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第一篇 电力系统风险评估与风险调度模型及基本理论3

第1章 概述3

1.1 现代电力系统运行的时代背景3

1.2 电力系统运行面临的主要问题4

1.2.1 极端外部灾害事件频发4

1.2.2 物理系统与信息系统高度融合4

1.2.3 现有电力调度方式已落后于智能电网自身的发展5

1.3 风险评估与风险调度的内涵6

1.3.1 电力系统可靠性评估的概念6

1.3.2 电力系统风险评估的概念7

1.3.3 电力系统风险调度的概念8

1.4 本书的内容结构10

参考文献10

第2章 发电机设备风险模型13

2.1 概述13

2.2 常规发电机时变停运模型13

2.2.1 传统的发电机停运模型13

2.2.2 考虑老化失效的发电机综合时变停运模型14

2.3 快速启停机组停运模型15

2.4 风机时变停运模型16

2.4.1 风速模型16

2.4.2 风机的出力与风速的关系16

2.5 光伏发电机组时变停运模型17

2.5.1 太阳能电池阵列的可靠性模型17

2.5.2 逆变器的可靠性模型18

2.6 本章小结18

参考文献19

第3章 电网一次设备的风险评估模型20

3.1 概述20

3.2 一次设备风险概率建模20

3.2.1 一次设备故障率建模思路20

3.2.2 基于历史统计信息的故障率模型21

3.2.3 基于检测量的故障率模型21

3.2.4 基于老化和设备状态的故障率模型22

3.3 架空输电线的时变停运模型23

3.3.1 基于重负载潮流的输电线路停运模型23

3.3.2 恶劣灾害条件下的输电线路停运模型24

3.3.3 基于线路老化的停运模型29

3.3.4 输电线路综合时变停运模型31

3.4 变压器的时变停运模型31

3.4.1 内部潜伏性故障的失效机理32

3.4.2 内部潜伏性故障的油气特征33

3.4.3 基于油气信息的变压器时变停运模型34

3.4.4 基于PHM和油气信息的变压器时变停运模型38

3.4.5 变压器综合时变停运模型42

3.5 静态无功补偿装置时变停运模型43

3.5.1 静态无功补偿设备的绝缘寿命模型43

3.5.2 静态无功补偿设备的时变停运模型46

3.6 高压断路器时变停运模型50

3.6.1 断路器在线健康状态评估50

3.6.2 考虑断路器状态的停运模型52

3.7 本章小结53

参考文献54

第4章 电网二次系统的风险评估模型55

4.1 概述55

4.2 电力二次系统概述55

4.3 电力二次系统共性57

4.4 基于功能分解的电力二次系统信息模型60

4.4.1 基本元素定义60

4.4.2 系统功能树和功能图的构造61

4.4.3 基于FBM的电力二次系统数学描述63

4.5 电力二次系统功能风险建模63

4.5.1 可靠性风险建模比较63

4.5.2 基于可靠性框图的功能失效风险概率分析64

4.6 二次系统对一次系统可靠性影响的风险模型69

4.6.1 电力二次系统对一次系统的作用分类69

4.6.2 考虑二次系统作用的一次系统可靠性分析70

4.6.3 基于非序贯蒙特卡罗模拟法的风险评估72

4.7 本章小结75

参考文献76

第5章 高风电渗透率下的电力系统短期和中期可靠性评估78

5.1 概述78

5.2 发电系统可靠性模型79

5.2.1 风电场的可靠性模型79

5.2.2 传统发电机的可靠性模型83

5.2.3 快速启停机组的可靠性模型86

5.2.4 混合发电和备用提供商的可靠性模型87

5.3 考虑输电网络影响的系统可靠性模型89

5.4 可靠性评估过程90

5.4.1 可靠性指标90

5.4.2 可靠性评估的计算步骤91

5.5 算例分析92

5.6 本章小结95

参考文献96

第二篇 电力系统风险评估与风险调度方法101

第6章 电力系统运行风险评估方法101

6.1 概述101

6.2 随机过程101

6.3 马尔可夫过程101

6.4 解析法103

6.5 模拟法104

6.5.1 蒙特卡罗技术104

6.5.2 交叉熵重采样技术105

6.5.3 离散多状态空间非序贯仿真技术107

6.5.4 考虑时齐马尔可夫过程的序贯仿真技术110

6.5.5 考虑非时齐马尔可夫过程的序贯仿真技术112

6.6 本章小结114

参考文献114

第7章 电力系统随机状态后果评价方法116

7.1 概述116

7.2 互联大电网的状态后果评价116

7.2.1 安全稳定约束116

7.2.2 静态安全分析116

7.2.3 中断供电的能量损失119

7.2.4 电网拓扑完整性122

7.2.5 经济损失124

7.2.6 控制代价125

7.3 配电网的状态后果评价125

7.3.1 概述125

7.3.2 配电网可靠性指标126

7.3.3 用户停电损失估算128

7.4 后果严重度的定性描述133

7.4.1 概述133

7.4.2 一般计算流程134

7.4.3 严重度评级134

7.5 本章小结137

参考文献137

第8章 考虑可靠性的大规模光伏系统经济性评估方法139

8.1 概述139

8.2 光伏系统可靠性模型140

8.2.1 太阳能电池板阵列可靠性模型140

8.2.2 逆变器可靠性模型142

8.2.3 产能单元可靠性模型142

8.2.4 期望产能143

8.3 光伏系统成本分析143

8.4 光伏系统的可行配置鉴别144

8.5 应用实例145

8.6 本章小结150

参考文献150

第9章 电力系统风险调度方法152

9.1 概述152

9.2 基于风险的预防控制153

9.2.1 基本概念153

9.2.2 ROPC模型156

9.2.3 ROPC问题的求解157

9.2.4 DSMOPSO算法流程158

9.3 多阶段协调的风险调度159

9.3.1 MCRD基本概念159

9.3.2 MCRD数学优化模型161

9.3.3 MCRD的求解162

9.4 多区互联电力系统的分散协调风险调度166

9.4.1 CDRD基本概念166

9.4.2 分散协调风险调度的架构与区域分解机制167

9.4.3 分散协调风险调度的优化模型169

9.4.4 CDRD的求解170

9.5 智能电网背景下的风险调度173

9.5.1 时间解耦协调的风险调度模型与方法174

9.5.2 空间解耦协调的风险调度模型与方法175

9.5.3 市场环境下的智能电网风险调度模型与方法177

9.6 本章小结178

参考文献179

第10章 重构电力系统的可靠性评估方法181

10.1 概述181

10.2 高风电渗透率下重构电力系统的可靠性分析方法181

10.2.1 概述181

10.2.2 发电系统可靠性网络等效182

10.2.3 实时运行下的偶发故障管理模式189

10.2.4 仿真步骤及可靠性分析191

10.2.5 算例分析194

10.3 基于最优减载技术的重构电力系统可靠性评估198

10.3.1 概述198

10.3.2 现有的负荷减载和发电再调度方法综述199

10.3.3 用户对切负荷的响应200

10.3.4 偶发事故管理模型201

10.3.5 问题建模202

10.3.6 可靠性指标204

10.3.7 IEEE RTS算例分析208

10.4 本章小结213

参考文献213

第11章 计及FACTS校正控制策略的电网静态安全风险评估技术216

11.1 概述216

11.2 柔性交流输电的风险控制问题216

11.3 基于风险灵敏度的FACTS设备位置配置217

11.3.1 电网静态安全风险指标217

11.3.2 FACTS设备的功率注入模型221

11.3.3 FACTS设备的位置配置224

11.4 FACTS校正控制机理227

11.5 FACTS校正控制数学优化模型228

11.6 计及FACTS校正控制的风险评估流程230

11.7 算例分析231

11.7.1 FACTS校正控制对电网静态安全风险的影响231

11.7.2 FACTS配置位置对电网静态安全风险的影响233

11.7.3 FACTS配置容量对电网静态安全风险的影响235

11.8 本章小结235

参考文献236

第12章 基于风险指标排序的安全约束最优潮流分析237

12.1 概述237

12.2 安全约束最优潮流238

12.3 电力系统风险评估理论基础239

12.3.1 概率性的评估方法239

12.3.2 严重度指标240

12.4 数学模型与相关指标241

12.4.1 安全约束最优潮流数学模型241

12.4.2 考虑天气状况的输电线路停运模型242

12.4.3 考虑输电线路停运概率的改进过载风险指标244

12.5 算法流程245

12.5.1 传统SCOPF算法流程245

12.5.2 基于故障风险指标排序的SCOPF算法流程246

12.6 算例分析247

12.7 本章小结251

参考文献252

第13章 基于时空解耦的自治系统风险调度模型与算法253

13.1 概述253

13.2 基于空间解耦的互联电力系统风险调度方法253

13.3 基于时间解耦的自治电力系统风险调度方法260

13.4 本章小结264

参考文献265

第14章 电力市场下互联微网协同自治调度形态与策略267

14.1 概述267

14.2 基于产消方式的互联微网分散能量管理方法267

14.3 考虑风险因子的互联自治微网协同调度方法278

14.4 本章小结282

参考文献283

第15章 电网人因可靠性分析及风险评估284

15.1 概述284

15.2 人因可靠性研究现状284

15.2.1 人因可靠性理论研究现状284

15.2.2 人因可靠性方法研究现状285

15.2.3 电网人因可靠性和操作风险研究现状286

15.3 电力系统中人为可靠性概述287

15.3.1 电力操作可靠性概念287

15.3.2 电力系统生产特点288

15.3.3 电力系统安全生产中人为分析的重要性289

15.3.4 CREAM方法简介291

15.3.5 CREAM方法针对电力系统的改进293

15.4 电力系统中的人为失误302

15.4.1 电力系统中人为失误机理302

15.4.2 电力系统中人为影响因素304

15.5 电力运行操作人为可靠性分析306

15.5.1 时间相关型场景下人为可靠性分析（TR-HRA）306

15.5.2 过程相关型场景下人为可靠性分析（PR-HRA）307

15.5.3 应急相关型场景下人为可靠性分析（ER-HRA）309

15.5.4 算例分析310

15.6 考虑人为失误的设备风险建模及可靠度评估314

15.6.1 考虑人为失误的设备风险模型314

15.6.2 算例分析（IEEE 9节 点测试系统可靠性评估）315

15.6.3 考虑人为因素的设备可靠度评估317

15.7 电力检修中的人为可靠性分析320

15.7.1 人为因素导致的不完美检修320

15.7.2 考虑人为因素的设备定期检修模型321

15.7.3 算例分析322

15.8 设备检修过程中人为失误管理326

15.9 电力调度操作中人为可靠性分析327

15.9.1 调度操作过程中的人为失误327

15.9.2 考虑人为因素的紧急调度操作可靠性分析327

15.9.3 人为因素对电力系统连锁故障影响328

15.9.4 算例分析（IEEE 24节 点测试系统可靠性评估）329

15.10 本章小结331

参考文献332

第16章 考虑风电和风险约束的经济调度336

16.1 概述336

16.2 含风电的RCED模型336

16.3 含风电的CEED模型338

16.4 仿真分析1340

16.5 仿真分析2345

16.6 本章小结349

参考文献350

第三篇 电力系统风险评估与风险调度实践353

第17章 电力系统风险调度体系及架构设计353

17.1 概述353

17.2 电力系统风险调度体系介绍354

17.2.1 风险跟踪354

17.2.2 风险校核356

17.2.3 风险控制357

17.3 电力系统风险调度架构设计359

17.3.1 硬件架构361

17.3.2 软件架构362

17.3.3 功能架构365

17.4 电力系统风险调度指标定级体系367

17.4.1 风险发生概率定级368

17.4.2 风险严重程度定级368

17.4.3 风险定级370

17.4.4 多风险处理方法370

17.5 本章小结372

参考文献372

第18章 电网运行多维度风险管控系统实现及应用374

18.1 概述374

18.2 互联大电网运行风险评估设计374

18.3 多维度风险管控系统实现及应用377

18.3.1 风险信息采集377

18.3.2 风险辨识模块379

18.3.3 风险评估模块380

18.3.4 风险预警与管控模块383

18.4 本章小结387

参考文献387

第19章 安徽省某地区配电网风险规划应用388

19.1 概述388

19.2 风险规划模型388

19.2.1 风险规划含义388

19.2.2 含分布式新能源的配电网风险规划数学模型389

19.3 基于风险光水协调规划方法391

19.4 风险规划理论应用395

19.4.1 35kV网络风险规划理论应用397

19.4.2 10kV网络风险规划理论应用400

19.4.3 35kV和10kV网络联合风险规划理论应用402

19.5 本章小结406

参考文献406

第20章 电网多维度运行风险调度与应急指挥系统实现及应用407

20.1 概述407

20.2 电网防灾减灾工作408

20.2.1 我国电网灾害防御方面已有的工程与项目408

20.2.2 我国电网安全防御体系的探讨409

20.2.3 主要解决的问题412

20.3 电网多维度运行风险调度与应急指挥系统实现及应用412

20.3.1 系统建设的意义412

20.3.2 系统框架与功能413

20.3.3 数据源与数据接口414

20.3.4 主要的功能模块414

20.3.5 系统的开发与实现417

20.3.6 系统的主要功能界面设计419

20.4 本章小结422

参考文献422

第21章 电网操作人因可靠性分析及事故预控系统424

21.1 概述424

21.2 需求分析424

21.2.1 系统总体需求分析425

21.2.2 系统体系结构需求425

21.2.3 用户及权限需求426

21.2 4功能需求427

21.2.5 用户界面需求428

21.3 系统设计428

21.3.1 系统架构设计428

21.3.2 系统功能设计430

21.3.3 系统功界面展示方案设计434

21.3.4 系统数据库设计434

21.4 系统展示及功能介绍435

21.5 本章小结439

参考文献439

第22章 面向调度运行的动态风险评估与管控实现及应用440

22.1 概述440

22.2 面向调度运行的风险评估方法441

22.2.1 基于事件树的调度操作状态模拟441

22.2.2 调度操作风险指标计算443

22.2.3 调度操作风险评估框架445

22.2.4 算例分析446

22.3 面向调度运行的风险定级方法449

22.3.1 调度运行风险后果值量化评估449

22.3.2 调度运行风险概率值量化评估450

22.3.3 调度运行风险值量化评估452

22.4 面向调度运行的风险评估平台实现453

22.4.1 风险信息采集模块453

22.4.2 设备风险辨识模块456

22.4.3 调度操作风险评估模块456

22.4.4 调度操作风险比较模块458

22.4.5 电网运行风险评估模块460

22.4.6 离线Web版风险管理工具461

22.5 本章小结463

参考文献464

附录A风险评估基础知识465

A.1 概述465

A.2 概率论引论465

A.2.1 样本空间与事件465

A.2.2 概率的定义467

A.2.3 条件概率470

A.2.4 独立事件473

A.2.5 贝叶斯公式475

A.3 随机过程477

A.3.1 随机过程478

A.3.2 泊松过程479

A.3.3 马尔可夫链482

A.4 优化方法486

A.4.1 整数线性规划486

A.4.2 规划问题及其求解方法495

A.4.3 分支定界方法498

附录B风险评估测试模型501

B.1 风险评估IEEE RTS-79模型501

B.2 风险评估IEEE RTS-96模型505

B.3 风险调度各下级调度中心的优化模型505

附录C术语508