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摘要：为评估电压失稳的概率和后果，提出了基于戴维南等值参数的电压失稳风险评估方法。首先，将风险评估理论运用到电压失稳分析中，通过计算电压失稳的概率和后果，将电压失稳定量化；其次，在求得戴维南等值参数的基础上，分析电压稳定性并求得电压失稳概率，通过电力网络定量化计算对电压失稳后果进行评估；最后，以IEEE-RTS79系统为例验证了所提方法的有效性和可行性，所提方法能够定量的计算出电压失稳的概率及后果，为有效避免电压失稳提供参考依据。
关键词：戴维南等值参数；电压失稳；风险评估；概率；后果
引言
世界电力系统中因多起严重的电压稳定事故造成了巨大的经济损失。随着系统规模越来越大、同杆并架线路的增加以及大型机组参数恶化，特别是超高压长距离重负荷输电线路的投入，使得电压失稳风险日益受到广泛关注[1]。由于电压失稳往往发生在连锁故障或多重故障之后，以传统的确定性分析方法分析电网失稳问题其预想事故集有限，结果过于保守，难以给出全面的关于电压失稳的量化信息；采用风险评估方法能详细分析了电压失稳的概率及严重程度，是对电力系统暂态稳定更为细致、更为直观的评估[2]。
为了掌握电力系统中电压失稳现象的概率及严重度信息，文献[3]通过分析连续潮流计算中与临界点位置相关的参数确定相应的负荷裕度随机特性，并利用半不变量方法求得电压失稳概率；文献[4]通过研究多个负荷水平模糊聚类，计入节点负荷间的相关性及负荷预测的不确定性，提出了基于负荷水平模糊C均值聚类分析的电压稳定概率评估方法。但文献中均未兼顾风险评估中的概率和后果，鉴此，本文在风险评估理论的基础上，通过戴维南等值参数推导出电压失稳概率的解析关系，并研究了电压失稳后果的计算方法。文中通过IEEE-RTS79系统算例，验证了戴维南等值参数在电压失稳风险评估中的可行性和有效性。
1风险评估与戴维南等值理论
1.1风险评估
所谓风险评估就是对无法确切预知的事件分析其可能带来的影响。1997年国际大电网会议首次给出了电力系统运行风险评估的定义，评估扰动事件发生的可能性和严重性以衡量扰动事件对电力系统潜在的影响程度[5]。电压失稳风险评估其目的是评估电压失稳的可能性和严重性，其表达式为：
式中 代表电压失稳的风险大小， 表示发生电压失稳的可能性， 为电压失稳造成的严重度。
1.2戴维南等值原理
目前，随着戴维南等值研究的深入，在其等值的方法的准确性和计算的快速性方面均有了一定的成果，同时人们对戴维南等值参数的意义也有了一定的认识[6-7]。在电力系统中，从任意一负荷母线L向系统外看进去，可把外系统简化为一个电势为
(戴维南等值内电势)，内阻抗为
(戴维南等值阻抗)的系统。戴维南等值系统如图1所示。
图1 戴维南等值系统
根据图1戴维南等值系统模型可知，某一负荷节点电压为：
其中，
通过系统潮流计算所得的节点电压和功率求得。式（3）、（4）中的
需再建立两个方程才能求得戴维南等值电路的内电势和内阻抗。利用数学中的微分原理对方程式(3)、(4)两端求取有功功率灵敏度，可知式(5)、(6)。依据该四个方程式可求解四个未知数，从而得到戴维南等值参数。
1.3电压失稳风险评估
本文电压失稳风险评估的基本思想是：应用风险理论，通过计算电压失稳的概率及后果对电压失稳进行风险评估。首先对系统潮流进行计算，进而求取系统戴维南等值参数；然后通过电压失稳判据求取电压失稳概率，并通过电力网络定量化计算定义电压失稳后果指标求取电压失稳后果；最后对电压失稳风险进行分析。电压失稳风险评估流程图如图2所示。
图2 电压失稳风险评估流程图
2电压失稳概率分析
2.1电压失稳判据
分析电压失稳的指标有很多，如负荷裕度指标，灵敏度指标，奇异值指标，模态分析指标等[8-10]。本文采用基于戴维南等值参数的阻抗模指标来分析系统电压失稳。将电压失稳阻抗模指标定义为：
2.2 电压失稳概率
根据电压失稳阻抗模指标，可定义在t时刻节点m的失稳指示状态k(m，t)为:
（8）
即k(m，t)=1时，代表t时刻节点m是失稳的；而对于k(m，t)=0时，代表t时刻节点m是稳定的。故对于整个系统而已，t时刻失稳指示状态则有：
式(10)说明系统电压失稳的概率等于系统中电压失稳节点的概率。
3电压失稳后果分析
根据风险评估理论，风险是伤害发生的可能性与后果的严重程度的综合。停电损失很好地反映了已发生故障的严重程度，人们总是期望电压失稳后果能以货币的方式定量的呈现，但对假想的故障，失稳后的停电节点和持续时间都无法估计，并且涉及到货币化的标准无法找到切实可以实施的依据，使得以货币化的后果表现形式难以应用。本文利用戴维南等值参数为基础的阻抗模变量来描述系统电压失稳的后果。
采用戴维南等值参数的阻抗模指标，定义压失稳后果指标为：
4算例分析
采用IEEE-RST79系统对文中所提的算法进行验证。该系统的网络拓扑图如图4所示，包含24个负荷节点，10个发电机节点及38条线路，最大负荷水平为2850MW，平均负荷水平的负荷为最大负荷水平的61.44%，即为1751MW，基本数据详见文献[11]。
图4 IEEE-RTS79系统图
仿真中只考虑单一的发电机或线路的故障所引起的系统电压失稳的情形。计算结果见表1所示。
表1 基于戴维南等值系统的电压失稳风险评估结果
表1给出了IEEE-RTS79系统分别在平均负荷水平下和最大负荷水平下的电压失稳概率、后果及风险大小，表中的编号为对应拓扑图中的38条支路节点和10个发电机节点。从表中可知，最大负荷水平下的系统电压失稳风险远高于平均负荷下的系统电压失稳风险，且在最大负荷水平下发生电压失稳的概率及后果均大于平均负荷下的电压失稳概率及后果。
5结论
电力系统电压失稳风险评估是个较新的课题，该文基于风险评估理论，给出应用戴维南参数进行电压失稳风险评估的新方法。该方法能够较为简单快速的评估出电力系统电压失稳风险，包括电压失稳概率和电压失稳后果，可为电力运行相关人员提供量化的电压失稳风险信息，并识别系统的薄弱环节，为提高系统的安全稳定运行能力有一定的参考价值。
参考文献
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论文作者:张琪琪,桂良谋,詹奇文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
标签：电压论文; 概率论文; 负荷论文; 风险评估论文; 系统论文; 后果论文; 参数论文; 《电力设备》2018年第17期论文;