p
ig
、分别为第i台发电机有功出力、第j个节点处的负荷需求量；为第j个节点处的负荷削减量；p
jd
为第j个节点处的负荷需求量；p
lf
为第l条线路停运概率；x
l
、θ
fl
、θ
tl
分别为线路l的电抗、线路l首端和末端节点的电压相位角；μ
l,l
为输电线路状态变量，μ
l,l
＝1为运行，μ
l,l
＝0为停运；μ
g,i
为发电机状态变量，μ
g,i
＝1为运行，μ
g,i
＝0为停运；n
g
、n
d
、n
l
分别为发电机、负荷节点以及输电线路的集合；(5)根据线路l基于潮流的停运概率公式计算过载线路故障概率，通过抽样法获取故障
集，若集合为非空集则将该故障集作为新增故障进行短时间尺度连锁故障过程模拟，若集合为空集则记录系统状态后结束模拟；忽略线路自身故障率，线路l基于潮流的停运概率公式为：式中：为线路l潮流正常值上限，f
max,l
为线路l潮流极限值，步骤4、然后根据电力系统故障恢复模型得到故障和负荷的恢复情况，根据故障情况更新系统状态，可得到t3，t3为系统性能开始恢复时刻，设定因紧急控制措施切除的负荷可在下个仿真时刻恢复供应，因元件停运损失的负荷在停运元件恢复后的下个仿真时刻恢复供应；设定在台风不再影响停运线路时刻起对停运线路进行修复，并假设恢复资源充裕，可同时开展对多个停运元件恢复工作；假设发电机具备快速启停功能，设定其停运后重新并网时间为4h；输电线路非瞬时性停运后的恢复时间服从对数正态分布，选择对数正态分布作为停运线路的恢复模型，其概率密度函数为：式中：μ和σ分别为对数正态分布的均值和方差；步骤5、进入下一个仿真时刻，重复步骤2～4直到台风离境后电力系统性能恢复正常，可得到台风灾害离境时刻t4，系统性能恢复到正常状态时刻t5；s
i
(t)为不发生故障的理想系统性能曲线，s(t)为台风灾害下系统实际性能曲线，阴影区域为系统性能损失情况，采用负荷供应量来描述系统性能，第k轮台风灾害下弹性指标r
k
为：式中：r
k
∈[0,1]，r
k
越大表示系统应对第k轮台风灾害的能力越强；步骤6、进行下一轮台风模拟，重复步骤2～5直到达到预设的台风模拟轮次；步骤7、计算电力系统弹性指标值：通过对台风过程进行多次模拟的方法评估电力系统弹性，根据电力系统在第k轮台风灾害下弹性指标r
k
，考虑灾害持续时间的电力系统弹性指标为：式中：n
mcs
为模拟台风总轮次；r∈[0,1]，r越大表示系统应对台风灾害的能力越强。

技术总结
本发明公开了一种台风灾害下考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法，涉及电力系统分析领域。该方法通过台风灾害下输电线路故障模型生成故障场景；利用基于短、长两时间尺度的连锁故障演化模型模拟电力系统因暂态稳定和热稳定问题引起的连锁故障及其演化过程；结合电力系统恢复模型，采用序贯蒙特卡洛模拟法，根据系统性能情况评估电力系统弹性指标值。相对于未考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法而言，本发明能够有效模拟台风灾害导致的初始故障情况及连锁故障演化过程，对于故障场景的刻画更全面客观，更贴近于台风灾害下电力系统实际故障发展情况，从而使弹性评估结果更准确，有利于电网运行人员准确评估电力系统应对台风灾害的能力，制定有针对性的恢复策略。略。略。


技术研发人员：秦文萍 李家钰 景祥 姚宏民 朱志龙 黄倩 张信哲 祁嘉蜜
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/8/1