第一章绪论
1.1课题研究背景及意义
电力系统不仅是能源跨区域优化配置的重要基础，也是国民经济可持续发展的强大推动力，同时也是社会公共安全的重要组成部分随着智能电网的快速发展、特高压电网建设的稳步推进，现代电网的自动化水平和复杂程度不断加强。加之节能发电调度试点工程的逐步完善以及清洁能源的迅猛发展，使电力系统的运行效率在一定程度上也有了很大的改善但另一方面，伴随着系统复杂性和经济性的不断提高，系统运行的不确定性也随之增加，使得系统故障波及的范围更广，系统事故的后果也愈加严重另外，在原有垂直一体化的电力管理体制下，电网的运行安全性可以通过全网统一调度来保障，而在市场环境下，电力公司的生产行为会更多的倾向于获得经济效益，这就势必会对电力系统的运行安全性产生负面的影响。
近年来，世界范围内大停电事故频发，例如1996年夏天美国西部的两次大停电事故，影响了西部11个州400多力.人的电力供2003年8月14日发生的美加大停电事故是有史以来规模最大的停电事故，影响尤其严重。停电波及了加拿大和美国的多个地区，造成20多座电厂停运，使5000多万居民的供电中断;2003年8月28英国首都伦敦停电724MW，停电近1小时，受影响用户数高达41万，造成至少50万乘客被困在地铁中；2003年9月23丹麦——瑞典发生停电事故，此次事故总共停电1800MW，停电影响波及500万人，停电时间长达6.5小时；2003年9月28日，意大利停电事故，停电时间更长，达到19小时; 2005年5月25日,俄罗斯发生了事故范围覆盖莫斯科市、莫斯科州、卢加州及图拉州的大停电事故，此事故的影响先后波及了 25个城市，总计停电时间高达29小时，影响了近200万人口的正常用电;大停电事故在我国也同样发生过多起，2005年9月26，海南电网发生了电网崩馈事故2006年7月1日,河南省发生电力故障，五百千伏高郑两回线路相继跳闹，造成豫西、豫中部分220千伏线路过载跳间，致使电网运行出现波动，不仅使部分用户的用电终断，而且还影响了交通系统的正常运行，给社会公共安全造成了极大的威胁。由此可见，电力系统的停电事故，给社会带来的损失是方方面面的，所带来的负面影响远远超出人们的想象。地区电网作为省级电网的基础，其安全运行直接关系到上级电网的供电可靠性，因此有关地区电网安全可靠运行的课题一直以来都是基层调度人员关心的重点。
1.2问题的提出
在电力系统安全稳定性越来越受到国家重视的大背景下，笔者所在实验室有幸承担了有关电力系统运行安全性方面的多项基础课题，其中不仅包括国家电网公司科技项目，还包括国家高技术研究发展计划（863计划）。在课题研究过程中遇到了许多电力系统所面临的共性问题，针对这些问题开展相关的研究与探索，寻找到可行的解决办法，不仅有益于目标电网安全可靠性的提高，而且对于具有相似特性的电力系统中同一类问题的解决也有一定的参考意义，因此有必要对这些共性问题进行总结与提炼，问题总结如下：（busbar automatic transfer switch ,简称备自投或BATS)是当电力系统故障或其他原因导致工作电源被断JP后，能够迅速将备用电源、备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，从而使用户免于停电的一种自动装置。
近年来，由于电网规模的不断壮大，电力系统的网络拓扑结构円益复杂，从保证电力系统供电可靠性的角度出发，备自投装置在地区电网中得到了广。泛应用。但是，在应用备自投提高电网供电可靠性的同时，也存在一些急需解决的问题：
（1) BATS动作配合问题。当电网发生故障后，可能有多条母线停运，达到动作条件的BATS可能有多个，如果这些BATS之间不考虑动作的配合，就可能引发多个BATS动作，事实上，并非所有这些BATS动作都是必要的。动作的设备越多，出现进一步故障的可能性就越大；
（2)备用电源侧过载问题。当故障发生在地区电网的负荷高峰期，BATS的动作可能带来备用电源侧的过负荷，从而导致连锁跳间现象的发生，进而扩大停电面积。由于上述两个问题的存在，致使本应用来提高电网供电可靠性的BATS却变成了事故扩大甚至是诱发事故的始作俑者。因此有必要对BATS的在线投退控制策略进行更加深入的研究与探索，在充分考虑远方备用屯源侧主变容载比、线路热稳定极限等约朿条件的前提下制定合理的BATS动作配合方案，尽量减少不必要的BATS动作，从而更好的保证电网的安全可靠运行。
第2章地区电网备自投投退组合在线动态选择新方法
2.1引言
与省级电网不同，我国地区电网多数为闭环设计，幵环运行，其下游呈福射状结构，为提高供电可靠性，往往装设备用电源自动投入装置（busbar automatictransfer switch, BATS，以下简称BATS)。当电网发生故障导致母线停电时，满足动作条件的BATS动作，合上备用电源给停电母线供电，从而提高供电可靠性。当电网发生故障后，可能有多条母线停运，如果BATS之间不考虑动作的配合，就可能引发多个BATS动作，事实上，并非所有这些BATS动作都是必要的。动作的设备越多，出现进一步故障的可能性就越大，因此要合理设计BATS的动作配合方案，尽量减少不必要的BATS动作。文献提出了按母线电压等级设计BATS动作时限来实现上下级BATS的配合，减少不必要的BATS动作。但由于地区电网中大量使用T接线方式，此方法并不能严格区分BATS上下级之问的配合关系0鉴于上述问题，本章首次提出了两个全新矩阵模型：备自投实时分级矩阵模型和备自投实时关联矩阵模型。并在此基础上设计了一种新的用以在线分析备自投投退组合的实时算法，算例分析表明基于上述方法所设计的在线备自投投退组合实时算法不仅可以准确得出不同故障下系统所应动作的备自投组合，而且还能有效处理发生多重故障情况时的备自投装置投退组合问题，符合电网的实际情况，具有一定的实用性。
第3章 考虑备用电源侧可用供电能力的备自投控制策略...................................... 43-50
3.1 引言 .....................................43
3.2 备用电源侧可用供电能力实时在线评估 .....................................43-46
3.3 算例分析..................................... 46-49
3.4 本章小结..................................... 49-50
第4章 基于风险理论的配电网静态安全性评估指标研究..................................... 50-65
4.1 引言 .....................................50
4.2 风险理论 .....................................50-53
4.2.1 风险定义及其特点..................................... 51-52
4.2.2 风险分析定义及其特点..................................... 52-53
4.3 效用理论 .....................................53-55
4.3.1 效用理论概述..................................... 53-54
4.3.2 效用函数在经济学中的应用..................................... 54-55
4.4 配电网静态安全性评估指标的构成..................................... 55-60
4.5 配电网静态风险评估指标的应用及算例..................................... 60-64
4.6 本章小结..................................... 64-65
第5章 基于实时数据的地区电网在线安全预警系统..................................... 65-80
5.1 引言 .....................................65
5.2 系统总体规划 .....................................65-66
5.2.1 系统设计目标..................................... 65
5.2.2 系统设计原则..................................... 65-66
5.3 地区电网在线安全评价指标体系..................................... 66-74
5.4 系统硬件架构设计..................................... 74
5.5 系统软件架构设计..................................... 74-76
5.6 数据的处理..................................... 76-79
5.7 本章小结..................................... 79-80
结论
电力系统不仅是能源跨区域优化配置的重要基础，也是国民经济可持续发展的强大推动力。随着智能电网的快速发展、特高压电网建设的稳步推进，现代电网的自动化水平和复杂程度不断加强。加之节能发电调度试点工程的逐步完善以及清洁能源的迅猛发展，使电力系统的运行效率在一定程度上也有了很大的改善。但另一方面，伴随着系统复杂性和经济性的不断提高，系统运行的不确定性也随之增加，使得系统故障波及的范围更广，系统事故的后果也愈加严重。另外，在原有垂直一体化的电力管理体制下，电网的运行安全性可以通过全网统一调度來保障，而在市场环境下，电力公司的生产行为会更多的倾向于获得经济效益，这就势必会对电力系统的运行安全性产生负面的影响。本文围绕电力系统运行安全性方面的若干基础理论与算法研究，包括地区电网备自投在线投退控制策略的研究、配电网静态安全性评估指标的建立、基于实时数据的地区电网在线安全预警系统的研发、发电系统运行风险评估算法的研究，并且注重理论研究成果在实际电网中的应用。通过论文的工作，主要得到了如下结论：
(1)应用本文所提备自投实时分级矩阵模型和备自投实时关联矩阵模型可以很好的解决电网故障发生时，特别是多重故障发生时多个具备动作条件的备自投装置之间的组合以及上下级配合问题，上述两个矩阵模型物理概念明确，且便于计算，非常适合于在线应用。以河南省某地区实际电网为算例对本文算法进行了验证，算例分析表明本文所提方法可以准确得出不同故障下系统所应动作的备自投组合，并且还能有效处理发生多重故障情况时的备自投装置投退组合问题，符合电网的实际情况，具有一定的实用性。
(2)应用重复潮流算法，实时在线评估备用电源侧的可用供电能力，将所得结果作为备自投装置动作与否的决策依据，可以很好的解决投入备自投装置时，没有充分考虑备用电源侧元件热稳定极限的影响或其他相关母线的电压越限情况，导致连锁故障发生，使故障进一步扩大的问题。文中利用某地区在线SCADA数据对本文所提方法进行了验证，验证结果表明该方法具有一定的可行性。