第一章 绪论
1.1 引言
电力市场环境下，不仅需要保证电力系统的安全可靠，还需要充分的考虑系统经济性，以使得电力资源能够在各个电力参与者中合理的配置，已达到社会用电效益最大化的目的。这就对电力系统的安全性提出了挑战，电力参与者为了谋求自己利益的最大化，必然会使得系统安全裕度减小，甚至是极限运行；而且许多的小电源、短期合同等形式的大量出现，包括随着电网发展，系统中会微网、终端发电等电力形式出现，这些都对电力系统的安全稳定运行提出来很高的要求，所以基于新形势下的电力系统的安全评估变得非常重要；此外，由于输电线路是长期暴露在自然环境中的，这使得一些天气状况对电力系统稳定性影响不能忽视；随着电力系统变得越来越复杂，其安全稳定性问题也变得更加复杂和突出，对电力系统安全稳定性的深入研究具有重大的现实意义。
传统电力系统安全评估是基于Dy Liacco的确定型安全性分析构想，即规定一组确定的预想事故集，对事故集中每个事故进行离线安全稳定计算和分析，以检验系统承受大扰动和保持暂态稳定的能力，进而选择合适的暂态稳定控制策略，使得系统达到暂态稳定。这种方法概念清晰，简单实用，已得到广泛应用，但是这种构想有以下不足之处：
1）没有考虑每个预想事故发生的概率；
2）没有考虑不确定因素对电力系统安全性的影响；
3）安全指标是二元的，即安全与不安全。
可见，由于通常只分析最不利的运行方式下最严重的故障而不考虑不确定因素的影响，且分析结果仅是安全与不安全而不能提供更多的安全信息，特别是在电力市场的介入，使得随机因素对系统的影响更大，所以在新环境下，传统的系统安全评估有一定的局限性。
在传统的Dy Liacco安全评估构想的基础上，引入概率的方法，可以综合考虑到对系统安全性有影响的各种因素出现的概率，对系统安全性进行量化描述，提供出系统的安全裕度。这与确定性安全稳定分析相比，能够更全面、更深刻地反映电力系统安全稳定的实质。因此，概率安全分析和评估的研究就具有重大的意义。
1.2 传统安全性分析方法及其不足
1.2.1 传统安全性分析方法
电力系统稳定性是指系统在经历扰动后获得稳定的能力，属于非线性动力学。电力系统安全性与系统稳定性有密切关系，它也是针对于一组确定的预想事故集，如果系统没有因为经受了预想事故集中的任一预想事故而进入紧急状态，我们称系统是安全的，反之不安全。如图1-1所示，Dy Liacco的安全分析构想中，电力系统的运行是处于两组约束条件下的，即潮流约束和运行约束。潮流约束是等式约束，系统中所有节点都需要满足这一约束；运行约束是不等式约束，指系统中运行参数需要满足运行的上下限。与之对应，系统的运行状态分为三种：正常状态、恢复状态和紧急状态。正常状态指两种约束均被满足的状态，其中根据约束情况分为安全和不安全状态两种；恢复状态指潮流约束被破坏的状态，不满足等式约束；紧急状态指不满足系统运行不等式约束的情况。这三种状态之间可以通过相关的系统安全控制措施而相互转化。
第二章 电力系统动态安全域
2.1 动态安全域的定义及其性质
对于动态安全域，文献[10,21-27]已经有很深入的研究。动态安全域 Ω(i ,j,τ)是系统注入功率空间y上的集合，其中，i为事故前网络结构，F为事故中的网络结构， j 为事故后网络结构，τ 为给定事故持续时间。当且仅当y处于Ω内时，系统不失去暂态稳定。描述这一过程的数学表达式如式（2-1）所示：
式中，x0、x1、x2为事故不同阶段的状态变量，y表示系统的注入功率，包含有功和无功，τ表示事故的持续时间。对于式(2-1c)，即事故后系统达到稳定平衡状态的s2x ，可以唯一的确定一个暂态稳定域 ( )s2A x 和其稳定边界 ( )s2 A x。如果事故后系统的初始状态2x (0)位于稳定域 ( )s2A x 内，则系统的轨迹将收敛到稳定平衡状态s2x ，即表示系统是暂态稳定的。同时利用事故后系统的暂态稳定域定义事故前系统的动态安全域：动态安全域 ( , , )d i jτ 是节点注入功率空间上的集合，当且仅当系统i的注入向量y位于该集合内时，系统i经受持续时间为τ的给定事故后，系统j不失去暂态稳定。其中事故后系统的初始状态点 (0)2x 是事故中系统的终止点。
拟合法是计算动态安全域最直接的方法。由电力系统的仿真计算得到系统的临界运行点，再用最小二乘法等拟合方法拟合出动态安全域超平面边界，最后得到系统的动态安全域。但是为了保证拟合的精度要求，需要进行大量的仿真计算，以使得相关的临界运行的数目足够多。所以拟合法的一个很大的特点就是计算量大。
第三章电力系统概率安全评估模型................................... 23-44
3.1 电力系统概率不安全指标.................................. 23-24
3.2 概率不安全指标的计算.................................. 24-32
3.2.1 动态安全性测度的计算.................................. 24-26
3.2.2 DSR 的快速计算方法..................................26-28
3.2.3 故障电阻的简化.................................. 28-29
3.2.4 故障切除时间的简化.................................. 29-31
3.2.5 故障地点和故障发生率.................................. 31-32
3.3安全评估模型的框架结构 ..................................32-37
3.3.1 准备模块.................................. 32-33
3.3.2 主体评估模块 ..................................33-37
3.3.3 数据输出模块 ..................................37
3.3.4 模型框架特点.................................. 37
3.4 算例分析 ..................................37-43
3.5 本章小结.................................. 43-44
第四章 电力系统概率不安全指标的应用.................................. 44-53
4.1系统紧急控制中的应用.................................. 44-45
4.2系统安全损失及其应用 ..................................45-47
4.3系统安全成本分摊.................................. 47-52
4.4 本章小结 ..................................52-53
结论
本文是研究了电力系统动态安全域及其相关理论和计算方法、基于动态安全域的电力系统概率不安全指标及安全评估模型框架、电力系统概率不安全指标的应用等内容。主要研究成果如下：
1. 本文改进了概率不安全指标，并对该指标的计算和简化进行了研究。
2. 对前人在概率安全评估的研究上进行了完善和改进，建立了新的系统概率安全评估模型框架。该模型通过动态安全域实现了概率不安全指标的快速计算，并通过该指标定量地表征系统的安全状况，且能根据计算时间和计算精度的要求，调整临界功率注入点的数目，采取不同的评估策略。该评估模型充分考虑了系统的实际运行情况以及与系统相关的各种不确定因素对系统的影响，其评估结果在传统电力系统中可帮助制定预防控制措施，特别是在电力市场环境下，对电力系统规划、电力安全调度、安全性定价等具有重要的指导意义。
3. 基于所提概率安全评估模型，探讨了模型在电力系统紧急控制、基于概率不安全指标的安全损失、预防性控制与恢复控制等的综合控制、电力市场下的安全性定价、不安全指标分摊以及与不安全成本分摊等方面的应用，得出了有益的结论。
本文中仍有许多内容需要继续研究和改善，如动态安全域计算方法的继续研究、系统概率不安全指标的完善、概率安全评估模型的实际应用、概率不安全指标应用的深入研究等，这些都需要进一步深入的研究。