基于條件期望的電力系統(tǒng)可靠性分析與決策.pdf

1、當(dāng)前電力系統(tǒng)面臨的不確定因素增多，新的元件或系統(tǒng)如高壓直流輸電、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)大量出現(xiàn)，給電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)，迫切需要提出新的可靠性指標(biāo)和評(píng)估框架來完善電力系統(tǒng)可靠性分析與決策的基礎(chǔ)理論。本文作為863國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“間歇式電源并網(wǎng)規(guī)劃與隨機(jī)全過程分析技術(shù)研究與開發(fā)”（編號(hào)：2011AA05A103）資助的一部分，基于條件期望的概念對(duì)電力系統(tǒng)可靠性分析和決策問題進(jìn)行了研究，主要

2、內(nèi)容和研究結(jié)論如下：
　　1）可靠性評(píng)估中自適應(yīng)重要抽樣技術(shù)研究。蒙特卡洛方法是電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估中的重要方法，它已經(jīng)應(yīng)用到電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配等環(huán)節(jié)。雖然直接蒙特卡洛方法的收斂速度與待求解問題的維數(shù)無關(guān)，但其計(jì)算效率卻隨問題稀有性的增強(qiáng)而降低。本文將重要抽樣技術(shù)應(yīng)用在發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評(píng)估中，并提出根據(jù)系統(tǒng)概率特點(diǎn)構(gòu)造抽樣密度函數(shù)初值的方法，從而改善重要抽樣技術(shù)在元件故障概率減小時(shí)出現(xiàn)的退化現(xiàn)象。通過對(duì)IEEE-RTS79系統(tǒng)的評(píng)

3、估發(fā)現(xiàn)：在相同的計(jì)算精度下，本文方法能加快可靠性評(píng)估的速度，提高整體計(jì)算效率。
　　2）電力系統(tǒng)條件可靠性分析框架及解析算法研究。電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估理論經(jīng)歷了由確定性分析到基于概率的可靠性分析，再到整合確定性原則和概率特性的健康度框架等演化過程。本文在此基礎(chǔ)上提出了基于條件期望的電力系統(tǒng)可靠性分析框架，所提出的條件風(fēng)險(xiǎn)和條件風(fēng)險(xiǎn)概率的概念，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)無條件風(fēng)險(xiǎn)期望值的不足，向電力系統(tǒng)分析者、管理者及決策者提供更加豐富而實(shí)用的風(fēng)險(xiǎn)

4、信息。基于經(jīng)典的容量停運(yùn)表模型，建立了各個(gè)條件風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)的計(jì)算方法。最后，對(duì)IEEE-RTS79和TH-RTS2000系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評(píng)估。通過對(duì)不同損失范圍內(nèi)的條件風(fēng)險(xiǎn)分析，工程人員可以結(jié)合自己的風(fēng)險(xiǎn)偏好對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)及其轉(zhuǎn)移過程有一個(gè)全面的理解。
　　3）交直流混聯(lián)系統(tǒng)條件可靠性評(píng)估研究。首先，通過串并聯(lián)卷積法建立HVDC的可靠性模型，在系統(tǒng)分析和優(yōu)化調(diào)整環(huán)節(jié)提出了考慮HVDC的有功調(diào)整模型和無功/電壓優(yōu)化調(diào)整模型。然后，在條件可

5、靠性分析框架下研究了基于非序貫蒙特卡洛方法的可靠性評(píng)估流程及條件可靠性指標(biāo)計(jì)算方法。最后，對(duì)含HVDC的IEEE-MRTS進(jìn)行了系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)層次條件可靠性評(píng)估，從系統(tǒng)平均風(fēng)險(xiǎn)、健康度、臨界度、風(fēng)險(xiǎn)度等不同側(cè)面研究系統(tǒng)的可靠性水平，并對(duì)高損失范圍的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了靈敏度分析。條件概率和條件風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)被引入后，發(fā)輸電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析弱化了風(fēng)險(xiǎn)的絕對(duì)概率意義，強(qiáng)化了風(fēng)險(xiǎn)的損失狀態(tài)，從而給分析者和決策者搭建了有效的風(fēng)險(xiǎn)交流平臺(tái)。
　　4）含風(fēng)電電力系統(tǒng)

6、條件可靠性評(píng)估研究。為了處理可靠性評(píng)估中具有較強(qiáng)時(shí)序性和相關(guān)性的新能源發(fā)電如風(fēng)電、光伏等，研究了基于序貫蒙特卡洛模擬的條件可靠性指標(biāo)計(jì)算方法，通過引入條件因子將條件期望的概念擴(kuò)展到系統(tǒng)的健康狀態(tài)和臨界狀態(tài)，評(píng)價(jià)指標(biāo)也涉及到時(shí)間、頻率、概率等指標(biāo)，從而提出電力系統(tǒng)的條件可靠性指標(biāo)體系。根據(jù)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)研究了風(fēng)速的季節(jié)特性、日特性、自相關(guān)性等宏觀特性，分析并比較了實(shí)測(cè)風(fēng)速法、實(shí)測(cè)風(fēng)速均值法、概率抽樣法、多狀態(tài)等效法和時(shí)間序列模擬法在模擬風(fēng)速

7、宏觀特性上的差異。最后，對(duì)加入風(fēng)電的IEEE-RTS79系統(tǒng)進(jìn)行了條件可靠性評(píng)估，并比較了不同風(fēng)速模擬方法對(duì)條件可靠性指標(biāo)曲線的影響，為風(fēng)速模擬方法的選擇提供了依據(jù)。
　　5）條件可靠性分析框架下電力系統(tǒng)規(guī)劃決策模型研究。本文在條件可靠性分析框架的基礎(chǔ)上提出了基于條件風(fēng)險(xiǎn)和條件成本的決策模型，該模型通過條件因子識(shí)別出決策者對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)范圍的決策偏好，從而有利于系統(tǒng)管理者和決策者對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和成本做出全面合理的權(quán)衡。然后，采用用戶停電損

8、失函數(shù)將系統(tǒng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)貨幣化，用可靠性成本量化系統(tǒng)面臨的停電風(fēng)險(xiǎn)，并建立了條件風(fēng)險(xiǎn)/成本決策模型的蒙特卡洛求解方法。對(duì)含風(fēng)電的IEEE-RTS79系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)：從基于平均風(fēng)險(xiǎn)/成本和基于條件風(fēng)險(xiǎn)/成本的角度有可能得出相反的決策結(jié)果。工程應(yīng)用中，決策者可以根據(jù)系統(tǒng)的條件風(fēng)險(xiǎn)和條件成本曲線，將自己的風(fēng)險(xiǎn)偏好與臨界條件因子進(jìn)行比較后做出判斷。
　　6）實(shí)際規(guī)劃電網(wǎng)的條件可靠性分析與決策。采用條件可靠性分析和決策理論對(duì)一個(gè)實(shí)際電網(wǎng)的發(fā)電

9、系統(tǒng)和發(fā)輸電組合系統(tǒng)進(jìn)行了分析，研究了直流輸電線路共模故障對(duì)系統(tǒng)條件可靠性的影響，研究了節(jié)點(diǎn)的條件可靠性指標(biāo)，并基于條件可靠性對(duì)兩個(gè)規(guī)劃方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　本文提出的條件可靠性分析及決策理論是建立在概率論條件期望的概念之上，通過條件因子或者劃分風(fēng)險(xiǎn)范圍，引入一系列的條件可靠性指標(biāo)及其曲線來刻畫決策者不同偏好下系統(tǒng)的可靠性水平，從而使分析者和決策者對(duì)系統(tǒng)的可靠性有一個(gè)連續(xù)的、全面的把握。條件可靠性分析及決策理論在電力系統(tǒng)尚處于發(fā)展