考虑架空线时变故障率的电网风险评估方法研究
发布时间：2021-08-11 13:46
我国电网正在朝着结构交直流混联化、电源低碳化的方向快速发展,系统源、网侧不确定性日益增强,电网的安全可靠运行面临着严峻挑战。在内外部多重不确定性因素的影响下,合理量化系统运行风险,成为指导电网安全运行的重要参考。本研究将从架空线的时变故障率建模入手,利用采集到的设备微气象与运行数据,实时计算设备的故障概率,并应用于电网风险评估的场景抽样环节;在电网风险评估中,将构建大规模风电出力场景波动模型与直流线路多状态的故障模型,并采用改进等分散抽样蒙特卡洛方法抽样系统风险场景集。最后,针对逐个场景进行多维度的风险指标计算,实现电网风险的合理量化。首先,架空线路作为电网的关键组成部分,其故障停运将严重影响电力系统的安全稳定运行,建立全面量化内外部影响因素的架空线时变故障率模型对评估电力系统运行风险起到了至关重要的作用。根据架空线路故障机理,本文提出了多因素驱动的架空线路故障率模型（Multi-Drive-PHM,MDPHM）。该模型以比例风险模型为基础,基准故障概率函数量化导线老化的影响,连接函数量化设备健康状态、负载率和天气状况等线路实时运行状态的影响,各影响因素的选择均需通过其与故障率的相关性...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MDPHM模型构架流程图
浙江大学硕士学位论文第2章架空线路时变故障率建模142.4.1.1寿命参数根据表2-1中铝材料的参数，计算得出前文定义的材料参数K、G的值分别为-0.1197、1.0414×1023。取基准温度0为353K(80℃)，代入式(1-7)可计算得出线路的期望寿命为46698h，换算单位后为1945.8d，约5.33年。表2-1不同材质和温度下的输电线路材料参数金属WaWmaxAB-CDRH铝56109.810053007.58680-200合金601019.327010000491.377-160铜411013.81756700390.277-1602.4.1.2等效时间折算样本实际服役时间需要折算为基准温度0下的等效服役时间，假设线路按照典型日负荷及环境状况曲线运行(日照辐射值取定值)，可得到与采样数据同间隔的导线稳态温度计算结果。最终得到导线典型日稳态温度变化曲线，如图2-2所示。图2-2典型日导线稳态温度变化曲线按照式(1-9)可得日均等效运行时间比例为eqT/t0.004。因此在处理样本的等效运行时间时，只需将实际时间乘以该比例即可。2.4.1.3设备健康状态评分基于各电力公司对架空线路运维策略相似的事实，本文借鉴文献[18]给出的某地区架空线路健康状态值随等效运行时间增长的统计数据，得到每一个观测样本的健康状态评分值1Z，具体数据展示于表2-3。2.4.1.4天气状况评分为了得到架空线所处地区天气状况的综合评分值，按照2.2.4节的方法，首
浙江大学硕士学位论文第2章架空线路时变故障率建模16图2-3计算值与统计值对比图从图中可以看出，随着线路等效运行时间的增长，导线老化程度逐渐加重，故障率呈现明显的上升趋势。服役时间为19年时，伴随着电力部门进行的线路全面检修换新工作，设备故障率出现下降。从故障率计算值与统计值对比结果来看，仅有两次计算结果相对误差超过6%，其余相对误差均低于5%。造成误差的主要原因在于：样本个数较少，缺少详细的多源历史数据；参数估计采用数值求解方法，与真值间存在一定的误差。但从电网风险评估的需求看，模型计算精度可以接受。算例分析说明，新构建的MDPHM模型考虑因素全面，准确度高，具备量化架空线路时变故障率的能力。2.4.2典型运行条件下的架空线故障率计算仍以该地区某条同类型并已服役15年的线路为例，假定未来24h线路负载率及天气情况按照该地区某一日的典型数据变化，且24h内线路健康值HI维持在10不变，仍采用表2-4中的模型拟合参数，进而可推算出线路故障率的实时变化状况，如图2-4所示。可以看出，在设备健康值不变的条件下，随着等效运行时间的增长，架空线故障率呈缓慢增长的趋势，并随其负载率的波动而变化。当天气评分值剧烈变化时（如10:00时刻），将导致架空线故障率出现正相关的剧烈波动。从图线走势可以看出，天气状况评分值与负载率相互耦合，共同决定了架空线路故障率的变化趋势，再次验证了MDPHM模型的有效性。
本文编号：3336267
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MDPHM模型构架流程图
浙江大学硕士学位论文第2章架空线路时变故障率建模142.4.1.1寿命参数根据表2-1中铝材料的参数，计算得出前文定义的材料参数K、G的值分别为-0.1197、1.0414×1023。取基准温度0为353K(80℃)，代入式(1-7)可计算得出线路的期望寿命为46698h，换算单位后为1945.8d，约5.33年。表2-1不同材质和温度下的输电线路材料参数金属WaWmaxAB-CDRH铝56109.810053007.58680-200合金601019.327010000491.377-160铜411013.81756700390.277-1602.4.1.2等效时间折算样本实际服役时间需要折算为基准温度0下的等效服役时间，假设线路按照典型日负荷及环境状况曲线运行(日照辐射值取定值)，可得到与采样数据同间隔的导线稳态温度计算结果。最终得到导线典型日稳态温度变化曲线，如图2-2所示。图2-2典型日导线稳态温度变化曲线按照式(1-9)可得日均等效运行时间比例为eqT/t0.004。因此在处理样本的等效运行时间时，只需将实际时间乘以该比例即可。2.4.1.3设备健康状态评分基于各电力公司对架空线路运维策略相似的事实，本文借鉴文献[18]给出的某地区架空线路健康状态值随等效运行时间增长的统计数据，得到每一个观测样本的健康状态评分值1Z，具体数据展示于表2-3。2.4.1.4天气状况评分为了得到架空线所处地区天气状况的综合评分值，按照2.2.4节的方法，首
浙江大学硕士学位论文第2章架空线路时变故障率建模16图2-3计算值与统计值对比图从图中可以看出，随着线路等效运行时间的增长，导线老化程度逐渐加重，故障率呈现明显的上升趋势。服役时间为19年时，伴随着电力部门进行的线路全面检修换新工作，设备故障率出现下降。从故障率计算值与统计值对比结果来看，仅有两次计算结果相对误差超过6%，其余相对误差均低于5%。造成误差的主要原因在于：样本个数较少，缺少详细的多源历史数据；参数估计采用数值求解方法，与真值间存在一定的误差。但从电网风险评估的需求看，模型计算精度可以接受。算例分析说明，新构建的MDPHM模型考虑因素全面，准确度高，具备量化架空线路时变故障率的能力。2.4.2典型运行条件下的架空线故障率计算仍以该地区某条同类型并已服役15年的线路为例，假定未来24h线路负载率及天气情况按照该地区某一日的典型数据变化，且24h内线路健康值HI维持在10不变，仍采用表2-4中的模型拟合参数，进而可推算出线路故障率的实时变化状况，如图2-4所示。可以看出，在设备健康值不变的条件下，随着等效运行时间的增长，架空线故障率呈缓慢增长的趋势，并随其负载率的波动而变化。当天气评分值剧烈变化时（如10:00时刻），将导致架空线故障率出现正相关的剧烈波动。从图线走势可以看出，天气状况评分值与负载率相互耦合，共同决定了架空线路故障率的变化趋势，再次验证了MDPHM模型的有效性。
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