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導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 電力安全論文>>正文

輸電網(wǎng)安全性需求評估指標(biāo)集的構(gòu)建

文檔作者：黃文英1，鄧兆云，鄧勇1，何光宇2，陳睿2,3，劉鎧誠2 文檔來源：１．國網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心２．清華大學(xué)電機系電力系統(tǒng) 國家重點實驗室３．廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年01月07日
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理論研究電力建設(shè)
第３５ 卷第８期
２０１４ 年８月
?。保??。瑁簦簦穑海鳎鳎鳎悖澹穑悖悖铮恚悖?
基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（５１０７７０７９）。
輸電網(wǎng)安全性需求評估指標(biāo)集的構(gòu)建
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２
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２
（１．國網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心，福州市３５０００３；２．清華大學(xué)電機系電力系統(tǒng)
國家重點實驗室，北京市１０００８４；３．廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣州市５１０６００）
摘　要：輸電網(wǎng)的安全運行是輸電網(wǎng)企業(yè)的主要需求，輸電網(wǎng)運行的安全性事故將造成輸電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)濟和社會效益的
嚴(yán)重損失。輸電網(wǎng)企業(yè)期望輸電網(wǎng)運行中能夠經(jīng)受可能的擾動，以保證電網(wǎng)和設(shè)備的正常運行，從而不中斷輸電服務(wù)。
通過分析輸電網(wǎng)利益相關(guān)者的需求滿足程度，可以評估輸電網(wǎng)運行的整體狀態(tài)?；谳旊娋W(wǎng)運行的隨機特性，采用風(fēng)
險評估方法，構(gòu)建安全性需求評估指標(biāo)集，提出安全性風(fēng)險評估指標(biāo)的計算模型和方法。相比較傳統(tǒng)電網(wǎng)安全性研究，
引入情景分析方法，將在某種運行方式下輸電網(wǎng)發(fā)生某種元件故障或不發(fā)生元件故障作為一個情景，綜合考慮了多種
隨機因素，建立情景的概率模型；在特定情景下研究電網(wǎng)的各類安全問題，通過安全判據(jù)指標(biāo)綜合判斷情景的安全性，
進而采用最小控制代價衡量干擾對輸電網(wǎng)運行造成的后果；通過抽樣方法，得到各情景發(fā)生的概率和后果，計算風(fēng)險價
值、條件風(fēng)險價值指標(biāo)，以評估系統(tǒng)的安全風(fēng)險。
關(guān)鍵詞：輸電網(wǎng)運行；電網(wǎng)安全；指標(biāo)體系；需求評估
Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃｅｓ Ｓｅｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ
Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ
ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎｙｉｎｇ１ ，ＤＥＮＧ Ｚｈａｏｙｕｎ１ ，ＤＥＮＧ Ｙｏｎｇ１ ，ＨＥ Ｇｕａｎｇｙｕ２，
ＣＨＥＮ Ｒｕｉ２，３，ＬＩＵ Ｋａｉｃｈｅｎｇ２
（１．Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｆｕｊｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００３，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６００，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｌｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ．
Ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ ｔｈｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｗｉｌｌ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｄｉｓａｓｔｒｏｕｓ ｌｏｓｓ ｏｎ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ．Ｈｅｎｃｅ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｏ ｐｏｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｎｄｕｒｉｎｇ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒｉｄ
ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｋｅｈｏｌｄｅｒｓ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ
ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ａ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｉｎｄｉｃｅｓ ｓｅｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｇｒｉｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ａ ｓｃｅｎａｒｉｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，
ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｏｒ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｗａｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ａｓ ａ ｓｃｅｎａｒｉｏ，ａｎｄ
ａ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ｆａｃｔｏｒｓ．Ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ
ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ．Ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ
ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｉｎｄｉｃｅｓ；ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ａ ｍｉｎｉｍｕｍ ｅｘｐｅｎｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ
ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ
ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ；ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ ａｔ ｒｉｓｋ ａｎｄ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｖａｌｕｅ －ａｔｒｉｓｋ，ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｐｒｏｐｅｒｌｙ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｇｒｉｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ；ｎｅｅｄｓ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
中圖分類號：ＴＭ７　　　　　文獻標(biāo)志碼：Ａ　　　　　文章編號：１０００ －７２２９（２０１４）０８ －００１２ －０６
ＤＯＩ：１０３９６９ ／ｊ．ｉｓｓｎ１０００ －７２２９２０１４０８００３
第３５ 卷第８ 期黃文英，等：輸電網(wǎng)安全性需求評估指標(biāo)集的構(gòu)建理論研究
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ　?。保?
０　引　言
科學(xué)、系統(tǒng)、全面的輸電網(wǎng)運行評估為調(diào)度人員
分析電網(wǎng)運行、進行控制決策提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在調(diào)
度運行中具有十分重要的意義。
研究人員從多種角度對輸電網(wǎng)運行評估方法和
評估指標(biāo)進行了深入的探討。文獻［１］提出一種系
統(tǒng)的輸電網(wǎng)運行評估指標(biāo)體系的總體架構(gòu)和指標(biāo)選
取方法，從結(jié)果和原因２ 個層面對輸電網(wǎng)運行進行評
估，構(gòu)建覆蓋輸電網(wǎng)各個運行目標(biāo)的指標(biāo)體系。指標(biāo)
體系一方面幫助調(diào)度人員盡快地從全局、宏觀的層面
認知輸電網(wǎng)的運行狀態(tài)，另一方面將深入分析當(dāng)前輸
電網(wǎng)運行的薄弱環(huán)節(jié)，保證其運行調(diào)度的合理決策。
指標(biāo)體系中，結(jié)果評估對輸電網(wǎng)運行的利益相關(guān)者
的需求進行分析，評估輸電網(wǎng)運行滿足各方需求的程
度，進而說明輸電網(wǎng)運行的整體狀態(tài)。其中，輸電網(wǎng)安
全運行是輸電網(wǎng)企業(yè)的主要需求之一。安全性需求指
期望輸電網(wǎng)運行中能夠經(jīng)受可能的擾動，保證網(wǎng)絡(luò)和設(shè)
備的正常運行，不中斷輸電服務(wù)［１］。采用有效的方法和
指標(biāo)對安全性需求的滿足程度進行評估，是構(gòu)建輸電網(wǎng)
運行指標(biāo)體系的一項重要工作。
保證輸電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行是電力研究人員重
視的問題之一，安全性評估的研究成果較為豐富，已
有廣泛的應(yīng)用，包括確定性評估方法、概率性評估方
法以及風(fēng)險評估方法等。確定性方法［２３］針對特定的
預(yù)想事故，計算相應(yīng)的安全性指標(biāo)，評估輸電網(wǎng)的安
全穩(wěn)定裕度。確定性的安全評估方法物理意義明確，
計算數(shù)據(jù)量小，但它忽略了系統(tǒng)面臨的隨機性，僅針
對單一事故，求取的安全裕度往往偏大，也不能定量
地說明全系統(tǒng)的總體安全性。概率性評估方法［４５］針
對這一問題，考慮了系統(tǒng)行為的概率特征，分析元件
隨機故障、負荷隨機波動的概率分布，求取概率性的
安全指標(biāo)，以評估系統(tǒng)在多大概率上是安全的。文獻
［４］考慮在當(dāng)前運行方式下的負荷水平和元件故障
的概率分布，判斷系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，提出多個
評估電壓安全性的概率指標(biāo)，包括靜態(tài)電壓失穩(wěn)概
率、靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)越界概率、靜態(tài)電壓穩(wěn)定有功
停電功率、靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度等。
風(fēng)險評估方法進一步考慮了事故發(fā)生的概率和
產(chǎn)生的后果，結(jié)合經(jīng)濟性和安全性指標(biāo)進行系統(tǒng)安全
性評估，求得系統(tǒng)安全風(fēng)險的大小。文獻［６］中首先
提出了電力系統(tǒng)風(fēng)險評估方法，特定運行方式下的系
統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)可以表達為，發(fā)生事故的概率及其后果的
乘積。風(fēng)險評估方法一般包括以下幾個步驟：構(gòu)建系
統(tǒng)模型和假想事故模型、分析系統(tǒng)可能出現(xiàn)的狀態(tài)及
計算狀態(tài)發(fā)生的概率、評估狀態(tài)發(fā)生的后果、計算特
定運行方式下的風(fēng)險指標(biāo)［７９］。
文獻［９ －１０］根據(jù)系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，考慮負
荷水平的隨機波動和線路隨機故障，根據(jù)不同的事故
后果，提出了多個電網(wǎng)安全評估的風(fēng)險指標(biāo)，即低電
壓風(fēng)險指標(biāo)、過載風(fēng)險指標(biāo)、電壓失穩(wěn)風(fēng)險指標(biāo)、連鎖
故障風(fēng)險指標(biāo)等，一般的數(shù)學(xué)表達式如下：
Ｒｉｓｋ（Ｘｔ，ｆ）＝Σｉ
Ｐｒ（Ｅｉ）·
［Σｊ
Ｐｒ（Ｘｔ，ｊ ｜Ｘｔ，ｆ）·Ｓｅｖ（Ｅｉ，Ｘｔ，ｊ）］ （１）
式中：Ｘｔ，ｆ為ｔ 時刻的運行方式；Ｅｉ 為系統(tǒng)的第ｉ 個可
能故障；Ｘｔ，ｊ 為ｔ 時刻的第ｊ 個可能的負荷水平；
Ｐｒ（Ｅｉ）為故障Ｅｉ 發(fā)生的概率；Ｐｒ（Ｘｔ，ｊ ｜Ｘｔ，ｆ）為ｔ 時
刻出現(xiàn)Ｘｔ，ｊ 負荷水平的概率；Ｓｅｖ（Ｅｉ，Ｘｔ，ｊ）為系統(tǒng)在
負荷水平Ｘｔ，ｊ 和故障Ｅｉ 條件下的系統(tǒng)損失，針對不同
類型的后果給出相應(yīng)的嚴(yán)重度函數(shù)；Ｒｉｓｋ（Ｘｔ，ｆ）是系
統(tǒng)在Ｘｔ，ｆ 運行方式下的安全風(fēng)險。
針對不同的擾動形式及系統(tǒng)損失形式，可以構(gòu)造
不同的風(fēng)險指標(biāo)［１１１４］。文獻［１１１２］具體討論了針
對電壓失穩(wěn)、變壓器過載等事故后果的風(fēng)險評估，文
獻［１３］探討了在氣候條件波動下線路熱穩(wěn)定的風(fēng)
險。目前多數(shù)的電力系統(tǒng)風(fēng)險評估方法僅能反映某
一特定的事故后果，文獻［１４］結(jié)合了低電壓風(fēng)險評
估及過載風(fēng)險評估，基于遺傳算法提出了一種系統(tǒng)安
全性的多目標(biāo)優(yōu)化框架。
相較于確定性方法，風(fēng)險評估指標(biāo)包含了故障或
擾動集合中所有故障及擾動的影響，而非僅考慮最嚴(yán)
重事故，計算量較大，但能夠定量地反映各種可能干
擾對系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟性的影響。
本文基于文獻［１］提出的輸電網(wǎng)運行評估指標(biāo)
體系的總體架構(gòu)和構(gòu)建方法，針對輸電網(wǎng)安全性需
求，采用風(fēng)險評估方法，構(gòu)建安全性需求評估指標(biāo)集，
并提出安全性風(fēng)險評估指標(biāo)的計算模型和方法。本
文將首先概述安全性需求的評估方法；然后介紹所選
取的安全風(fēng)險指標(biāo)；之后分析各情景下事故發(fā)生的概
率和后果；最后提出風(fēng)險指標(biāo)的計算流程。
１ 　評估方法和思路
前文提到，安全性需求所針對的是輸電網(wǎng)運行中
能夠經(jīng)受可能的擾動，故安全性需求評估應(yīng)考慮系統(tǒng)
行為的概率性特征，判斷輸電網(wǎng)在面對各種可能的運
行狀態(tài)和故障場景下是否存在安全隱患。風(fēng)險評估
方法結(jié)合了事故的概率和后果，不僅反映了系統(tǒng)出現(xiàn)
事故的可能性，而且能夠識別事故后果的嚴(yán)重程度。
擬采用風(fēng)險評估的方法進行安全性需求評估。
理論研究電力建設(shè)２０１４ 年８ 月
?。保??。瑁簦簦穑海鳎鳎鳎悖澹穑悖悖铮恚悖?
評估輸電網(wǎng)當(dāng)前整體的安全風(fēng)險，需解決３ 個問
題：在當(dāng)前運行方式下，下一個時間段可能發(fā)生哪些
事件；事件發(fā)生的概率為何；事件發(fā)生的后果為何。
未來的外部環(huán)境或需求的變化是多樣的，可能是
負荷的增加或減小，可能是機組的投入或切除，可能
發(fā)生線路的短路或斷路事故，清晰列舉及描述各種可
能發(fā)生的事件是計算風(fēng)險指標(biāo)前首先應(yīng)完成的工作。
在此，引入情景規(guī)劃的思路。情景即為對未來以
某一概率發(fā)生的確定性態(tài)勢的描述［１５］。在本研究
中，將在某種運行方式下輸電網(wǎng)發(fā)生某種元件故障或
不發(fā)生元件故障稱為一個情景。情景涵蓋了未來某
一時刻表征電網(wǎng)運行狀態(tài)的所有信息，包括發(fā)電、負
荷、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、故障類型、故障時間等信息。故針對特
定情景，若其發(fā)生的概率和后果已知，則可以按照式
（１）計算該情景的風(fēng)險指標(biāo)。
針對輸電網(wǎng)企業(yè)安全需求的滿足程度，其評估的
總體思路：基于電網(wǎng)安全風(fēng)險評估的理論，首先選擇
具有代表性的風(fēng)險評估指標(biāo)；其次根據(jù)指標(biāo)構(gòu)建情景
集，確定情景發(fā)生的概率，并分析在各情景下產(chǎn)生的
安全性后果；最后根據(jù)概率和后果曲線，計算安全風(fēng)
險評估指標(biāo)。
２　安全風(fēng)險指標(biāo)
在本研究中，選取風(fēng)險價值ＶａＲ和條件風(fēng)險價值
ＣＶａＲ作為安全風(fēng)險指標(biāo)，綜合評估輸電網(wǎng)運行狀態(tài)的
安全性。
２１ 　風(fēng)險價值指標(biāo)
Ｊ．Ｐ．Ｍｏｒｇａｎ 公司于１９９４ 年提出了風(fēng)險價值
（Ｖａｌｕｅ ａｔ Ｒｉｓｋ，ＶａＲ）的概念，即在給定的置信概率σ
下，系統(tǒng)可能遭受的最大損失，數(shù)學(xué)定義如下：
Ｐ（ｘ ＞ＶａＲσ）＝１ －σ （２）
式中：σ為置信概率；ｘ 為系統(tǒng)可能遭受的損失；ＶａＲσ 是
在置信概率σ下的ＶａＲ值；Ｐ 表示系統(tǒng)損失對應(yīng)的概率。
若系統(tǒng)損失后果的概率密度函數(shù)曲線如圖１ 所
示，取置信概率σ ＝σ１ ，ＶａＲ值對應(yīng)于圖中的ＶａＲσ１ 。
圖１　系統(tǒng)損失后果的概率密度函數(shù)
Ｆｉｇ１?。校颍铮猓幔猓椋欤椋簦?ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｌｏｓｓ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ
實際計算中常采用逐步逼近的方法求ＶａＲ 值，給
定置信概率σ，給出２ 個估計值ＶａＲσ１ 、ＶａＲσ２ ，滿足
σ１ ＜σ＜σ２ ，然后不斷采用二分法逐步逼近ＶａＲ值。
ＶａＲ的物理意義明確，能夠統(tǒng)一、靈活地評估不同
系統(tǒng)的運行風(fēng)險，設(shè)置不同的置信概率，可以得到不
同置信概率下的ＶａＲ值。但ＶａＲ指標(biāo)對尾部損失測量
具有非充分性，它僅給定了置信水平下的分位點，而
不能反映損失一旦超過ＶａＲ值時的可能的損失大小。
２２　條件風(fēng)險價值指標(biāo)
考慮到ＶａＲ指標(biāo)的不足，Ｒｏｃｋａｆｅｌｌｅｒ 和Ｕｒｙａｓｅｖ 提
出了條件風(fēng)險價值（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｖａｌｕｅ ａｔ ｒｉｓｋ，ＣＶａＲ）指
標(biāo)。條件風(fēng)險價值定義為，在給定置信概率σ的情況
下，若損失超過ＶａＲσ ，其損失的平均值即為
ＣＶａＲ ＝Ｅ（ｘ ｘ ≥ ＶａＲσ）＝ １
１ －σ∫!
ＶａＲσ
ｘｐ（ｘ）ｄｘ
（３）
式中：ｘ 表示損失的規(guī)模；ｐ（ｘ）為損失規(guī)模的概率密
度函數(shù)。由式（３）可見，ＣＶａＲ 表征的不是單一的分位
點，而是尾部損失的平均值，因而它對尾部損失的測
量是充分的。
３　情景模型
以上闡述的輸電網(wǎng)安全性評估思路中最基礎(chǔ)也是
最重要的是如何產(chǎn)生一系列典型的情景來表征當(dāng)前電
力系統(tǒng)所面臨的諸多不確定性，本節(jié)就致力于解決這一
問題。電力系統(tǒng)所面臨的不確定性主要體現(xiàn)在２ 個方
面：注入功率空間的不確定性和拓撲結(jié)構(gòu)的不確定性。
因此，情景生成思路分為２ 個層次來進行：根據(jù)注入功
率空間的不確定性來生成基礎(chǔ)情景，再在各個基礎(chǔ)情景
的基礎(chǔ)上考慮拓撲不確定性生成最終的情景。下面，具
體討論基礎(chǔ)情景和故障情景發(fā)生概率的計算方法。
３１ 　基礎(chǔ)情景的概率模型
注入功率空間的不確定性由負荷功率變化和發(fā)
電功率變化引起，下面分別討論這２ 種情況，并最終
給出基礎(chǔ)情景的概率計算方法。
３１１ 　負荷功率變化的概率模型
負荷功率采用恒功率負荷模型，并假定負荷服從
正態(tài)分布Ｎ（μ，σ）［１６］。
其中，若評估短期安全風(fēng)險，均值μ采用負荷預(yù)
測值表征。正態(tài)分布曲線可用分段折線來模擬，每一
分段的負荷水平及其概率用中點代表。以７ 段為例，
負荷值水平及其概率見表１。
若評估長期安全風(fēng)險，應(yīng)針對所考慮的時間區(qū)
間，建立負荷持續(xù)曲線模型［１７］。如圖２ 所示，用多級
模型來模擬原始的負荷持續(xù)曲線。假設(shè)采用ｎ 級負
第３５ 卷第８ 期黃文英，等：輸電網(wǎng)安全性需求評估指標(biāo)集的構(gòu)建理論研究
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表１?。?分段正態(tài)分布表
Ｔａｂ１?。危铮颍恚幔?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ７ ｓｅｃｔｉｏｎｓ
荷持續(xù)曲線模型，對負荷的正態(tài)分布曲線采用ｍ 分
段模擬，則不同的負荷分段共有ｎ ×ｍ 種。設(shè)第ｋ 級
的負荷水平為Ｌｋ ，持續(xù)時間為Ｔｋ ，則負荷
Ｌｋ ( １ －σ) 的概率為 Ｐｋ３ ＝０２４１ ７Ｔｋ／Ｔ，其他各段負
荷參照表１ 類似求得。
圖２　負荷持續(xù)曲線的多級分段模型
Ｆｉｇ２?。停酰欤簦楠玻螅簦幔纾?ｓｅｇｍｅｎｔａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏａｄ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ
３１２　發(fā)電功率變化的概率模型
對于不可調(diào)電源節(jié)點，如風(fēng)電、光伏發(fā)電等，其出
力的特性具有隨機波動性，類似于不可調(diào)負荷的波
動。參照負荷節(jié)點的隨機模型，其出力服從正態(tài)分
布，均值可以取預(yù)測出力值。
對于可調(diào)節(jié)點源節(jié)點，在發(fā)電機組不發(fā)生故障
的情況下，其出力認為是確定性的。而發(fā)電機組隨
機故障的情況，列入元件故障模型范疇，由下文進
行討論。
３１３　基礎(chǔ)情景的概率
以短期安全性評估為例，假設(shè)系統(tǒng)中不可調(diào)電源
節(jié)點、負荷節(jié)點共有Ｎ 個，對正態(tài)分布曲線采用Ｍ分
段模擬，則基礎(chǔ)情景共有Ｎ ×Ｍ個。設(shè)某基礎(chǔ)情景Ｂｉ
下，第ｋ 個負荷節(jié)點／不可調(diào)電源節(jié)點的注入功率處
于負荷／發(fā)電出力的正態(tài)分布曲線的第ｎ( ｋ) 段，其對
應(yīng)的正態(tài)分布概率為 Ｐ( ｋ，ｎ( ｋ) ) ，則該情景的發(fā)生
概率為各負荷節(jié)點所處負荷水平概率的乘積，即
Ｐ( Ｂｉ ) ＝ΠＮ
ｋ ＝１
Ｐ( ｋ，ｎ( ｋ) ) （４）
３２　故障情景的概率模型
研究表明，元件故障概率服從泊松分布［１８］。設(shè)
元件Ｆｉ 的故障率為λ０ ，則在所研究時間段ｔｓ 內(nèi)，Ｆｉ
發(fā)生故障的概率為
Ｐ( Ｆｉ ) ＝１ －ｅ－λ０ｔｓ （５）
假設(shè)發(fā)生單重故障，即第ｉ 個元件發(fā)生故障，而
其他元件正常工作，這種故障發(fā)生的概率為
Ｐ Ｅ ( ) ｉ ＝Ｐ Ｆ ( ) ｉΠｊ
Ｐ( Ｆｊ)，ｊ ＝１ ～ｎ，ｊ≠ ｉ （６）
當(dāng)λ０ ｔｓ  １ （遠小于１）時，有：
Ｐ( Ｅｉ )≈ Ｐ( Ｆｉ ) ＝１ －ｅ－λ０ｔｓ ≈ λ０ ｔｓ （７）
故障率λ０ 可采用平均故障頻率值，該值可以根
據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到。
若僅考慮單重故障，設(shè)系統(tǒng)中共有Ｍ個元件，則
生成故障情景Ｍ ＋１ 個。特定故障情景的發(fā)生概率
由式（６）給出，而不發(fā)生故障的情景概率為
Ｐ( Ｅ０ ) ＝１ －ΣＭ
１
Ｐ( Ｅｉ ) （８）
３３　最終情景的概率模型
在根據(jù)注入功率空間的不確定性得到了一系列
典型的基礎(chǔ)情景后，需要針對上述得到的每個基礎(chǔ)情
景考慮拓撲不確定性形成最終的情景。設(shè)Ｂ 為基礎(chǔ)
情景的集合，Ｅ 為故障情景的集合。下一個時間段，
在負荷和電源出現(xiàn)基礎(chǔ)情景Ｂｉ 的情況下，將典型的
網(wǎng)絡(luò)故障（或無故障）Ｅｊ 施加與此基礎(chǔ)情景之上。最
終情景集定義為
Ω＝{Ｂｉ ∩ Ｅｊ｜Ｂｉ ∈ Ｂ，Ｅｊ∈ Ｅ} （９）
各情景的概率的計算公式為
Ｐ( Ｂｉ ∩ Ｅｊ) ＝Ｐ( Ｂｉ )Ｐ( Ｅｊ) （１０）
其中：Ｂｉ ∈ Ｂ ；Ｅｊ∈ Ｅ；Ｐ( Ｂｉ ) 、Ｐ( Ｅｊ) 分別由相應(yīng)
的基礎(chǔ)情景、故障情景的概率給出。
４　情景的后果評估
基于第３ 節(jié)中產(chǎn)生的情景集，分析各情景下輸電
網(wǎng)運行是否安全、將產(chǎn)生何種程度的安全性后果。
４１ 　情景的安全性判據(jù)
基于具體情景，要判定在某情景下輸電網(wǎng)是否存
在安全隱患，首先應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的安全性判據(jù)指標(biāo)。根
據(jù)時間過程和產(chǎn)生機理的不同，輸電網(wǎng)存在多種安全
隱患。有必要對于每種安全隱患設(shè)計相應(yīng)的判據(jù)指
標(biāo)，判斷當(dāng)前情景是否存在該種安全隱患。如果當(dāng)前
情景通過所有判據(jù)指標(biāo)，則可判斷其不存在安全隱
患；若基于當(dāng)前情景計算的某一個安全性判據(jù)指標(biāo)不
在合格范圍內(nèi)，則認為輸電網(wǎng)運行在該情景下不安
全，應(yīng)進一步計算事故后果。根據(jù)ＩＥＥＥ／ＣＩＧＲＥ 標(biāo)
準(zhǔn)分類方法，安全性劃分見圖３。
結(jié)合當(dāng)前輸電網(wǎng)的實際運行情況和控制手段，輸
電網(wǎng)安全隱患分析分類見圖４。
理論研究電力建設(shè)２０１４ 年８ 月
?。保??。瑁簦簦穑海鳎鳎鳎悖澹穑悖悖铮恚悖?
圖３?。桑牛牛牛茫桑牵遥?關(guān)于電力系統(tǒng)安全性的劃分
Ｆｉｇ３?。茫欤幔螅螅椋妫椋悖幔簦椋铮?ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｓｅｃｕｒｉｔｙ
ｂｙ ＩＥＥＥ／ＣＩＧＲＥ
圖４　安全性分析的分類
Ｆｉｇ４?。茫欤幔螅螅椋妫椋悖幔簦椋铮?ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ
對于各類安全性問題，其判據(jù)指標(biāo)如表２ 所示。
表２　安全性判據(jù)指標(biāo)
Ｔａｂ２?。樱澹悖酰颍椋簦?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｉｎｄｉｃｅｓ
４２　情景的后果嚴(yán)重性指標(biāo)
基于第３ 節(jié)中產(chǎn)生的最終情景，結(jié)合上文所述的
安全性判據(jù)指標(biāo)，可判定系統(tǒng)在該情景下是否安全，
即如有任何一個判據(jù)指標(biāo)不通過即判定該情景存在
安全隱患。面臨的問題是，情景存在安全隱患的情況
下如何來衡量所造成的后果的嚴(yán)重程度。
文獻［１９］總結(jié)了多種故障后果的評估方式，包
括裕度、停電損失、控制代價等，并提出采用使系統(tǒng)穩(wěn)
定的最小控制代價作為故障后果的衡量，能夠避免停
電范圍和停電時間的估計，也符合當(dāng)前電網(wǎng)運行穩(wěn)定
控制的實際情況———通過受控的小范圍停電避免不
受控的大范圍停電。
文獻［１８］采用維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行的主動切負荷
量來衡量故障后果的嚴(yán)重性。本文參照該指標(biāo)，假設(shè)
在某一情景Ｂｉ∩Ｅｊ 下，出現(xiàn)了持續(xù)時間為ｔ 的切負荷
量ｇ ，則其后果嚴(yán)重性如式（１１）所示：
Ｉ Ｂｉ ∩ Ｅ ( ) ｊ ＝ Ｒ２ －Ｒ ( ) １ ｇｔ ＋Σｋ
ｃｋｇｋｔｋ ＋Ｉ′ （１１）
式中：Ｒ１ 、Ｒ２ 分別為上網(wǎng)電價、銷售電價；ｃｋ 、ｇｋ 、ｔｋ
分別為第ｋ 類可中斷負荷的補償電價、負荷中斷量及
中斷時間；Ｉ′為其他控制代價。
在考慮最小控制代價時，也應(yīng)結(jié)合情景所面臨安
全問題的類型來進行。這些安全問題包括：電壓安全
問題、暫態(tài)穩(wěn)定問題、小擾動問題、靜態(tài)安全問題等。
５　安全評估指標(biāo)的計算流程
確定了情景集及情景后果評估方法，可以計算所
選取的安全風(fēng)險指標(biāo)，計算步驟如圖５ 所示。
圖５　安全風(fēng)險指標(biāo)的計算流程
Ｆｉｇ５?。茫幔欤悖酰欤幔簦椋铮?ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ｉｎｄｉｃｅｓ
安全風(fēng)險指標(biāo)的計算分為以下幾個步驟：
（１）獲取干擾前的系統(tǒng)初始狀態(tài)。系統(tǒng)初始狀
態(tài)包括系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲、發(fā)電方式和負荷水平。短期
內(nèi)，系統(tǒng)初始狀態(tài)可由ＥＭＳ 直接獲得相關(guān)數(shù)據(jù)；長期
內(nèi)，系統(tǒng)初始狀態(tài)應(yīng)對應(yīng)歷史數(shù)據(jù)，按照其出現(xiàn)的概
率隨機抽取。
（２）抽樣生成情景。輸電網(wǎng)所面臨的不確定性
主要體現(xiàn)在２ 個方面：注入功率空間的不確定性和拓
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撲結(jié)構(gòu)的不確定性。情景的抽樣包括２ 方面，對功率
不可調(diào)節(jié)點的負荷及發(fā)電功率水平的抽樣，以及對故
障類型及發(fā)生故障的設(shè)備的抽樣，前者生成了基礎(chǔ)情
景，后者添加了故障情景。根據(jù)第３ 小節(jié)，可以求出
所生成情景的發(fā)生概率。
（３）情景的后果評估。根據(jù)第３ 小節(jié)，針對抽樣
生成的情景求安全性判據(jù)指標(biāo)，若所有指標(biāo)均在合格
范圍內(nèi)，則該情景下系統(tǒng)安全，情景后果嚴(yán)重性為０；
若存在不通過的安全性判據(jù)指標(biāo)，求情景后果嚴(yán)重性
指標(biāo)。
（４）計算安全性風(fēng)險指標(biāo)。根據(jù)抽樣所得的所
有情景的發(fā)生概率與發(fā)生后果，得到系統(tǒng)損失后果的
概率密度函數(shù)，從而計算安全性風(fēng)險指標(biāo)。
６　結(jié)　論
出現(xiàn)安全性事故將造成輸電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)濟和社會
效益的嚴(yán)重損失。輸電網(wǎng)企業(yè)對輸電網(wǎng)運行具有安
全性需求，期望輸電網(wǎng)運行中能夠經(jīng)受可能的擾動，
保證網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的正常運行，不中斷輸電服務(wù)。安全
性需求指標(biāo)集采用風(fēng)險評估的方法，基于輸電網(wǎng)運行
的隨機特性，研究各種干擾出現(xiàn)的概率和后果，計算
安全風(fēng)險指標(biāo)。
傳統(tǒng)電網(wǎng)安全性研究通常將電網(wǎng)安全性問題根
據(jù)時間過程（短期、中長期）、產(chǎn)生原因（小擾動、大擾
動）或者表征參數(shù)（電壓、頻率、功角）進行劃分，僅研
究其中某一領(lǐng)域針對某種干擾的安全性問題。本文
通過情景分析，綜合考慮了多種隨機因素，在特定情
景下研究電網(wǎng)的各類安全問題，通過安全判據(jù)指標(biāo)綜
合判斷情景的安全性，進而采用最小控制代價衡量干
擾對輸電網(wǎng)運行造成的后果。通過抽樣方法，得到各
情景發(fā)生的概率和后果，計算風(fēng)險價值、條件風(fēng)險價
值指標(biāo)，以評估系統(tǒng)的安全風(fēng)險。
本文所構(gòu)建的安全性需求評估指標(biāo)集是輸電網(wǎng)
運行評估指標(biāo)體系的一部分。在本文工作的基礎(chǔ)上，
將繼續(xù)分析各利益相關(guān)者對于輸電網(wǎng)運行的其他需
求，如高效性需求等，從而構(gòu)建輸電網(wǎng)運行的結(jié)果評
估指標(biāo)集，全面評估輸電網(wǎng)運行的狀態(tài)是否滿意。進
一步，基于文獻［１］提出的體系架構(gòu)和評估方法，對
結(jié)果指標(biāo)進行分解和轉(zhuǎn)化，構(gòu)建相應(yīng)的分解指標(biāo)和決
策鏈，從而得到輸電網(wǎng)運行的原因評估，以挖掘輸電
網(wǎng)運行狀態(tài)不滿意的原因。
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［１７］趙珊珊，仲悟之，唐曉駿．暫態(tài)電壓穩(wěn)定風(fēng)險評估方法及應(yīng)用
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［１９］張國華，張建華，彭謙，等．電網(wǎng)安全評價的指標(biāo)體系與方法
［Ｊ］．電網(wǎng)技術(shù)，２００９，３３（８）：３０３４．
收稿日期：２０１４０４１０　修回日期：２０１４０６２０
作者簡介：
黃文英（１９６５），女，碩士，研究方向為智能調(diào)度，電網(wǎng)調(diào)度自動化，
電網(wǎng)運行與管理；
鄧勇（１９７８），男，碩士，研究方向為電網(wǎng)調(diào)度自動化、電力市場，
Ｅｍａｉｌ：ｈｈｄｙｙｏｎｇ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ；
何光宇（１９７２），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為智能
調(diào)度與智能電網(wǎng)、優(yōu)化技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，本文通訊作者，
Ｅｍａｉｌ：ｈｈｈｘｘｊｊ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。
（編輯：張媛媛）

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