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1、LOGO毕业设计开题答辩毕业设计开题答辩 n班班 级级：n姓姓 名：名：n学学 号：号：n时时 间：间：题目：题目：电力系统安全风险评估体系研究与软件设计电力系统安全风险评估体系研究与软件设计 指导教师：指导教师：一、研究背景二、国内外现状三、研究路线四、工作进度安排内容提纲一、研究背景 随着经济的高速发展和科学技术的不断进步，电力随着经济的高速发展和科学技术的不断进步，电力网络的大规模互联己成为各国电力系统发展的趋势，网络的大规模互联己成为各国电力系统发展的趋势，电电网结构日趋复杂。近年来，国内外由于电网内部、外部网结构日趋复杂。近年来，国内外由于电网内部、外部等诸多原因造成的大面积停电事故
2、，引起了各国、各界等诸多原因造成的大面积停电事故，引起了各国、各界对于电网安全风险管控的重视。对于电网安全风险管控的重视。一、研究背景n大电网格局的优缺点分析：大电网格局的优缺点分析：优点：优点：优点：优点：l l对于个体用户供电可靠性高对于个体用户供电可靠性高对于个体用户供电可靠性高对于个体用户供电可靠性高l l电网的运行、调度方式更灵活电网的运行、调度方式更灵活电网的运行、调度方式更灵活电网的运行、调度方式更灵活l l实现水、火互济实现水、火互济实现水、火互济实现水、火互济l l各区域发电容量互为备用各区域发电容量互为备用各区域发电容量互为备用各区域发电容量互为备用l l提高了系统的运行效
3、率提高了系统的运行效率提高了系统的运行效率提高了系统的运行效率l l实现电能的远距离传输实现电能的远距离传输实现电能的远距离传输实现电能的远距离传输l l促进资源优化配置促进资源优化配置促进资源优化配置促进资源优化配置缺点：缺点：缺点：缺点：l l电网结构越来越复杂电网结构越来越复杂电网结构越来越复杂电网结构越来越复杂l l系统的不确定性增加系统的不确定性增加系统的不确定性增加系统的不确定性增加l l电力系统控制难度增大电力系统控制难度增大电力系统控制难度增大电力系统控制难度增大l l一旦发生电力事故，波及一旦发生电力事故，波及一旦发生电力事故，波及一旦发生电力事故，波及范围更大，损失更严重范
4、围更大，损失更严重范围更大，损失更严重范围更大，损失更严重l l故障后系统恢复运行的难故障后系统恢复运行的难故障后系统恢复运行的难故障后系统恢复运行的难度更大度更大度更大度更大近年来国内外接连发生的多起大面积停电事故国家时间停电规模及损失美国、加拿大美国、加拿大2003.8.14美国美国8个州和加拿大个州和加拿大2个省，停电时间约个省，停电时间约29小时，共损失小时，共损失61.80GW负荷，受影响人口约负荷，受影响人口约5000万万瑞典、丹麦瑞典、丹麦2003.9.23停电时间约停电时间约7个小时，损失负荷个小时，损失负荷1800MW，受影响人口约，受影响人口约500万万意大利意大利2003
5、.9.28意大利全国停电，停电时间约意大利全国停电，停电时间约19.5小时，受影响人口约小时，受影响人口约5400万万莫斯科莫斯科2005.5.25停电时间持续停电时间持续41个小时，共损失电力个小时，共损失电力3539.5MW，受影响人口，受影响人口达达200万万中国中国2006.7.1华中电网停电事故，河南省大面积停电华中电网停电事故，河南省大面积停电中国中国2008.1冰灾导致贵州、湖南、湖北、江西等省大面积停电冰灾导致贵州、湖南、湖北、江西等省大面积停电巴西巴西2009.11.20停电涉及巴西停电涉及巴西18个州，共损失负荷个州，共损失负荷28.83GW，受影响人口约为，受影响人口约为
6、6000万万巴西巴西2011.2.4停电涉及巴西停电涉及巴西18个州，停电时间约为个州，停电时间约为8小时，共损失负荷小时，共损失负荷8000MW，受影响人口约为，受影响人口约为4000万万美国、墨西哥美国、墨西哥2011.9.8停电时间约停电时间约12小时，共损失小时，共损失4.3GW，受影响人数超过，受影响人数超过500万万印度印度2012.7.30印度北部电网发生停电事故，停电时间约为印度北部电网发生停电事故，停电时间约为14个小时，共损失个小时，共损失负荷负荷36GW，受影响人口约为，受影响人口约为3.7亿亿印度印度2012.7.31印度北部、东部、东北部印度北部、东部、东北部3个区域
7、电网发生停电事故。停电约个区域电网发生停电事故。停电约20小时。共损失负荷小时。共损失负荷48GW，受影响人口超过，受影响人口超过6亿亿一、研究背景这这些些大大面面积积停停电电事事故故反反映映出出传传统统电电网网安安全全稳稳定定分分析析方方法法的的不不足足。因因此此，我我们们有有必必要要反反思思传传统统电电网网安安全全分分析析方方法法的的不不足足，寻寻找找新新的的方方法法和和理理论论，进进行行电电力力系系统统安安全全风风险险及及脆脆弱弱性性评评估估工工作作，帮帮助助找找出出电电力力系系统统的的脆脆弱弱环环节节，使使政政府府和和电电力力监监管管机机构构能能对对电电力力系系统统的的安安全全风风险险
8、、脆脆弱弱性性及及其其对对社社会会和和公公众众的的影影响响进进行行全全面面有有效效管管控控，并协调社会各方力量采取措施有效应对大面积停电事件。并协调社会各方力量采取措施有效应对大面积停电事件。二、国内外现状电力系统安全电力系统安全风险评估方法风险评估方法基于可靠基于可靠性理论性理论基于复杂基于复杂网络理论网络理论基于风险基于风险管理管理2.1 基于可靠性的电力系统风险评估n确定性评估方法确定性评估方法n概率评估方法概率评估方法n风险评估方法风险评估方法 风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程2.1 基于可靠性的电力系统风险评估n一、建立系统的事故集一、建立系统
9、的事故集 风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程 发电机发电机发电机发电机 架空线路架空线路架空线路架空线路 电缆电缆电缆电缆 馈线馈线馈线馈线 变压器变压器变压器变压器 断路器断路器断路器断路器 隔离开关隔离开关隔离开关隔离开关 电抗器电抗器电抗器电抗器 电容器电容器电容器电容器元件停运模型：元件停运模型：元件停运模型：元件停运模型：强迫停运强迫停运强迫停运强迫停运半强迫停运半强迫停运半强迫停运半强迫停运计划停运计划停运计划停运计划停运vv完全失效完全失效完全失效完全失效vv部分失效部分失效部分失效部分失效vv元件老化元件老化元件老化元件老化uu共因停运共因
10、停运共因停运共因停运uu多重失效模式停运多重失效模式停运多重失效模式停运多重失效模式停运uu元件组停运元件组停运元件组停运元件组停运uu连锁停运连锁停运连锁停运连锁停运uu环境相依失效环境相依失效环境相依失效环境相依失效2.1 基于可靠性的电力系统风险评估n二、事故概率的计算二、事故概率的计算 风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程l l状态穷举法状态穷举法状态穷举法状态穷举法l l蒙特卡洛模拟法蒙特卡洛模拟法蒙特卡洛模拟法蒙特卡洛模拟法l l混合法混合法混合法混合法2.1 基于可靠性的电力系统风险评估n三、事故后果的计算三、事故后果的计算 风险评估的一般流程
11、风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程l l静态后果静态后果静态后果静态后果低压风险低压风险低压风险低压风险过载风险过载风险过载风险过载风险电压崩溃电压崩溃电压崩溃电压崩溃连锁故障连锁故障连锁故障连锁故障l l暂态后果暂态后果暂态后果暂态后果功角稳定功角稳定功角稳定功角稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压稳定频率稳定频率稳定频率稳定频率稳定临界切除时间临界切除时间临界切除时间临界切除时间2.1 基于可靠性的电力系统风险评估n四、计算风险指标四、计算风险指标 风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程风险评估的一般流程根据故障后果考虑的根据故障后果考虑的根据故障后果考虑的
12、根据故障后果考虑的方向不同同，可以建立方向不同同，可以建立方向不同同，可以建立方向不同同，可以建立相应的静态或暂态指标，相应的静态或暂态指标，相应的静态或暂态指标，相应的静态或暂态指标，则：则：则：则：风险风险风险风险=概率概率概率概率x x x x后果后果后果后果最后判断风险水平最后判断风险水平最后判断风险水平最后判断风险水平并提出相应措施并提出相应措施并提出相应措施并提出相应措施l l人工智能算法人工智能算法人工智能算法人工智能算法l l模糊理论模糊理论模糊理论模糊理论l l并行计算技术等并行计算技术等并行计算技术等并行计算技术等2.2基于复杂网络理论的风险评估 电力系统具有多层次和相互关
13、联的结构、多时间尺电力系统具有多层次和相互关联的结构、多时间尺电力系统具有多层次和相互关联的结构、多时间尺电力系统具有多层次和相互关联的结构、多时间尺度和多种控制参量，是一个动态的、非线性的、随机的、度和多种控制参量，是一个动态的、非线性的、随机的、度和多种控制参量，是一个动态的、非线性的、随机的、度和多种控制参量，是一个动态的、非线性的、随机的、开放的和不断演化的复杂系统。近年来，从事电力系统开放的和不断演化的复杂系统。近年来，从事电力系统开放的和不断演化的复杂系统。近年来，从事电力系统开放的和不断演化的复杂系统。近年来，从事电力系统安全研究的学者们也尝试着应用复杂性科学的基本理论安全研究的
14、学者们也尝试着应用复杂性科学的基本理论安全研究的学者们也尝试着应用复杂性科学的基本理论安全研究的学者们也尝试着应用复杂性科学的基本理论研究连锁故障发生的内在机理和大停电的本质，找出电研究连锁故障发生的内在机理和大停电的本质，找出电研究连锁故障发生的内在机理和大停电的本质，找出电研究连锁故障发生的内在机理和大停电的本质，找出电力系统的脆弱点，进行电力系统的安全风险及脆弱性分力系统的脆弱点，进行电力系统的安全风险及脆弱性分力系统的脆弱点，进行电力系统的安全风险及脆弱性分力系统的脆弱点，进行电力系统的安全风险及脆弱性分析。析。析。析。2.2基于复杂网络理论的风险评估n n电网停电事故的幂率分布电网停
15、电事故的幂率分布电网停电事故的幂率分布电网停电事故的幂率分布假设规模为假设规模为假设规模为假设规模为Q Q Q Q的停电事故发生次数的停电事故发生次数的停电事故发生次数的停电事故发生次数为为为为N(Q)N(Q)N(Q)N(Q)，则二者满足如下幂律关系：，则二者满足如下幂律关系：，则二者满足如下幂律关系：，则二者满足如下幂律关系：说明大停电事故的发生概率是不说明大停电事故的发生概率是不说明大停电事故的发生概率是不说明大停电事故的发生概率是不可忽略的。当停电规模达到一定程可忽略的。当停电规模达到一定程可忽略的。当停电规模达到一定程可忽略的。当停电规模达到一定程度时，其发生概率是随停电规模的度时，其
16、发生概率是随停电规模的度时，其发生概率是随停电规模的度时，其发生概率是随停电规模的增加以幂律下降，而不是按指数下增加以幂律下降，而不是按指数下增加以幂律下降，而不是按指数下增加以幂律下降，而不是按指数下降，其风险的数学期望是无界的降，其风险的数学期望是无界的降，其风险的数学期望是无界的降，其风险的数学期望是无界的2.2基于复杂网络理论的风险评估n n电网自组织临界性：大面积停电不可避免但可预测电网自组织临界性：大面积停电不可避免但可预测电网自组织临界性：大面积停电不可避免但可预测电网自组织临界性：大面积停电不可避免但可预测当系统达到自组织临当系统达到自组织临当系统达到自组织临当系统达到自组织临
17、界态时，即使微小的界态时，即使微小的界态时，即使微小的界态时，即使微小的干扰事件也可引起后干扰事件也可引起后干扰事件也可引起后干扰事件也可引起后果极其严重的灾变。果极其严重的灾变。果极其严重的灾变。果极其严重的灾变。沙堆模型沙堆模型沙堆模型沙堆模型电网自组织临界性电网自组织临界性电网自组织临界性电网自组织临界性模型构建模型构建模型构建模型构建l lOPAOPA模型模型模型模型l lCASCADECASCADE模型模型模型模型l l曼彻斯特模型曼彻斯特模型曼彻斯特模型曼彻斯特模型l l基于基于基于基于OPFOPF模型模型模型模型l l一般化模型一般化模型一般化模型一般化模型2.2基于复杂网络理论
18、的风险评估n n小世界特性及无标度特性小世界特性及无标度特性小世界特性及无标度特性小世界特性及无标度特性复杂网络相关参数：复杂网络相关参数：复杂网络相关参数：复杂网络相关参数：l l特征路径长度特征路径长度特征路径长度特征路径长度l l聚类系数聚类系数聚类系数聚类系数l l节点度节点度节点度节点度l l介数介数介数介数小世界网络模型（小世界网络模型（小世界网络模型（小世界网络模型（19951995）l l规模增大，距离增加不大规模增大，距离增加不大规模增大，距离增加不大规模增大，距离增加不大l l聚类系数大聚类系数大聚类系数大聚类系数大l l特征路径长度短特征路径长度短特征路径长度短特征路径长
19、度短l l故障传播广度与深度故障传播广度与深度故障传播广度与深度故障传播广度与深度无标度网络模型（无标度网络模型（无标度网络模型（无标度网络模型（19991999）l l节点度分布满足幂律分布节点度分布满足幂律分布节点度分布满足幂律分布节点度分布满足幂律分布l l网络增长性网络增长性网络增长性网络增长性l l择优连接性择优连接性择优连接性择优连接性l l鲁棒性与脆弱性鲁棒性与脆弱性鲁棒性与脆弱性鲁棒性与脆弱性2.2基于复杂网络理论的风险评估n n基于复杂网络的电网脆弱性分析基于复杂网络的电网脆弱性分析基于复杂网络的电网脆弱性分析基于复杂网络的电网脆弱性分析电网连锁故障模型电网连锁故障模型电网连
20、锁故障模型电网连锁故障模型l l负荷介数比例模型负荷介数比例模型负荷介数比例模型负荷介数比例模型l l加权网络模型加权网络模型加权网络模型加权网络模型l l自组织网络模型自组织网络模型自组织网络模型自组织网络模型 OPAOPA、CASCADECASCADE等等等等电网结构脆弱性研究电网结构脆弱性研究电网结构脆弱性研究电网结构脆弱性研究l l介数介数介数介数l l关键节点关键节点关键节点关键节点l l关键边关键边关键边关键边l l静态和动态分析静态和动态分析静态和动态分析静态和动态分析2.3基于风险管理的风险评估 在电力系统的风险评估方法中，还有一类方法，考在电力系统的风险评估方法中，还有一类方
21、法，考在电力系统的风险评估方法中，还有一类方法，考在电力系统的风险评估方法中，还有一类方法，考虑的是电力系统的结构因素、设备因素以及相关系统运虑的是电力系统的结构因素、设备因素以及相关系统运虑的是电力系统的结构因素、设备因素以及相关系统运虑的是电力系统的结构因素、设备因素以及相关系统运行的技术等方面对电力系统的风险影响，由于这些因素行的技术等方面对电力系统的风险影响，由于这些因素行的技术等方面对电力系统的风险影响，由于这些因素行的技术等方面对电力系统的风险影响，由于这些因素是在电力部门的调度运行管理中的日常管理范围，所以是在电力部门的调度运行管理中的日常管理范围，所以是在电力部门的调度运行管理
22、中的日常管理范围，所以是在电力部门的调度运行管理中的日常管理范围，所以通过在这方面因素上的考核评估，也是校核电力系统风通过在这方面因素上的考核评估，也是校核电力系统风通过在这方面因素上的考核评估，也是校核电力系统风通过在这方面因素上的考核评估，也是校核电力系统风险水平的一种方法。险水平的一种方法。险水平的一种方法。险水平的一种方法。2.3基于风险管理的风险评估定性分析定性分析定性分析定性分析l l事故树分析法事故树分析法事故树分析法事故树分析法定量计算定量计算定量计算定量计算l l层次分析法层次分析法层次分析法层次分析法l l指标量化打分指标量化打分指标量化打分指标量化打分l l权重计算权重计
23、算权重计算权重计算2.3基于风险管理的风险评估2.3基于风险管理的风险评估多方合作评估结构多方合作评估结构多方合作评估结构多方合作评估结构多方合作决策多方合作决策多方合作决策多方合作决策l l政府部门政府部门政府部门政府部门l l电力企业电力企业电力企业电力企业l l科研院校科研院校科研院校科研院校l l设备制造企业设备制造企业设备制造企业设备制造企业l l其他其他其他其他三、研究路线电力系统安全电力系统安全风险评估方法风险评估方法基于可靠基于可靠性理论性理论基于复杂基于复杂网络理论网络理论基于风险基于风险管理管理三类评估方法比较三类评估方法比较三类评估方法比较三类评估方法比较基于电力系统模型
24、基于电力系统模型基于电力系统模型基于电力系统模型潮流计算、稳定计算潮流计算、稳定计算潮流计算、稳定计算潮流计算、稳定计算实时在线进行评估实时在线进行评估实时在线进行评估实时在线进行评估对于实际网络难以应用对于实际网络难以应用对于实际网络难以应用对于实际网络难以应用基于电力系统参数基于电力系统参数基于电力系统参数基于电力系统参数反映中长期状态反映中长期状态反映中长期状态反映中长期状态便于工程应用便于工程应用便于工程应用便于工程应用脱离系统模型、结构脱离系统模型、结构脱离系统模型、结构脱离系统模型、结构基于网络拓扑结构基于网络拓扑结构基于网络拓扑结构基于网络拓扑结构解释大停电机理解释大停电机理解释
25、大停电机理解释大停电机理脱离电气特征脱离电气特征脱离电气特征脱离电气特征对于实际网络难以应用对于实际网络难以应用对于实际网络难以应用对于实际网络难以应用三、研究路线 鉴于以上方法在工程应用方面的可实施性，本次毕鉴于以上方法在工程应用方面的可实施性，本次毕鉴于以上方法在工程应用方面的可实施性，本次毕鉴于以上方法在工程应用方面的可实施性，本次毕业设计采取了基于风险管理的风险评估策略，在多方合业设计采取了基于风险管理的风险评估策略，在多方合业设计采取了基于风险管理的风险评估策略，在多方合业设计采取了基于风险管理的风险评估策略，在多方合作复杂电力系统安全风险评估框架基础上，指标体系上作复杂电力系统安全
26、风险评估框架基础上，指标体系上作复杂电力系统安全风险评估框架基础上，指标体系上作复杂电力系统安全风险评估框架基础上，指标体系上有所修改完善，并开发相关的评估软件从而提高评估方有所修改完善，并开发相关的评估软件从而提高评估方有所修改完善，并开发相关的评估软件从而提高评估方有所修改完善，并开发相关的评估软件从而提高评估方法的评估效率和可操作性，使评估方法能够在政府部门法的评估效率和可操作性，使评估方法能够在政府部门法的评估效率和可操作性，使评估方法能够在政府部门法的评估效率和可操作性，使评估方法能够在政府部门和电力企业中得到推广，同时也可以逐步使评估活动成和电力企业中得到推广，同时也可以逐步使评估
27、活动成和电力企业中得到推广，同时也可以逐步使评估活动成和电力企业中得到推广，同时也可以逐步使评估活动成为政府、电力企业的一项日常工作，有利于评估活动的为政府、电力企业的一项日常工作，有利于评估活动的为政府、电力企业的一项日常工作，有利于评估活动的为政府、电力企业的一项日常工作，有利于评估活动的长期有效开展。长期有效开展。长期有效开展。长期有效开展。n任务：任务：三、研究路线n n3.1 3.1 3.1 3.1 理论方法研究理论方法研究理论方法研究理论方法研究l l风险评估方法总结风险评估方法总结风险评估方法总结风险评估方法总结l l指标的构建模式指标的构建模式指标的构建模式指标的构建模式l l
28、指标的量化计算指标的量化计算指标的量化计算指标的量化计算l l权重的确定、综合指标计算方法权重的确定、综合指标计算方法权重的确定、综合指标计算方法权重的确定、综合指标计算方法n n3.2 3.2 3.2 3.2 工程了解及指标完善工程了解及指标完善工程了解及指标完善工程了解及指标完善l l试点项目报告研究试点项目报告研究试点项目报告研究试点项目报告研究l l引入系统模型、结构因素引入系统模型、结构因素引入系统模型、结构因素引入系统模型、结构因素l l计算模型精确化计算模型精确化计算模型精确化计算模型精确化l l指标体系完善指标体系完善指标体系完善指标体系完善三、研究路线n n3.3 3.3 3
29、.3 3.3 软件总体设计方案软件总体设计方案软件总体设计方案软件总体设计方案l lVisual C+Visual C+Visual C+Visual C+编程软件编程软件编程软件编程软件l l界面设计界面设计界面设计界面设计l l操作流程操作流程操作流程操作流程l l功能模块设计功能模块设计功能模块设计功能模块设计n n3.4 3.4 3.4 3.4 软件编制关键技术软件编制关键技术软件编制关键技术软件编制关键技术l l德尔菲法的实现德尔菲法的实现德尔菲法的实现德尔菲法的实现l l数据接口的实现数据接口的实现数据接口的实现数据接口的实现l l软件智能化操作软件智能化操作软件智能化操作软件智能
30、化操作四、工作进度安排3 3 3 3月月月月1 1 1 1号号号号-3-3-3-3月月月月21212121号：外文翻译，文献调研，开题报告及答辩；号：外文翻译，文献调研，开题报告及答辩；号：外文翻译，文献调研，开题报告及答辩；号：外文翻译，文献调研，开题报告及答辩；3 3 3 3月月月月22222222号号号号-3-3-3-3月月月月28282828号：了解电力系统安全风险评估研究现状；号：了解电力系统安全风险评估研究现状；号：了解电力系统安全风险评估研究现状；号：了解电力系统安全风险评估研究现状；3 3 3 3月月月月29292929号号号号-4-4-4-4月月月月11111111号：学习研
31、究国内试点工作的电力系统安全风险评估体系；号：学习研究国内试点工作的电力系统安全风险评估体系；号：学习研究国内试点工作的电力系统安全风险评估体系；号：学习研究国内试点工作的电力系统安全风险评估体系；4 4 4 4月月月月12121212号号号号-5-5-5-5月月月月2 2 2 2号：提出实现电力系统安全风险评估体系的软件设计方案；号：提出实现电力系统安全风险评估体系的软件设计方案；号：提出实现电力系统安全风险评估体系的软件设计方案；号：提出实现电力系统安全风险评估体系的软件设计方案；5 5 5 5月月月月3 3 3 3号号号号-6-6-6-6月月月月6 6 6 6号：编制电力系统安全风险评估软件；号：编制电力系统安全风险评估软件；号：编制电力系统安全风险评估软件；号：编制电力系统安全风险评估软件；6 6 6 6月月月月7 7 7 7号号号号-6-6-6-6月月月月20202020号：撰写毕业论文及答辩。号：撰写毕业论文及答辩。号：撰写毕业论文及答辩。号：撰写毕业论文及答辩。谢谢！