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摘 要：本文首先介绍了风险评估原理。其次在计及系统负荷条件情况下分析计算了多重故障时系统各节点电压变化及各线路潮流变化，从而分析了各种故障情况的严重程度，同时考虑了各种类型故障发生的概率。最后，本文通过复杂电力系统连锁故障风险评估，将事故发生概率及后果联系起来，提出了一种故障场景筛选方法。并以太原电网为例，利用MATLAB实现了所提方法，验证了方法的正确性。
关键词：电力系统；可靠性；风险评估；故障场景筛选与聚合
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-12-0-02
一、引言
强化电网安全，保证可靠供电将仍然是新形势下对电力系统的基本要求。21世纪的今天，中国的电力发展己步入了大电网、大机组、超高压和自动化、信息化的新阶段，电力已成为经济发展和人民生活不可或缺的生产资料和生活资料，保证安全可靠的电力供应至关重要。因此我们必须加强电网安全可靠性研究，降低电网出现连锁故障导致重大停电事故产生的可能性。
网络中发生的故障，多数都是小范围的，不会影响到整个系统，但也存在极少数的雪崩式的连锁故障，即从一个很简单的故障开始，触发了一系列连锁反应，而导致网络的大部分甚至整个系统瘫痪。
对于电力系统中发生概率小但后果极为严重的灾难性事故，如何从可靠性角度进行准确的定量评价，并从中探索降低事故发生几率的方法，是一个迫切需要研究的课题。风险评估法是研究电力系统可靠性的方法之一。风险理论考虑系统不确定性因素，是一种将导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合的理论。电力系统的风险指标能够定量地把握事故的可能性和严重性这两个决定系统可靠性的因素，从而能够比较全面地反映事故对整个电力系统的影响。
二、电力系统风险评估
（一）电力系统运行可靠性
可靠性是一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。
提高系统可靠性的途径：一是提高组成系统各个元件的可靠性，二是增加冗余度。发电系统的冗余度表示，系统中安装的发电机容量要大于系统负荷，这就是所谓备用容量。
1、基于线路潮流的线路故障分析。随着线路潮流的增加，输电线路发热量增加，如果线路长时间处于高温下，线路会逐渐失去机械强度；同时导体在高温时会膨胀，增加线路的弧垂，降低离地的高度。当线路潮流大于热稳定极限时，线路的过负荷、过电流保护装置会误动作。
2、电压变化对电力系统的影响。电压是衡量电能质量的一个重要指标。系统的电压过高，过低都会影响电力系统的正常运行，电压降低时，使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性。在系统中无功不足，电压水平低下的情况下某些枢纽变电所会发生母线电压在微小扰动下顷刻之间幅度下降的“电压崩溃”现象，后果更加严重，可导致发电厂之间失步，整个系统瓦解的灾难性事故。
3、原件可靠性模型
（1-1）
（1-2）
（1-3）
式中：为系统故障概率，为系统正常运行概率，为原件不可靠度，为原件可靠度，为原件修复率，为原件停运率。
（二）风险评估
风险理论是一种考虑系统不确定性因素，将导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合的理论。根据风险评估理论将系统的风险指标定义为事故发生的概率与事故产生的后果即严重度的乘积，如式（2）所示。
本文主要研究线路或发电机故障时的风险值，其采用的数学模型为：
（2）
式中：p%为事故严重程度，F为原件故障概率。
（三）太原220kV电压等级电网可靠性分析
山西省太原市220kV电压等级电网概况如图1所示：该系统有9个PV节点、22个PQ节点。其中节点3为平衡节点。
系统共有8台发电机，其中：节点2上机组容量为3€?0MW；节点3上机组容量为4€?0MW；节点25上机组容量1€?00MW。系统共有43条线路，其中有3条发电机线路，6条变压器线路，6条双回线路，23条普通线路。系统在平均负荷水平下的总有功容量为1383MW，总无功容量为453MVar；高峰负荷下的总有功容量为2355MW，总无功容量为639MVar。
本文采用牛顿-拉夫逊迭代法对系统进行了基本潮流分析。本文的主要工作是利用MATLAB编程计算并分析系统在一阶、二阶、三阶故障情况下的事故严重程度、故障概率、风险指标并进行结果分析。
1、系统故障严重程度分析
（1）由于负荷越重，各阶故障时系统所受的影响越大，因此本文只列出系统取最大负荷且发生各阶故障后的各线路潮流变化率排序。其中各线路潮流变化率的公式如下：
（3）
式中是各线路潮流变化率，是系统故障后的线路潮流，是系统正常运行时的线路潮流，i是线路号。
注：①1-22代表22条普通线路。24-26代表连接发电机的线路，24号线上连有一台发电机，25号线上连有3台发电机，26号线上连有4台发电机。
②本文中最大负荷是指在不超过系统规定峰荷且系统故障后各节点均不出现无功越限的前提下各节点均按一定比例在平均负荷基础上所能增加到的最大值。
（2）发生各阶故障后各节点低电压程度排序。
由于系统取最大负荷时的低电压程度较严重，因此，在这里只列出系统取最大负荷且发生各阶故障后的低电压程度排序。低电压程度是指当节点电压标幺值小于0.95时，有：
（4）
当系统发生一阶故障时，无论是线路故障，还是发电机故障，系统中各节点电压均不会低于0.95，这也可见，太原电网的稳定性是相当高的。
2、系统故障概率排序
3、结果分析
阶数越高的故障，事故故障程度越高，故障概率越小，风险指标越低，相反阶数越低的故障，事故故障程度越低，故障概率越大，风险指标越高。因此我们必须重视一阶故障，尽量减少一阶故障的发生，这样同时也降低了隐性故障及连锁故障发生的可能性。发电机故障时的故障程度要比线路故障时的故障程度高，而发电机的故障概率又比线路的故障概率大，因此，我们首先要对发电机加强保护。容量越大的发电机故障时造成的危害越大，我们对容量大的发电机加强保护的同时可以考虑设后备装置以降低发电机故障时带来的危害。当发电机和连有无功补偿装置的线路故障时会使各节点电压降低，尤其是对重负荷节点影响严重，所以我们应当加强无功补偿装置的保护。与重负荷节点相连的线路发生故障时往往潮流变化率较大，潮流变化率越大的线路引发连锁故障的可能性越大。我们应当对这些线路采用可靠度高的接线方式并对这些线路加强保护。负荷越重的时候故障程度越高，对潮流变化率的影响尤其明显。随着社会的发展，用电量越来越大，为了保证可靠供电，我们应当选用质量高的导线并采用可靠经济的接线方式。
四、结论
中国的电网正处在“西电东送、南北互供、全国联网”和电力市场化的特殊历史时期，随着电网规模的逐渐扩大，安全问题越来越突出。近年来国际上发生的多起大停电事故表明，随着电网规模的扩大，电力系统事故的影响范围越来越大。为了提高电力系统运行的可靠性，防止连锁故障所带来的灾难性后果，开展对这类连锁反应事故的专门研究势在必行。本文通过电力系统风险评估和排序，筛选出对电力系统影响较严重的故障状态，通过结果分析得出了一些有关系统保护的重要结论，也为以后的电力系统分析提出了一种方法和思路。
参考文献：
[1]赵希正.强化电网安全保障可靠供电[J].电网技术,2003,27(l0):1-7.
[2]陈德树.大电网安全保护技术初探[J].电网技术,2004,28(9):14-16.
关键词：电力系统；可靠性；风险评估；故障场景筛选与聚合
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-12-0-02
一、引言
强化电网安全，保证可靠供电将仍然是新形势下对电力系统的基本要求。21世纪的今天，中国的电力发展己步入了大电网、大机组、超高压和自动化、信息化的新阶段，电力已成为经济发展和人民生活不可或缺的生产资料和生活资料，保证安全可靠的电力供应至关重要。因此我们必须加强电网安全可靠性研究，降低电网出现连锁故障导致重大停电事故产生的可能性。
网络中发生的故障，多数都是小范围的，不会影响到整个系统，但也存在极少数的雪崩式的连锁故障，即从一个很简单的故障开始，触发了一系列连锁反应，而导致网络的大部分甚至整个系统瘫痪。
对于电力系统中发生概率小但后果极为严重的灾难性事故，如何从可靠性角度进行准确的定量评价，并从中探索降低事故发生几率的方法，是一个迫切需要研究的课题。风险评估法是研究电力系统可靠性的方法之一。风险理论考虑系统不确定性因素，是一种将导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合的理论。电力系统的风险指标能够定量地把握事故的可能性和严重性这两个决定系统可靠性的因素，从而能够比较全面地反映事故对整个电力系统的影响。
二、电力系统风险评估
（一）电力系统运行可靠性
可靠性是一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。
提高系统可靠性的途径：一是提高组成系统各个元件的可靠性，二是增加冗余度。发电系统的冗余度表示，系统中安装的发电机容量要大于系统负荷，这就是所谓备用容量。
1、基于线路潮流的线路故障分析。随着线路潮流的增加，输电线路发热量增加，如果线路长时间处于高温下，线路会逐渐失去机械强度；同时导体在高温时会膨胀，增加线路的弧垂，降低离地的高度。当线路潮流大于热稳定极限时，线路的过负荷、过电流保护装置会误动作。
2、电压变化对电力系统的影响。电压是衡量电能质量的一个重要指标。系统的电压过高，过低都会影响电力系统的正常运行，电压降低时，使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性。在系统中无功不足，电压水平低下的情况下某些枢纽变电所会发生母线电压在微小扰动下顷刻之间幅度下降的“电压崩溃”现象，后果更加严重，可导致发电厂之间失步，整个系统瓦解的灾难性事故。
3、原件可靠性模型
（1-1）
（1-2）
（1-3）
式中：为系统故障概率，为系统正常运行概率，为原件不可靠度，为原件可靠度，为原件修复率，为原件停运率。
（二）风险评估
风险理论是一种考虑系统不确定性因素，将导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合的理论。根据风险评估理论将系统的风险指标定义为事故发生的概率与事故产生的后果即严重度的乘积，如式（2）所示。
本文主要研究线路或发电机故障时的风险值，其采用的数学模型为：
（2）
式中：p%为事故严重程度，F为原件故障概率。
（三）太原220kV电压等级电网可靠性分析
山西省太原市220kV电压等级电网概况如图1所示：该系统有9个PV节点、22个PQ节点。其中节点3为平衡节点。
系统共有8台发电机，其中：节点2上机组容量为3€?0MW；节点3上机组容量为4€?0MW；节点25上机组容量1€?00MW。系统共有43条线路，其中有3条发电机线路，6条变压器线路，6条双回线路，23条普通线路。系统在平均负荷水平下的总有功容量为1383MW，总无功容量为453MVar；高峰负荷下的总有功容量为2355MW，总无功容量为639MVar。
本文采用牛顿-拉夫逊迭代法对系统进行了基本潮流分析。本文的主要工作是利用MATLAB编程计算并分析系统在一阶、二阶、三阶故障情况下的事故严重程度、故障概率、风险指标并进行结果分析。
1、系统故障严重程度分析
（1）由于负荷越重，各阶故障时系统所受的影响越大，因此本文只列出系统取最大负荷且发生各阶故障后的各线路潮流变化率排序。其中各线路潮流变化率的公式如下：
（3）
式中是各线路潮流变化率，是系统故障后的线路潮流，是系统正常运行时的线路潮流，i是线路号。
注：①1-22代表22条普通线路。24-26代表连接发电机的线路，24号线上连有一台发电机，25号线上连有3台发电机，26号线上连有4台发电机。
②本文中最大负荷是指在不超过系统规定峰荷且系统故障后各节点均不出现无功越限的前提下各节点均按一定比例在平均负荷基础上所能增加到的最大值。
（2）发生各阶故障后各节点低电压程度排序。
由于系统取最大负荷时的低电压程度较严重，因此，在这里只列出系统取最大负荷且发生各阶故障后的低电压程度排序。低电压程度是指当节点电压标幺值小于0.95时，有：
（4）
当系统发生一阶故障时，无论是线路故障，还是发电机故障，系统中各节点电压均不会低于0.95，这也可见，太原电网的稳定性是相当高的。
2、系统故障概率排序
3、结果分析
阶数越高的故障，事故故障程度越高，故障概率越小，风险指标越低，相反阶数越低的故障，事故故障程度越低，故障概率越大，风险指标越高。因此我们必须重视一阶故障，尽量减少一阶故障的发生，这样同时也降低了隐性故障及连锁故障发生的可能性。发电机故障时的故障程度要比线路故障时的故障程度高，而发电机的故障概率又比线路的故障概率大，因此，我们首先要对发电机加强保护。容量越大的发电机故障时造成的危害越大，我们对容量大的发电机加强保护的同时可以考虑设后备装置以降低发电机故障时带来的危害。当发电机和连有无功补偿装置的线路故障时会使各节点电压降低，尤其是对重负荷节点影响严重，所以我们应当加强无功补偿装置的保护。与重负荷节点相连的线路发生故障时往往潮流变化率较大，潮流变化率越大的线路引发连锁故障的可能性越大。我们应当对这些线路采用可靠度高的接线方式并对这些线路加强保护。负荷越重的时候故障程度越高，对潮流变化率的影响尤其明显。随着社会的发展，用电量越来越大，为了保证可靠供电，我们应当选用质量高的导线并采用可靠经济的接线方式。
四、结论
中国的电网正处在“西电东送、南北互供、全国联网”和电力市场化的特殊历史时期，随着电网规模的逐渐扩大，安全问题越来越突出。近年来国际上发生的多起大停电事故表明，随着电网规模的扩大，电力系统事故的影响范围越来越大。为了提高电力系统运行的可靠性，防止连锁故障所带来的灾难性后果，开展对这类连锁反应事故的专门研究势在必行。本文通过电力系统风险评估和排序，筛选出对电力系统影响较严重的故障状态，通过结果分析得出了一些有关系统保护的重要结论，也为以后的电力系统分析提出了一种方法和思路。
参考文献：
[1]赵希正.强化电网安全保障可靠供电[J].电网技术,2003,27(l0):1-7.
[2]陈德树.大电网安全保护技术初探[J].电网技术,2004,28(9):14-16.