电力系统安全监控的理论及方法研究

电力是国家的支柱能源和经济命脉,其安全稳定运行不仅关系到国家的经济发展,而且维系国家安全。中国电网目前正处在“西电东送、南北互供、全国联网”和电力市场化的特殊历史时期,随着电网规模的逐渐扩大,安全事故的影响范围越来越大,安全问题越来越突出。美加8.14大停电事故后,电力系统安全运行已经成为全球的研究热点。在此背景下,本文通过系统总结目前电力系统安全监控相关领域的研究现状,在安全科学的指导下,以强化电力系统安全监控技术手段、降低电力系统事故的期望次数、预防或减少电力系统恶性重大事故作为研究目标,对电力系统的设备安全、环境安全、安全知识流、安全信息传输、安全决策、安全性度量等问题进行了初步探讨和研究。 本文从宏观上研究了电力系统安全监控的基本思路和实现方法。通过研究用于电力系统年事故期望次数预测的统计差分模型及模型参数的小子样估计方法,从理论上证明了当电力安全系统处于某一稳定状态时,电力系统的事故期望次数趋于一个稳定的常数而不是零值。本文提出采用安全监控的手段可以降低电力系统的事故期望次数,即监视电力系统的各个事故影响因素的变化,特别是重点监视那些对事故控制指数和危险指数的灵敏度较大的事故影响因素和电力系统的事故链,并采取适当的安全预控措施。在这一思想指导下,本文研究了电力系统事故影响因素和事故链的监控问题。综述了定量和定性事故影响因素的量化方法;在统计意义上提出了采用层次分析法分析计算事故影响因素量化值对事故控制指数和危险指数的灵敏度估算值;提出了对事故影响因素实施预控的控制条件;分析了事故影响因素的不可实时观测和不可实时控制对事故影响因素监控的影响;定义了用于度量事故链的事故链影响函数和事故链条件函数,提出了判断危险事故链的方法和对事故链实施预控的方法。 本文研究了电力系统安全监控点的选择和安全监控变量的选择问题。安全树分析方法是研究该问题的有效工具。本文定义了电力系统安全树的概念,阐述了若干适合于电力系统的非单调动态安全树分析的方法;提出了安全监控设备配置需求图的概念和按照电气设备结构重要度配置安全监控设备的观点;还提出了安全变量监控图的概念和根据安全监控变量异常变化的结构重要度来实施电网安全监控的观点。在此基础上,本文提出了适合于电力系统安全监控的“自适应人机界面”的概念,研究了实现自适应人机界面的“离线计算,在线匹配”思想和最大似然匹配原理。 针对电力系统的环境监控问题,本文研究了实现电力遥视系统的理论和方法,并研发了多个适用于无人值班变电站环境安全监控的遥视系统软件版本。本文分析了遥视系统的结构、功能及其对电力系统安全运行的作用;阐述了遥视主站的设计方法和其中关键技术问题的解决思路。提出了环境安全信息与电力系统安全信息同屏显示的观点;研究了遥视系统与EMS的融合问题。 在电力系统安全信息的传输上,本文提出了安全知识流的概念,研究了实时安全知识流的典型特征和传输方法。本文提出:为了保证实时安全知识流的传输服务质量(QoS),必须在网络或信道的可用带宽限制下,合理分配各类安全信息的带宽,并优先分配实时性强的安全信息的带宽;采用流量控制算法控制各类信息的流量在分配的范围内,并通过仿真和试验验证了该观点的正确性。在此基础上,本文还利用安全知识流研发了一个简易的变电站安全监控系统。 在电力系统安全决策上,本文提出了一种基于粗糙集理论的安全决策方法,即在滑动时间窗内,求解当前状态X对典型属性集的上近似集簇的约简,认为的约简中满足置信度大于最小置信度的约简就是待求安全决策集,并通过报警处理实例验证了该结论。 为了度量电气设备的安全性,本文定义了电气设备停运危险性的概念,并研究了电气设备停运危险性的在线评估算法,以电力变压器实例验证了算法的可行性。并据此提出了基于电气设备停电危险性实施电力系统安全预控的思想,特别是提出了一种按照电气设备停运危险性实施安全约束调度的观点。 本文最后总结了电力系统安全监控需要进一步研究的问题。