基于云計(jì)算的配電網(wǎng)脆弱性分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：本文針對(duì)配電系統(tǒng)的脆弱性評(píng)估與控制問(wèn)題，將云計(jì)算理論應(yīng)用到配電網(wǎng)脆弱性的分析研究中，設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的配電網(wǎng)系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)，并利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)脆弱性評(píng)估的功能。

關(guān)鍵詞：脆弱性 配電網(wǎng) 云計(jì)算 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

中圖分類號(hào)：TP393.08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0038-02

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，以及各種新設(shè)備的相繼使用，使電力系統(tǒng)變得日益復(fù)雜?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)通常采取的是集中控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這就要求控制中心要從多路遠(yuǎn)處采集數(shù)據(jù)，同時(shí)當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，控制中心將難以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行快速的有效地處理。另一方面，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全評(píng)估方法已難以適應(yīng)電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，難以提供電網(wǎng)安全健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)、定量和直觀的診斷信息，無(wú)法建立有效的控制和決策支持系統(tǒng)，無(wú)法滿足電力市場(chǎng)的要求，造成了電力資源的浪費(fèi)。因此需要一個(gè)智能的系統(tǒng)實(shí)時(shí)地、隨機(jī)地對(duì)復(fù)雜的電力系統(tǒng)實(shí)施控制。該文提出的基于云計(jì)算的配電網(wǎng)脆弱性分析系統(tǒng)能夠定量地抓住決定安全性等級(jí)的兩個(gè)因素：事故的嚴(yán)重性和可能性。并在此基礎(chǔ)上引入了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，從而可以對(duì)電力系統(tǒng)做出更詳細(xì)更安全的指標(biāo)。

1 云計(jì)算配電網(wǎng)脆弱性分析的系統(tǒng)架構(gòu)

電力系統(tǒng)的脆弱性分析目的是為了找出電力系統(tǒng)內(nèi)外的脆弱點(diǎn)和薄弱區(qū)域，得出系統(tǒng)內(nèi)各元件抗擾動(dòng)和維持正常能力的程度?；谠朴?jì)算的配電網(wǎng)脆弱性分析系統(tǒng)是利用自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，由通過(guò)Internet相互連接的多種設(shè)備和用戶組成的一個(gè)復(fù)雜實(shí)體。

從總體上看，整個(gè)系統(tǒng)主要由云計(jì)算控制中心、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)、分散在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的各種存儲(chǔ)設(shè)備以及被云計(jì)算整合的各種計(jì)算資源所組成。其中云計(jì)算控制中心和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)是整個(gè)配電網(wǎng)脆弱性分析系統(tǒng)的核心。

云計(jì)算控制中心首先通過(guò)Internet與由大量傳感器和其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成的相連接，并把采集到的各種數(shù)據(jù)信息整合成相應(yīng)的計(jì)算資源。然后根據(jù)用戶設(shè)定的需求，將整合的計(jì)算資源通過(guò)Internet分配給被風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。再由風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)對(duì)配電網(wǎng)脆弱性進(jìn)行分析，所獲得的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果將通過(guò)Internet重新匯總到云計(jì)算控制中心，最后再反饋給用戶。

2 云計(jì)算控制中心

配電網(wǎng)脆弱性分析系統(tǒng)利用云計(jì)算理論對(duì)比較分散的需要監(jiān)控的大量信息采用分散存儲(chǔ)，分層控制。云計(jì)算控制中心設(shè)立中心調(diào)度所、變電站控制中心，以及用戶/線路等分層控制中心，應(yīng)用分散遞階控制理論，將整個(gè)配電網(wǎng)復(fù)雜的控制分解為若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的控制，使對(duì)多變量過(guò)程的控制解耦，在中心調(diào)度所設(shè)立組織層，在地區(qū)調(diào)度所、變電站控制中心設(shè)立協(xié)調(diào)層，根據(jù)配電網(wǎng)的特點(diǎn)將其劃分為線路子系統(tǒng)和用戶子系統(tǒng)等，并在子系統(tǒng)中設(shè)立響應(yīng)層在邏輯上采用分層控制結(jié)構(gòu)。

本系統(tǒng)的最底物理層為響應(yīng)層（用戶/線路），設(shè)置在每個(gè)本地的子系統(tǒng)中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施預(yù)定義的控制行為。中間層是協(xié)調(diào)層（變電站控制中心），協(xié)調(diào)層運(yùn)用知識(shí)庫(kù)對(duì)響應(yīng)層提交的警報(bào)或故障事件進(jìn)行診斷并將控制信號(hào)反饋給響應(yīng)層，對(duì)各子系統(tǒng)中的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，有效地控制故障的傳播。如果該事件的影響超過(guò)了某個(gè)預(yù)定義的極限，協(xié)調(diào)層將把這個(gè)事件提交給組織層即最高層（中心調(diào)度所）。這樣選擇配電網(wǎng)中的一些會(huì)影響到整體穩(wěn)定性的重要負(fù)荷和線路，再結(jié)合各個(gè)變電站和調(diào)度中心，即可組成云計(jì)算控制主體結(jié)構(gòu)。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估原理

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論建立在概率性方法的基礎(chǔ)上，是一種分析系統(tǒng)不確定性因素導(dǎo)致災(zāi)害的可能性和這種災(zāi)害的嚴(yán)重度相結(jié)合的理論。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指采用一系列邏輯步驟，使設(shè)計(jì)人員和安全工程師能夠以一種系統(tǒng)的方式檢查由于設(shè)備的使用而產(chǎn)生的災(zāi)害，因此可以選擇適合的方法。電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)能夠定量地把握事故的可能性和嚴(yán)重性這兩個(gè)決定系統(tǒng)可靠性的因素，從而能夠比較全面的反映事故對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響及相應(yīng)的系統(tǒng)脆弱性程度。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

該設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估定義了四種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)，分別是線路過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、低電壓風(fēng)險(xiǎn)和失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)。綜合風(fēng)險(xiǎn)反映的是發(fā)生事故后系統(tǒng)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的綜合。所以將綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)定義為線路過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、低電壓風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)四個(gè)的累加。因此綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算公式為：

在此公式中，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)反映了電力系統(tǒng)的脆弱程度，電力系統(tǒng)在受到發(fā)生某些事故的概率和后果嚴(yán)重度的綜合表現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)來(lái)確定配電網(wǎng)的脆弱性狀況。

4 配電網(wǎng)脆弱性分析功能的實(shí)現(xiàn)

由于在本系統(tǒng)中確立了四種系統(tǒng)安全性問(wèn)題，即線路過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、低電壓風(fēng)險(xiǎn)和失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)。此四種安全性問(wèn)題是從電網(wǎng)安全性的不同角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行脆弱性描述，所以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中針對(duì)每一個(gè)事故都要分別計(jì)算上述不同類型的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

在配電網(wǎng)脆弱性計(jì)算流程中，首先確立故障目標(biāo)集，包含所有需要計(jì)算的可能發(fā)生故障的元件；利用已知數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)集內(nèi)每個(gè)故障發(fā)生的概率，并且計(jì)算每個(gè)故障發(fā)生后系統(tǒng)的潮流分布情況，從潮流結(jié)果中運(yùn)用有效數(shù)據(jù)按照上面所建立的各種風(fēng)險(xiǎn)模型計(jì)算，求出每個(gè)故障下的各種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。最后當(dāng)目標(biāo)集內(nèi)的所有故障全部計(jì)算完后，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的整合對(duì)系統(tǒng)脆弱性進(jìn)行分析。

5 結(jié)語(yǔ)

該文提出了一種新穎的基于云計(jì)算的配電網(wǎng)脆弱性分析系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了適用于配電網(wǎng)脆弱性和安全性分析的云計(jì)算分層控制結(jié)構(gòu)，同時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論引入配電網(wǎng)的脆弱性分析中，為配電網(wǎng)的安全性和脆弱性分析提供新的理論依據(jù)，為電網(wǎng)的智能脆弱性分析提供了一個(gè)思路，也是未來(lái)電網(wǎng)脆弱性和安全性分析研究的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹陽(yáng)，高志遠(yuǎn).云計(jì)算模式在電力調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2012，45（6）：14-17

[2]劉鵬.云計(jì)算[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3]楊旭昕，劉俊勇，季宏亮，等.電力系統(tǒng)云計(jì)算初探[J].四川電力技術(shù)，2010，33（3）：71-76.