摘 要

台风灾害期间，电力系统有时会出现大面积的倒塔、断线、跳闸的现象，最后导致系统长期的大面积的停电事故，对于人们的日常生产生活存在严重性的困扰，而且电力企业还需承受电网停电和电网修复带来的巨大经济损失，所以台风灾害对电力系统的可靠性有严重的威胁性。针对电力系统的风险评估方面的已有大量的研究，但是对电力系统的台风下的风险评估还处于初步研究环节，所以为了使输电线路的设计和台风灾害来临时的应急措施更科学合理，极度需要搭建更加先进、实际和全方位的风险评估模型。

本文简述了台风灾害下电力系统输变电设备受到损毁性破坏的原因和主要影响，并建立台风灾害下各类事故的停运模型和概率模型计算电力系统故障的概率。其次运用蒙特卡罗法计算了系统级的台风灾害下的电力系统失效概率，最后根据台风登陆中国造成破坏的特点，建立多级负荷水平后果模型得到EENS等风险指标。本文还根据效用理论提出来一种新的严重度评估模型，将经济学中的效用理论运用于电力系统中，在本文中将发生故障后的电力系统的母线电压越限程度作为系统故障损失值，得到压越限等可靠实施的基于台风灾害的输电线路的风险指标。前者适用于复杂的电力系统，而后者可以更好地对低概率，高风险和高概率，低风险进行区别。

关键词：台风灾害；风险评估；效用理论；建模

Abstract

During the typhoon disaster，the power system sometimes appeared in a large area of the tower，broken line，the phenomenon of tripping，and finally lead to long-term large-scale system of power outages.For people's daily production and life there are serious problems，and power companies need under the power grid and power grid repair to bring huge economic losses，so the typhoon disaster on the reliability of the power system is a serious threat. There is a lot of research on the risk assessment of power system,but the risk assessment under the typhoon of the power system is only the initial stage. Therefore,in order to make the emergency design of the transmission line design and the typhoon disaster more scientific and reasonable. To build a more advanced，practical and comprehensive risk assessment model.

This paper summarizes the causes and main effects of the damage and damage of power transmission and transformation equipment under the typhoon disaster，and establishes the probability of the failure of various types of accidents under the typhoon disaster and the probabilistic model to calculate the probability of the power system failure. Secondly，the Monte Carlo method is used to calculate the failure probability of the power system under the system-level typhoon disaster. Finally，according to the characteristics of typhoon landing in China，the multi-level load level consequence model is established. In this paper，a new severity assessment model is proposed according to the utility theory，and the utility theory in economics is applied to the power system. In this paper，the voltage drop of the power system after the fault occurs as the system failure loss. And the reliability of the typhoon-based transmission line， which is reliably implemented by the pressure limit. The former is suitable for complex power systems，which can better distinguish between low probability，high risk and high probability and low risk.

Key words: typhoon disaster; risk assessment;utility theory;modeling

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究目的及其意义 1

1.2国内外综述 1

1.2.1台风对电力系统影响的简述 1

1.3电力系统的风险评估 3

1.4本文主要研究内容和创新点 5

1.4.1研究的基本内容 5

1.4.2拟采用的技术方案及措施 5

1.5本文研究内容及章节大致内容 6

第二章 台风灾害对电力系统损毁的可能性建模 7

2.1台风造成电力系统故障的原因 7

2.2电力系统的元件停运模型 8

2.2.1环境相依模型 9

2.3大风条件下的架空输电线路停运概率模型 10

2.4考虑疲劳折损的架空输电线路停运概率模型 11

2.5本章小结 11

第三章 台风灾害对电力系统损毁的严重性建模 13

3.1多级负荷水平建模 13

3.2预想事故集分析 15

3.2.1基于交流潮流的灵敏度事故集分析 15

3.2.1基于直流潮流的故障分析 16

3.3电力系统中的潮流计算 17

3.5本章小结 18

第四章 台风灾害对电力系统损毁的风险评估 19

4.1电力系统风险评估步骤 19

4.2基于蒙特卡罗方法的电力系统风险评估 20

4.2.1状态枚举法下的电力系统评估 20

4.2.2基于状态抽样法下的电力系统风险评估 22

4.2.3最优潮流计算 23

4.3基于效用理论的的电力系统风险评估 28

4.3.1效用理论 28

4.3.2故障严重度 29

4.4本章小结 30

第五章 风灾后电力系统的风险评估算例 31

5.1基于蒙特卡罗法的风灾后电力系统的风险评估算例 31

5.2基于效用理论的风灾后电力系统的风险评估算例 34

5.3输电线路风灾防御的对策 35

5.3.1快速应急与事故后快速恢复的机制 35

5.3.2加强研究输配电系统抗风措施 35

5.3.3利用先进的新技术和新装备提升输电线路的抗风能力 36

5.4本章小结 36

第六章 结论与展望 37

6.1文章结论 37

6.2研究展望 37

参考文献 39

附录A WSCC-9和IEEE33节点系统参数 42

附录B 计算EENS的程序 45

附录C 计算电压越限的程序 47

致谢 52

绪论

1.1研究目的及其意义

目前，全球进入自然灾害多发期，日益严重的厄尔尼诺现象导致恶劣气候，台风灾害、风灾等连锁反应频繁发生，给人民生活、经济和社会生活造成了后果十分严重的影响和损毁^[1，2]。极端气象条件引发的电力系统停运事故，给人民生产、生活及电力系统正常运行带来了严重危害。极端天气（台风、暴雪等）虽是发生频率较小，但是极端天气造成的事故的强度和破坏力可见一般，所以针对自然灾害的电力系统的风险评估是十分值得引得重视的^[3-5]。在我国，极端天气造成的电力系统事故占电力系统事故的大部分，其中台风造成的电力系统事故枚不胜举，但是就前辈们的研究成果来看，具体利用建模去评估台风对于输变电设备损毁性的严重性却较少。

在最初对于电力系统的风险评估而言，在实际使用的时候采取的都是确定性的方法和准则，确定性的准则有不可以将电力系统的行为、元件的故障状况和负荷发生改变等概率特性情况进行反馈的缺陷，而以前所使用的确定性的准则有用于输电线路规划里面的N-X准则、用于发电容量规划中的百分比备用方案等。所以现在普遍使用的不确定性的准则可克服这些缺点所以相较于老旧的确定性的准则而言存在较多优势。之后，在对电力系统评估中出现概率评估的方法，但此类方法只考虑了故障发生的概率，所以最终在本篇论文中将把电力系统风险发生的可能性（即概率）和这类事件发生造成的后果结合起来讨论。根据1999年IEEE电力工程学会对于完整性风险评估的定义可知风险评估的通用公式：