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目次
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孫元章，周家啟編著的這本《大型互聯電網在線運行可靠性的基礎理論》基於電力系統實時運行信息和外部工作環境，研究電力系統在超短期和短期的可靠性，系統地提出了電力系統運行可靠性的全新概念、定義與理論體系，從時限、風險狀態、程度、層次四個方面建立了運行可靠性指標體系。研究了設備自身健康狀況、外部環境條件、系統運行行為和運行條件等對電力系統可靠性的影響，并通過機理分析、模糊理論和可信性理論建立了電力系統元件的運行可靠性模型；提出了快速排序法和基於雙重方差減小技術的模擬法提高運行可靠性評估速度；在實時運行可靠性評估、運行規劃可靠性評估、電力系統穩定運行風險評估、連鎖故障評估、在線輔助決策等方面進行了深入系統研究；建立了運行可靠性測試系統，開發了運行可靠性評估軟件平臺。《大型互聯電網在線運行可靠性的基礎理論》實現了對電力系統運行風險評估、預警和輔助決策，可為電力系統運行和調度提供科學指導。 本書可供高等院校電力系統專業的研究生以及從事電力系統運行、規劃設計和科學研究的人員參考。
目次
第1章 電力系統運行可靠性的定義及指標1
1.1 運行可靠性理論背景、意義1
1.2 運行可靠性定義2
1.3 運行可靠性指標的分類3
1.4 繼電保護運行可靠性指標4
1.4.1 瞬時拒動概率指標5
1.4.2 瞬時誤動概率指標5
1.4.3 計及繼電保護失效的一次元件停運概率指標6
1.5 運行充裕性指標6
1.5.1 瞬時失負荷概率指標7
1.5.2 計及運行和環境的充裕性指標7
1.5.3 運行充裕性影響指標8
1.5.4 運行充裕性分布特徵參數指標8
1.6 運行穩定性概率指標9
1.6.1 小信號(小擾動)概率穩定性指標9
1.6.2 暫態概率穩定性指標10
1.6.3 電壓概率穩定性指標10
1.7 基於可信性理論的風險測度指標11
1.8 電力市場下的運行可靠性指標12
參考文獻14
第2章 運行可靠性數學基礎——瞬時馬爾可夫過程16
2.1 數學基礎16
2.1.1 可靠性函數16
2.1.2 馬爾可夫過程19
2.2 基於瞬時概率的運行可靠性理論29
2.2.1 概述29
2.2.2 短期可靠性評估30
2.2.3 指標精度與評估效率分析34
2.2.4 算例36
參考文獻39
第3章 元件運行可靠性模型41
3.1 基於實時運行條件的元件停運概率模型41
3.1.1 基於傳輸潮流的線路停運概率模型41
3.1.2 基於頻率、電壓的發電機停運概率模型42
3.1.3 基於頻率、母線電壓的負荷停運概率模型43
3.1.4 基於元件實時模型的評估算法44
3.1.5 算例44
3.2 基於實時運行條件的元件停運率模型48
3.2.1 元件停運因素分析48
3.2.2 基於實時運行條件的元件停運率分類建模49
3.2.3 綜合考慮4類停運因素的元件停運率模型51
3.2.4 基於電壓、頻率的發電機停運率建模51
3.2.5 算例54
3.3 惡劣氣候條件相依的輸電線路停運率建模56
3.3.1 惡劣氣候對電網的影響57
3.3.2 氣候條件對輸電塔-線體系的影響機理59
3.3.3 惡劣氣候條件下線路停運率的模糊建模63
3.3.4 算例分析70
3.4 條件相依的元件短期可靠性模型73
3.4.1 條件相依的設備短期可靠性模型特徵74
3.4.2 條件相依的輸變電設備短期可靠性模型74
3.4.3 算例分析79
參考文獻82
第4章 繼電保護系統的可靠性模型85
4.1 引言85
4.2 不同繼電保護配置方案的可靠性模型86
4.2.1 傳統繼電保護可靠性模型86
4.2.2 計及保護配置方案的可靠性模型86
4.2.3 不同配置方案的可靠性分析及保護系統的概率模型87
4.3 繼電保護隱藏故障誤切線路的概率模型89
4.3.1 隱藏故障的動作機理89
4.3.2 故障概率計算90
4.3.3 保護裝置隱藏故障誤切線路的概率模型91
4.4 數字化變電站繼電保護系統可靠性新措施91
4.4.1 數字化變電站可靠性措施研究91
4.4.2 實現兩種技術方案的關鍵技術94
4.5 算例分析95
4.5.1 算例1——不同繼電保護配置方案的可靠性模型95
4.5.2 算例2——繼電保護隱藏故障誤切線路的概率模型95
4.6 繼電保護失效機理分析96
4.7 繼電保護失效概率模型97
4.7.1 電流及零序電流保護97
4.7.2 距離保護98
4.7.3 輸電線方向比較閉鎖保護100
4.7.4 變壓器差動保護102
4.8 繼電保護運行可靠性指標103
4.9 小結104
參考文獻105
第5章 運行可靠性快速評估方法107
5.1 引言107
5.2 基於快速排序技術運行可靠性評估107
5.2.1 基於兩狀態元件模型的快速排序技術108
5.2.2 計及多狀態元件模型的快速排序技術115
5.2.3 基於快速排序技術的系統狀態選擇算法120
5.2.4 算例120
5.3 基於雙重方差減少技術的短期可靠性評估123
5.3.1 正常氣候條件下短期可靠性評估算法123
5.3.2 正常氣候條件下算例分析128
5.3.3 惡劣氣候條件下短期可靠性評估133
5.3.4 計算效率比較136
參考文獻138
第6章 基於可信性理論的運行風險評估140
6.1 引入可信性理論的必要性140
6.1.1 電力工業的現實需求140
6.1.2 可信性理論——具備公理化體系的模糊論140
6.1.3 可信性測度——滿足自對偶性的測度141
6.2 可信性理論的基本概念142
6.2.1 可信性理論的基礎——測度論142
6.2.2 以公理化概率論為參照系理解可信性理論142
6.2.3 可信性理論的四條公理143
6.2.4 公理化模糊論的核心測度——可信性測度143
6.3 基於可信性測度的隨機模糊期望值145
6.4 基於可信性測度的隨機模糊機會測度146
6.5 基於可信性理論的風險評估方法148
6.5.1 運行風險評估指標的定義148
6.5.2 隨機模糊運行風險指標的算法149
6.6 算例分析150
6.7 模糊的故障率152
6.7.1 元件停運的隨機過程模型152
6.7.2 模糊故障率與模糊狀態概率153
6.7.3 風險指標及決策153
6.7.4 算例分析154
6.8 工程實踐：在線運行風險評估系統156
6.8.1 運行風險評估系統的功能定位156
6.8.2 金華電網運行風險評估系統簡介157
參考文獻161
第7章 電力系統運行規劃可靠性評估162
7.1 運行規劃可靠性的概念162
7.1.1 運行規劃可靠性研究的內涵162
7.1.2 運行規劃可靠性研究的應用164
7.2 旋轉備用方案的運行風險分析與效用決策165
7.2.1 旋轉備用的有限方案多目標決策模型165
7.2.2 旋轉備用損益165
7.2.3 旋轉備用方案的風險及其度量167
7.2.4 效用理論169
7.2.5 基於效用理論的旋轉備用方案風險決策172
7.2.6 算例分析172
7.3 小結176
參考文獻176
第8章 電力系統穩定運行風險評估178
8.1 引言178
8.2 主要隨機因素的概率模型180
8.2.1 系統運行工況的不確定性180
8.2.2 故障事件的不確定性180
8.3 穩定運行風險評估指標183
8.3.1 小擾動穩定性指標183
8.3.2 暫態穩定性指標184
8.3.3 靜態電壓穩定性指標185
8.4 穩定運行風險評估方法及步驟186
8.4.1 功角穩定概率評估框架及其DSA Tools實現186
8.4.2 靜態電壓穩定風險分析的新方法187
8.5 算例分析190
8.5.1 算例系統190
8.5.2 小擾動穩定性概率評估191
8.5.3 暫態穩定性概率評估192
8.5.4 靜態電壓穩定性概率評估193
8.6 小結194
參考文獻195
第9章 基於運行可靠性的連鎖故障評估198
9.1 考慮元件運行可靠性模型的連鎖故障評估198
9.1.1 連鎖故障發生概率198
9.1.2 連鎖故障評估方法199
9.1.3 連鎖故障評估指標200
9.1.4 評估算法及流程200
9.1.5 算例及評估結果200
9.1.6 結論205
9.2 考慮二次設備風險隱患的連鎖故障評估205
9.2.1 繼電保護裝置的仿真模型207
9.2.2 安全自動裝置的仿真模型207
9.2.3 電力系統中的連鎖故障仿真208
9.2.4 算例分析210
參考文獻215
第10章 基於電力系統運行可靠性的輔助決策217
10.1 電力系統運行可靠性在線控制217
10.1.1 運行可靠性在線控制的基礎與功能定位217
10.1.2 運行可靠性控制模型及算法218
10.1.3 算例222
10.2 電力系統運行可靠性最優控制225
10.2.1 運行可靠性最優控制的基礎與功能定位225
10.2.2 運行可靠性最優控制的模型及算法226
10.2.3 算例分析230
參考文獻232
第11章 電力系統運行可靠性軟件平臺開發235
11.1 軟件平臺設計思路和主要框架235
11.2 模塊功能介紹237
11.2.1 數據接口模塊237
11.2.2 潮流計算模塊237
11.2.3 元件可靠性模型模塊238
11.2.4 狀態生成模塊238
11.2.5 后果分析模塊239
11.2.6 收斂判斷模塊239
11.2.7 指標計算模塊239
11.2.8 輸出顯示模塊241
11.3 可靠性數據輸入文件242
11.3.1 系統信息242
11.3.2 母線數據243
11.3.3 發電機數據244
11.3.4 負荷數據244
11.3.5 交流線數據245
11.3.6 電容器、電抗器數據245
11.3.7 變壓器數據246
11.4 測試系統和評估246
11.4.1 測試系統247
11.4.2 CRTS可靠性指標255
11.4.3 結論262
第12章 結論263
附錄A 本研究工作發表的論文265
1.1 運行可靠性理論背景、意義1
1.2 運行可靠性定義2
1.3 運行可靠性指標的分類3
1.4 繼電保護運行可靠性指標4
1.4.1 瞬時拒動概率指標5
1.4.2 瞬時誤動概率指標5
1.4.3 計及繼電保護失效的一次元件停運概率指標6
1.5 運行充裕性指標6
1.5.1 瞬時失負荷概率指標7
1.5.2 計及運行和環境的充裕性指標7
1.5.3 運行充裕性影響指標8
1.5.4 運行充裕性分布特徵參數指標8
1.6 運行穩定性概率指標9
1.6.1 小信號(小擾動)概率穩定性指標9
1.6.2 暫態概率穩定性指標10
1.6.3 電壓概率穩定性指標10
1.7 基於可信性理論的風險測度指標11
1.8 電力市場下的運行可靠性指標12
參考文獻14
第2章 運行可靠性數學基礎——瞬時馬爾可夫過程16
2.1 數學基礎16
2.1.1 可靠性函數16
2.1.2 馬爾可夫過程19
2.2 基於瞬時概率的運行可靠性理論29
2.2.1 概述29
2.2.2 短期可靠性評估30
2.2.3 指標精度與評估效率分析34
2.2.4 算例36
參考文獻39
第3章 元件運行可靠性模型41
3.1 基於實時運行條件的元件停運概率模型41
3.1.1 基於傳輸潮流的線路停運概率模型41
3.1.2 基於頻率、電壓的發電機停運概率模型42
3.1.3 基於頻率、母線電壓的負荷停運概率模型43
3.1.4 基於元件實時模型的評估算法44
3.1.5 算例44
3.2 基於實時運行條件的元件停運率模型48
3.2.1 元件停運因素分析48
3.2.2 基於實時運行條件的元件停運率分類建模49
3.2.3 綜合考慮4類停運因素的元件停運率模型51
3.2.4 基於電壓、頻率的發電機停運率建模51
3.2.5 算例54
3.3 惡劣氣候條件相依的輸電線路停運率建模56
3.3.1 惡劣氣候對電網的影響57
3.3.2 氣候條件對輸電塔-線體系的影響機理59
3.3.3 惡劣氣候條件下線路停運率的模糊建模63
3.3.4 算例分析70
3.4 條件相依的元件短期可靠性模型73
3.4.1 條件相依的設備短期可靠性模型特徵74
3.4.2 條件相依的輸變電設備短期可靠性模型74
3.4.3 算例分析79
參考文獻82
第4章 繼電保護系統的可靠性模型85
4.1 引言85
4.2 不同繼電保護配置方案的可靠性模型86
4.2.1 傳統繼電保護可靠性模型86
4.2.2 計及保護配置方案的可靠性模型86
4.2.3 不同配置方案的可靠性分析及保護系統的概率模型87
4.3 繼電保護隱藏故障誤切線路的概率模型89
4.3.1 隱藏故障的動作機理89
4.3.2 故障概率計算90
4.3.3 保護裝置隱藏故障誤切線路的概率模型91
4.4 數字化變電站繼電保護系統可靠性新措施91
4.4.1 數字化變電站可靠性措施研究91
4.4.2 實現兩種技術方案的關鍵技術94
4.5 算例分析95
4.5.1 算例1——不同繼電保護配置方案的可靠性模型95
4.5.2 算例2——繼電保護隱藏故障誤切線路的概率模型95
4.6 繼電保護失效機理分析96
4.7 繼電保護失效概率模型97
4.7.1 電流及零序電流保護97
4.7.2 距離保護98
4.7.3 輸電線方向比較閉鎖保護100
4.7.4 變壓器差動保護102
4.8 繼電保護運行可靠性指標103
4.9 小結104
參考文獻105
第5章 運行可靠性快速評估方法107
5.1 引言107
5.2 基於快速排序技術運行可靠性評估107
5.2.1 基於兩狀態元件模型的快速排序技術108
5.2.2 計及多狀態元件模型的快速排序技術115
5.2.3 基於快速排序技術的系統狀態選擇算法120
5.2.4 算例120
5.3 基於雙重方差減少技術的短期可靠性評估123
5.3.1 正常氣候條件下短期可靠性評估算法123
5.3.2 正常氣候條件下算例分析128
5.3.3 惡劣氣候條件下短期可靠性評估133
5.3.4 計算效率比較136
參考文獻138
第6章 基於可信性理論的運行風險評估140
6.1 引入可信性理論的必要性140
6.1.1 電力工業的現實需求140
6.1.2 可信性理論——具備公理化體系的模糊論140
6.1.3 可信性測度——滿足自對偶性的測度141
6.2 可信性理論的基本概念142
6.2.1 可信性理論的基礎——測度論142
6.2.2 以公理化概率論為參照系理解可信性理論142
6.2.3 可信性理論的四條公理143
6.2.4 公理化模糊論的核心測度——可信性測度143
6.3 基於可信性測度的隨機模糊期望值145
6.4 基於可信性測度的隨機模糊機會測度146
6.5 基於可信性理論的風險評估方法148
6.5.1 運行風險評估指標的定義148
6.5.2 隨機模糊運行風險指標的算法149
6.6 算例分析150
6.7 模糊的故障率152
6.7.1 元件停運的隨機過程模型152
6.7.2 模糊故障率與模糊狀態概率153
6.7.3 風險指標及決策153
6.7.4 算例分析154
6.8 工程實踐：在線運行風險評估系統156
6.8.1 運行風險評估系統的功能定位156
6.8.2 金華電網運行風險評估系統簡介157
參考文獻161
第7章 電力系統運行規劃可靠性評估162
7.1 運行規劃可靠性的概念162
7.1.1 運行規劃可靠性研究的內涵162
7.1.2 運行規劃可靠性研究的應用164
7.2 旋轉備用方案的運行風險分析與效用決策165
7.2.1 旋轉備用的有限方案多目標決策模型165
7.2.2 旋轉備用損益165
7.2.3 旋轉備用方案的風險及其度量167
7.2.4 效用理論169
7.2.5 基於效用理論的旋轉備用方案風險決策172
7.2.6 算例分析172
7.3 小結176
參考文獻176
第8章 電力系統穩定運行風險評估178
8.1 引言178
8.2 主要隨機因素的概率模型180
8.2.1 系統運行工況的不確定性180
8.2.2 故障事件的不確定性180
8.3 穩定運行風險評估指標183
8.3.1 小擾動穩定性指標183
8.3.2 暫態穩定性指標184
8.3.3 靜態電壓穩定性指標185
8.4 穩定運行風險評估方法及步驟186
8.4.1 功角穩定概率評估框架及其DSA Tools實現186
8.4.2 靜態電壓穩定風險分析的新方法187
8.5 算例分析190
8.5.1 算例系統190
8.5.2 小擾動穩定性概率評估191
8.5.3 暫態穩定性概率評估192
8.5.4 靜態電壓穩定性概率評估193
8.6 小結194
參考文獻195
第9章 基於運行可靠性的連鎖故障評估198
9.1 考慮元件運行可靠性模型的連鎖故障評估198
9.1.1 連鎖故障發生概率198
9.1.2 連鎖故障評估方法199
9.1.3 連鎖故障評估指標200
9.1.4 評估算法及流程200
9.1.5 算例及評估結果200
9.1.6 結論205
9.2 考慮二次設備風險隱患的連鎖故障評估205
9.2.1 繼電保護裝置的仿真模型207
9.2.2 安全自動裝置的仿真模型207
9.2.3 電力系統中的連鎖故障仿真208
9.2.4 算例分析210
參考文獻215
第10章 基於電力系統運行可靠性的輔助決策217
10.1 電力系統運行可靠性在線控制217
10.1.1 運行可靠性在線控制的基礎與功能定位217
10.1.2 運行可靠性控制模型及算法218
10.1.3 算例222
10.2 電力系統運行可靠性最優控制225
10.2.1 運行可靠性最優控制的基礎與功能定位225
10.2.2 運行可靠性最優控制的模型及算法226
10.2.3 算例分析230
參考文獻232
第11章 電力系統運行可靠性軟件平臺開發235
11.1 軟件平臺設計思路和主要框架235
11.2 模塊功能介紹237
11.2.1 數據接口模塊237
11.2.2 潮流計算模塊237
11.2.3 元件可靠性模型模塊238
11.2.4 狀態生成模塊238
11.2.5 后果分析模塊239
11.2.6 收斂判斷模塊239
11.2.7 指標計算模塊239
11.2.8 輸出顯示模塊241
11.3 可靠性數據輸入文件242
11.3.1 系統信息242
11.3.2 母線數據243
11.3.3 發電機數據244
11.3.4 負荷數據244
11.3.5 交流線數據245
11.3.6 電容器、電抗器數據245
11.3.7 變壓器數據246
11.4 測試系統和評估246
11.4.1 測試系統247
11.4.2 CRTS可靠性指標255
11.4.3 結論262
第12章 結論263
附錄A 本研究工作發表的論文265
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