宋云亭,郭永基，鲁宗相
（清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084）
针对概率稳定评估方法中存在的计算复杂性问题，提出了基于改进故障枚举法的分区概率稳定评估模型。并将其应用于总元件数达324个的实际大规模发输电组合系统的可靠性评估中，采用该模型后的计算量仅占常规故障枚举法的0.483，从而使概率稳定分析达到实用化水平。依据该文提出的算法和计算步骤所得到的概率稳定指标能定量反映系统的安全水平。算例计算表明该方法正确有效，计算结果合理并具有实际参考价值。
关键词：发输电组合系统；分区模型；概率稳定评估；改进故障枚举法
1引言
目前电力部门进行稳定计算采用的确定性方法很难全面评估系统的稳定性。由于电力系统本身的随机性，利用概率方法对各种可能的故障模式和稳定性进行分析可以得到更丰富的参考信息[1,2]。但是概率稳定分析需要分析各种可能运行方式、各种可能故障、各种随机扰动情况，因而概率稳定评估所面临的最大障碍是计算复杂[3~5]。
针对概率稳定评估计算复杂性问题，本文提出了基于改进故障枚举法的分区概率稳定评估模型，从而克服了传统的确定性稳定评估不能全面反映系统稳定水平的缺点。常规故障枚举法的概率稳定评估因计算量太大而不能应用于实际的大规模系统，本文的改进方法与常规故障枚举法相比，计算状态数显著减少，从而使概率稳定评估达到了实用化水平。将该方法应用于以T核电站为中心的大规模发输电合成系统中进行评估，验证了模型的有效性，并显示了广阔的应用前景。评估结果对电力系统的规划、设计、运行具有指导意义[6,7]。
2 概率稳定评估的模型和算法
发输电合成系统概率稳定评估实质上包括两大部分：系统状态（运行方式和故障模式等）的形成和给定系统状态的稳定评估。后一部分实际上与确定性研究方法（如功角稳定）基本相同，因此各种概率稳定评估方法的区别主要在前一部分[8,9]。
（1）系统分区模型
一般来说，研究中对系统中各部分的关注程度是不同的，因此可以将系统分为A区和B区：A区是关注的主要部分，应采用详细模型进行重点研究；B区为关注的次要部分，与A区有机联结，可采用一般模型进行研究。系统分区模型如图1所示。研究中应对系统中的A区采用详细模型进行重点模拟，而对B区进行一般模拟。对于本研究而言，主要关心系统的稳定水平对T核电站的影响，故将T核电站及其周边部分作为A区进行重点模拟。因为T核电站有三回出线，所以最多能模拟到线路三重故障。
（2）改进的故障枚举法
目前概率稳定评估方法分为两大类：基于解析法的故障枚举法和基于模拟法的蒙特卡罗法。偶发故障枚举法是对系统所有可能状态（一般要进行故障筛选，如只考虑到两重或三重故障），计算该状态的概率并对该状态进行评估，然后统计可靠性指标。
解析法数学模型准确，算法有效，但是计算量大。对于大系统，尽管采用分区模型可有效减少计算量，但计算量仍很大，因此为进一步减少计算量，本文根据具体系统进行深入研究后，对故障枚举法作了如下改进：
1）在模拟电网故障时，对于分区模型的不同区，分别采用截断状态空间法，对于主关注区A，考虑元件一重、两重直至三重故障。而对于次关注区B只考虑一个独立元件故障和两个独立元件同时故障，即只考虑系统的N－1和N－2安全性。对于三个及三个以上独立元件同时发生故障这类事件，概率极小，忽略后对电网可靠性计算结果不会产生重大影响。
2）若发生较大的切除故障时间较长的事故后系统能够保持稳定，则不再作故障切除时间较短的暂稳计算。
3）若三相短路故障发生后，系统能够保持稳定，则不再作不对称故障的暂稳计算。
4）若两相短路接地故障发生后，系统能够保持稳定，不再作单相短路的暂稳计算。
采用分区模型并在故障枚举时对相同性质类型的故障进行合并处理后，所需模拟的故障状态数明显减少，从而显著提高了计算速度。
（3）概率稳定评估指标
可靠性概率稳定评估计算的主要指标包括：
其中，式（1）中X是系统失稳事件的集合，Xi是X中的某个事件，F（Xi）是事件Xi发生的频率；式（2）中Fi是第i类事件发生的频率，Di是发生第i类事件后系统恢复到稳定状态所需的时间，N为失稳事件的种类数；式（3）中是系统处于状态Xi的概率，是给定系统状态Xi的失稳概率。
3 改进的概率稳定评估步骤
基于前述改进模型的概率稳定评估的基本步骤如下：
（1）首先建立系统的分区模型，确定系统所处的运行方式后，输入系统数据，包括母线、线路、发电机数据，进行系统正常运行情况下的常规潮流计算。
（2）确定故障枚举规则，采用故障枚举法给出系统预想故障状态（包括故障类型、故障位置、故障切除时间等）。
（3）对给定的系统故障状态进行暂态稳定分析，根据暂态稳定分析结果对故障枚举规则进行动态改进。
（4）计算相应的概率稳定指标。如果还有新的系统状态没有评估，则转入第（2）步，否则分类累计系统的概率稳定指标，结束计算。
概率稳定评估的基本流程如图2所示。
4实际算例
4.1计算条件
根据改进的偶发故障枚举法的评估模型和算法，对以T核电站为中心的大规模发输电合成系统的可靠性概率稳定进行了评估。
T核电站外电网采用2005年主电网500kV及其所处L地区220kV网架；L地区的负荷等值到220kV变压器高压侧，其它地方的负荷等值到500kV变压器高压侧；发电机只考虑L地区220kV电厂和主电网500kV电厂额定容量大于100MW的发电机组；线路上只考虑高压电抗器作为无功补偿设备，其它等值到负荷中。整个计算网络包括92个节点，129条线路，54台变压器，49台发电机。外电网中T核电站及与其相连的J1、J2、J3节点是研究中主要关注的，故将这几个500kV节点及与这些节点相连的220kV网设为A区，电网其余部分设为B区。
例系统主接线及分区示意图如图3所示。稳定计算中主要考虑的故障类型、故障形态、故障切除时间及故障后的直接后果见表1。
T核电站第一台1GW机组和第二台1GW机组将分别在2005年冬季和2006年夏季投入商业运行，此外，考虑到系统将安排每台核电机组在冬季进行停机检修和更换燃料，冬季有四个月时间只有1台核电机组运行，因此在计算中考虑了4种典型的运行方式：
1）夏季大负荷方式（简称夏大方式，即系统年峰荷）安排2台核电机组运行，抽水蓄能机组运行于发电工况。
2）夏季小负荷方式（简称夏小方式）安排2台核电机组运行，抽水蓄能机组运行于抽水工况。
3）冬季大负荷方式（简称冬大方式）安排1台核电机组运行，1台核电机组检修，抽水蓄能机组运行于发电工况。
4）冬季小负荷方式（简称冬小方式，即系统年谷荷）安排1台核电机组运行，1台核电机组检修，抽水蓄能机组运行于抽水工况。
4.2稳定计算数学模型
对目标电网500kV和L[1][2]下一页
