热带气旋引发电网群发性故障的动态事故集生成方法

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近年来,热带气旋频繁登陆我国东部沿海省份对我国沿海地区电网的安全稳定运行构成了极大的威胁。严重的热带气旋自然灾害可能会导致沿海地区电网的电力设备在较短时间内大量损毁,从而引发电网群发性故障,甚至可能会导致地区电网大面积停电事故。为此,结合热带气旋风场的分布特征,定量地考量热带气旋对电网运行可靠性的影响是十分必要的。因此,本文选取电网中的架空输电线路作为研究对象,从热带气旋与输电线路群发性故障的关系出发,讨论了热带气旋致输电线路风压计算、热带气旋致输电线路故障概率计算以及故障集动态生成等相关问题,定量地分析了热带气旋对电网线路的影响,最终得出了受热带气旋天气影响下的电网线路动态故障集。本文在前人研究的基础上,首先提出了一种采取多模型综合应用方式求解热带气旋风场的方法。该方法借助多个模型具有最大风速半径这一共同参数的特征,利用气象中心公开发布的热带气旋信息,通过多层迭代、动态加权的方法优化计算各模型的参数以及对各模型风场分布进行最后综合的权重系数。在热带气旋风场计算的基础上,根据我国现行的设计规范计算了单位档距线路承受的风压值,并以热带气旋“海葵”为例分析了热带气旋风场移动过程中单位档距线路承受的风压值的变化情况,通过与其风压设计值进行比较辨识出了单位档距线路可能发生断线故障的时段。通过对线路历史故障率统计数据进行较为合理地折算,建立了单位档距线路故障率随其承受风压值的变化曲线,根据单位档距线路的实时风压信息计算出了单位档距线路的故障率及其在所选取时间窗口内发生故障的概率。将整条线路看作是由若干档距串联而成的可靠性系统,根据串联系统可靠性公式计算出了线路发生故障的概率。进一步地,通过设定允许进入故障集的概率门槛值或故障截止重数以选择故障状态,对满足条件的故障状态进行排序,给出了生成群发性动态故障集的方法。本文最后建立了模拟沿海地区电网的测试系统,并通过算例模拟了不同强度热带气旋对沿海地区电网线路的影响。算例计算结果表明,强度较低的热带气旋对电网产生的影响较小,仅在个别时间窗口可能导致电网发生单条线路的断线故障;而强度较高的热带气旋则极有可能会引发电网群发性故障。针对高强度热带气旋引发电网群发性故障的算例,采用设定允许进入故障集的概率门槛值的方法选取故障状态并排序,最终生成了动态故障集。本文工作得到国家电网公司重大科技专项五《大电网在线评估技术深化研究》(SGCC-MPLG-023)之课题5《考虑自然灾害的大电网安全在线预警技术》以及国家电网公司科技项目《大电网运行安全风险评估及防控决策技术研究》的资助。
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