一二次系統(tǒng)融合的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)用化計(jì)算方法及數(shù)據(jù)建模研究

黃 良，高正浩，曹 洪，鄧 琨，劉典安，王星華

?

一二次系統(tǒng)融合的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)用化計(jì)算方法及數(shù)據(jù)建模研究

黃 良1，高正浩1，曹 洪1，鄧 琨2，劉典安2，王星華3

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518034；3.廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006)

二次系統(tǒng)在電網(wǎng)安全運(yùn)行中的地位日益重要，如何合理評(píng)價(jià)二次系統(tǒng)對(duì)一次系統(tǒng)的影響是全面的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的難點(diǎn)。以保護(hù)系統(tǒng)為研究范例，提出了綜合考慮保護(hù)功能分解及其與變電站二次元件的拓?fù)潢P(guān)系模型。依據(jù)物理組件與保護(hù)功能之間的拓?fù)潢P(guān)系，給出了由各組件故障概率構(gòu)成的不同功能配置的保護(hù)系統(tǒng)故障概率計(jì)算模型。依據(jù)保護(hù)的失效以及誤動(dòng)和拒動(dòng)行為對(duì)一次系統(tǒng)運(yùn)行的不同影響，構(gòu)造了一二次系統(tǒng)融合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系及評(píng)估流程?；贗EC 61970 CIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一二次元件信息模型、計(jì)算交互模型和事件后果模型的數(shù)據(jù)建模，并闡述了其風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算流程中的信息來(lái)源及關(guān)鍵步驟。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；二次系統(tǒng)；功能分解；拓?fù)潢P(guān)系；IEC 61970 CIM

0 引言

電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大多考慮的是一次系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[1-4]，在設(shè)備的啟動(dòng)與檢修[4-5]及電力市場(chǎng)購(gòu)售電優(yōu)化中[6]，也已經(jīng)形成較為完善的理論和應(yīng)用體系[7]。但在現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系中，對(duì)于二次系統(tǒng)、特別是保護(hù)裝置如何影響一次系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并未提供可行、實(shí)用的評(píng)估方法[2,7]。

目前，二次系統(tǒng)安全評(píng)估大多關(guān)注的是設(shè)備級(jí)可靠性，主要包括基于可靠性框圖[8-9]、事件樹[10]、故障樹[11-12]及馬爾科夫模型[13-14]等理論的評(píng)估算法。其中，文獻(xiàn)[15]提出了基于功能分解的二次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從功能失效的角度，分析了二次系統(tǒng)各邏輯功能之間的關(guān)系及可靠性計(jì)算模型，具有重要的理論意義。但研究中大多沒有關(guān)注變電站內(nèi)二次元件相互間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，難以評(píng)估二次元件異常的影響范圍，大多是單獨(dú)定義二次系統(tǒng)本身的價(jià)值指標(biāo)，沒有對(duì)二次系統(tǒng)如何影響一次系統(tǒng)的運(yùn)行展開進(jìn)一步研究，因此在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中難以應(yīng)用。

對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行管理人員來(lái)說，最為關(guān)注的是電網(wǎng)正常運(yùn)行中可能由于一二次告警事件產(chǎn)生的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，因此必須考慮一二次系統(tǒng)的融合風(fēng)險(xiǎn)，而其中的難點(diǎn)即為二次系統(tǒng)事件所造成的一次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。由于二次系統(tǒng)包含的范圍極廣，而且很多二次系統(tǒng)不直接作用于一次系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響難以評(píng)估。因此，本文從實(shí)用化角度出發(fā)，以保護(hù)裝置為研究對(duì)象，將二次回路拓?fù)溥B接關(guān)系融合進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算流程和模型中，并對(duì)保護(hù)失效和動(dòng)作行為對(duì)一次系統(tǒng)的影響展開分析和研究，建立了考慮二次系統(tǒng)可靠性和動(dòng)作行為正確性的一二次系統(tǒng)融合的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)用評(píng)估模型和流程。

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估的在線運(yùn)行，本文基于IEC 61970 CIM標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步定義了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)與一次、二次監(jiān)控系統(tǒng)及智能報(bào)警系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互模型，提供了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)一區(qū)和三區(qū)之間的信息流接口。

1 基于功能及組件分解的二次系統(tǒng)可靠性模型

以保護(hù)為例，裝置的各組成部分對(duì)不同原理的保護(hù)功能影響不同，需要根據(jù)功能和二次元件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系出發(fā)，建立裝置的失效概率信息模型。

1.1 基本思路

保護(hù)裝置及系統(tǒng)配置模型包含兩個(gè)不同層次的分解：1) 根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)及相關(guān)二次元件之間的拓?fù)溥B接關(guān)系進(jìn)行分解，用于表征二次元件異常事件所影響的保護(hù)。2) 根據(jù)成套保護(hù)裝置進(jìn)行功能分解，將事件的狀態(tài)評(píng)價(jià)與保護(hù)的功能完整性結(jié)合起來(lái)。

1.2 保護(hù)物理連接關(guān)系及功能分解

繼電保護(hù)裝置大致由信息獲取與預(yù)處理、信息的分析綜合與邏輯判斷以及執(zhí)行輸出三部分組成。

以縱聯(lián)保護(hù)為例，縱聯(lián)保護(hù)需采集線路兩側(cè)的電流或測(cè)量的方向阻抗及方向電流信息，因此其功能分解的可靠性邏輯連接框圖如圖1所示。

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，保護(hù)裝置的功能實(shí)現(xiàn)需要配置直流電源，接入CT、PT及通道通信，并向跳閘出口裝置輸出跳閘信號(hào)，因此其可靠性邏輯框圖為全部功能模塊的串聯(lián)。

圖1 縱聯(lián)保護(hù)功能分解和可靠性邏輯圖

1.3 保護(hù)裝置的邏輯功能分解

目前超高壓電網(wǎng)普遍采用成套微機(jī)保護(hù)裝置，在一套裝置中集成多種保護(hù)原理功能，因此單套保護(hù)裝置的可靠性框圖可分解為串-并聯(lián)型，如圖2所示。

圖2 線路保護(hù)裝置的邏輯功能構(gòu)成

以線路保護(hù)為例，出于系統(tǒng)安穩(wěn)控制的要求，220 kV以上線路故障要求瞬時(shí)切除，因此從滿足速斷功能要求的角度出發(fā)。

a) 縱聯(lián)保護(hù)：全線速斷，按照100%功能完整性考慮；

b) 距離、工頻變化量：按照70%保護(hù)范圍考慮；

c) 零序：受方式影響較大，按15%考慮。

則整套裝置的功能完整實(shí)現(xiàn)概率，可以視為各種功能完整性的并聯(lián)組合，即

式中：R為成套保護(hù)配置的某原理邏輯功能(縱聯(lián)、距離等)的有效概率；w為該邏輯功能對(duì)保護(hù)功能完整性的權(quán)重系數(shù)，按保護(hù)范圍設(shè)定?；诟怕收摶驹?，1-wR代表了該功能的失效概率，R則為該裝置整體的可靠性。

1.4 保護(hù)配置分解及故障概率計(jì)算模型

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)保護(hù)配置規(guī)程，220 kV以上線路采用雙套主保護(hù)配置，分別接入不同的獨(dú)立直流電源(DC)、電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)回路，采用不同的保護(hù)原理，從不同的跳閘出口回路控制斷路器的動(dòng)作。

因此，結(jié)合一次元件的保護(hù)配置，可得考慮配置冗余的功能配置及邏輯關(guān)系分解如圖3所示。

圖3 典型雙套線路主保護(hù)功能分解和可靠性框圖

從可靠性框圖功能分解的邏輯連接上來(lái)看，保護(hù)內(nèi)部模塊可靠性框圖采用串聯(lián)邏輯關(guān)系連接，不同保護(hù)原理功能為并聯(lián)邏輯連接。而兩套保護(hù)之間采用完全獨(dú)立的并聯(lián)邏輯連接，因此，可以得到某套保護(hù)的功能整體失效率計(jì)算公式為

式中：P為第套保護(hù)的失效率；P表示的是與保護(hù)邏輯功能所串聯(lián)的各二次設(shè)備失效率(指CT、PT、DC等環(huán)節(jié))；P表示的是分解后的保護(hù)邏輯功能失效率。則220 kV線路典型配置(雙套主保護(hù))的整體失效概率為

(3)

式中，1和2分別為主一、主二保護(hù)的失效率。

2 考慮保護(hù)可靠性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算模型

由于二次系統(tǒng)的事件往往沒有直接作用于用戶，因此如何評(píng)價(jià)二次系統(tǒng)事件的后果一直難以有普遍認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)。從電網(wǎng)所提供的服務(wù)角度出發(fā)，對(duì)用戶的持續(xù)可靠供電是直接體現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行水平的指標(biāo)，因此本文在評(píng)價(jià)二次系統(tǒng)對(duì)一次系統(tǒng)的影響時(shí)，是以二次系統(tǒng)事件所導(dǎo)致的一次系統(tǒng)事件后果作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的后果值，并利用現(xiàn)有的一次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系完成風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)用化量化評(píng)估。以保護(hù)系統(tǒng)為例，本文基于文獻(xiàn)[4]中的失負(fù)荷比例作為后果值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并以保護(hù)系統(tǒng)的影響來(lái)闡述計(jì)算模型。

2.1 保護(hù)運(yùn)行對(duì)一次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響分析

保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響，主要來(lái)自于保護(hù)動(dòng)作行為的正確性，此外，按照保護(hù)運(yùn)行管理的行業(yè)要求，不允許一次元件無(wú)保護(hù)運(yùn)行，因此為了考慮保護(hù)功能失效所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，在計(jì)算中計(jì)及的保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)概率包括：

a) 雙套保護(hù)全停，電網(wǎng)一次元件退出運(yùn)行概率；

b) 因保護(hù)誤動(dòng)造成一次元件無(wú)故障切除的概率；

c) 一次元件故障，保護(hù)拒動(dòng)造成相鄰一次元件無(wú)故障退出的概率。

2.2 保護(hù)運(yùn)行對(duì)一次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)影響的計(jì)算模型

2.2.1 保護(hù)停運(yùn)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)

定義保護(hù)全部失效概率為2.1，并定義某套保護(hù)失效概率為2.1.i，計(jì)算表達(dá)式如式(1)所示，則保護(hù)全部失效概率則為式(3)所示。

由于不同電壓等級(jí)線路保護(hù)配置方案不同，而保護(hù)失效概率的計(jì)算模型與其有關(guān)，根據(jù)式(2)即可得到不同保護(hù)配置時(shí)的整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)失效概率。

綜上，得到保護(hù)停運(yùn)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式為

2.1=2.1×1(4)

其中：2.1為保護(hù)停運(yùn)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果，1為由于一次元件失效造成失負(fù)荷的后果值，根據(jù)元件退出后的電網(wǎng)實(shí)時(shí)潮流計(jì)算獲得。

2.2.2 保護(hù)誤動(dòng)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)

(1) 概率計(jì)算模型

根據(jù)不同電壓等級(jí)的保護(hù)配置模式，可以得到由于保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致一側(cè)設(shè)備停運(yùn)的概率2.2為

2.2=1-(1-2.2.1)×(1-2.2.2) (5)

其中，2.2.i為一次設(shè)備配置的某套保護(hù)的誤動(dòng)率，取自歷史誤動(dòng)率，可以按照保護(hù)型號(hào)區(qū)分家族誤動(dòng)率。

(2) 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型

需要注意的是，誤動(dòng)的概念是指保護(hù)范圍外元件故障或正常運(yùn)行時(shí)，本元件由于保護(hù)誤動(dòng)而停運(yùn)，因此具體風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)需考慮一次設(shè)備的相鄰元件。為簡(jiǎn)單起見，模型中一般僅考慮相鄰一級(jí)元件故障(含一次設(shè)備所連母線及母線連接元件)，則第個(gè)相鄰元件故障的風(fēng)險(xiǎn)2.2.k的計(jì)算公式為

2.2.k=1.k×2.2×2.2.k(6)

式中：1.k為第個(gè)元件的故障概率；2.2為本元件的誤動(dòng)概率；2.2.k為元件與本元件同時(shí)停運(yùn)時(shí)計(jì)算得到的后果值。則總的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)為

式中，為所有連接元件個(gè)數(shù)。

2.3 保護(hù)拒動(dòng)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)

(1) 概率計(jì)算模型

一次設(shè)備故障，配置的保護(hù)拒動(dòng)，會(huì)由相鄰元件保護(hù)切除故障。則由于保護(hù)拒動(dòng)導(dǎo)致的一次設(shè)備及其相鄰元件停運(yùn)概率2.3的計(jì)算表達(dá)式為

2.3=2.3.1×2.3.2(8)

式中，2.3.i為一次設(shè)備配置的某套保護(hù)的拒動(dòng)率，取自歷史拒動(dòng)率，可根據(jù)保護(hù)家族設(shè)置。

(2) 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型

需要注意的是，拒動(dòng)的概念是指本元件故障，由于兩套保護(hù)同時(shí)拒動(dòng)而停運(yùn)，因此具體風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)需要考慮一次設(shè)備的相鄰元件，則保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)2.3.k的計(jì)算公式為

2.3.k=1×2.3×2.3(9)

式中：1為一次設(shè)備的故障概率；2.3為配置的兩套保護(hù)的拒動(dòng)概率；2.3為一次設(shè)備及相鄰元件同時(shí)停運(yùn)時(shí)計(jì)算得到的后果值。

3 電網(wǎng)一二次系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估流程

目前，電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需考慮正常運(yùn)行時(shí)的基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)及基于事件的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)。其中，基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和算法主要依據(jù)各電力公司的規(guī)程規(guī)定，如文獻(xiàn)[2]中的要求。而基于事件的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)需提取實(shí)時(shí)事件及告警信息，主要包括目前的EMS、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及智能告警系統(tǒng)，通過告警信息獲取系統(tǒng)一二次系統(tǒng)狀態(tài)的變化及相應(yīng)的狀態(tài)評(píng)價(jià)參數(shù)，從而進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)。

基于上述計(jì)算模型，結(jié)合電網(wǎng)當(dāng)前各實(shí)時(shí)系統(tǒng)中獲得的告警信息，可以得到電網(wǎng)一二次系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估流程如圖4所示。

圖4 考慮保護(hù)的電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算總流程

計(jì)算流程中，其核心在于3個(gè)步驟。

(1) 從智能報(bào)警系統(tǒng)獲取報(bào)警的二次元件報(bào)警信息后，需要根據(jù)功能和拓?fù)浞纸饽Ｐ?，解析獲得受影響的保護(hù)，再對(duì)保護(hù)進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)評(píng)價(jià)。

(2) 根據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)得到的保護(hù)失效、誤動(dòng)和拒動(dòng)概率后，需根據(jù)動(dòng)作行為的不同，得到受影響的一次元件，包括所保護(hù)元件的相鄰元件。

(3) 調(diào)用PAS系統(tǒng)中的靜態(tài)安全分析，得到電網(wǎng)一次元件停運(yùn)后的切負(fù)荷量，從而評(píng)估由于一次元件故障或保護(hù)事件造成的事件后果。

4 基于IEC 61970的一二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模

為了統(tǒng)一與EMS系統(tǒng)、智能告警系統(tǒng)以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口，基于IEC 61970 CIM規(guī)范，建立一二次設(shè)備信息模型、設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)信息模型以及事件后果計(jì)算過程中與PAS應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交互模型。

4.1 一二次系統(tǒng)元件信息模型

電網(wǎng)的一次系統(tǒng)元件信息可直接采用EMS系統(tǒng)提供的CIM模型，將保護(hù)作為一次系統(tǒng)的擴(kuò)展信息進(jìn)行建模。以線路信息模型為例，線路保護(hù)信息作為擴(kuò)展屬性進(jìn)行封裝。同時(shí)，一二次系統(tǒng)元件相互間拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系通過ID號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如圖5所示。

圖5 二次系統(tǒng)信息模型的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)圖

具體模型示例如下：

(1) 線路信息模型及其保護(hù)擴(kuò)展屬性

…

其中，#RE-01表示線路所配置保護(hù)的編號(hào)。

(2) 保護(hù)信息模型

RE-01

其中，標(biāo)簽relaymodel表示保護(hù)型號(hào)編號(hào)，ACLine描述對(duì)應(yīng)線路的編號(hào)，DC描述保護(hù)所接直流系統(tǒng)編號(hào)，CT、PT及ComC分別對(duì)應(yīng)于保護(hù)所接的變電站二次系統(tǒng)中CT、PT及通道編號(hào)。

風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算系統(tǒng)可通過智能告警系統(tǒng)獲得告警信號(hào)對(duì)應(yīng)的二次系統(tǒng)對(duì)應(yīng)組件，從而得到告警信息所影響的所有保護(hù)，再根據(jù)告警信息的內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)狀態(tài)評(píng)價(jià)。

4.2 事件后果計(jì)算的數(shù)據(jù)交互模型

目前，為計(jì)算以事件損失負(fù)荷比例為基礎(chǔ)的后果值[2]，在完成電網(wǎng)一、二次系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)價(jià)得到相應(yīng)元件退出或故障的概率后，還需將停運(yùn)元件封裝為事件后果計(jì)算請(qǐng)求模型，進(jìn)行損失負(fù)荷計(jì)算。

(1) 計(jì)算請(qǐng)求模型：向PAS子系統(tǒng)提交的計(jì)算請(qǐng)求模型需要適應(yīng)批量的-1計(jì)算及特定的-運(yùn)行方式計(jì)算，其模型定義如下：

EV-1

1

其中：FaultDevices描述事件中所包含的停運(yùn)元件ID，可能有多個(gè)元件；Type描述計(jì)算類型，用以區(qū)分是在此停運(yùn)方式基礎(chǔ)上進(jìn)行批量-1計(jì)算還是針對(duì)停運(yùn)方式進(jìn)行的獨(dú)立計(jì)算；EV-1則為事件ID。

(2) 事件后果模型：PAS針對(duì)計(jì)算請(qǐng)求模型完成計(jì)算后，封裝為事件后果模型輸出。由于涉及到批量-1計(jì)算，因此單個(gè)計(jì)算請(qǐng)求可能產(chǎn)生多個(gè)事件后果的計(jì)算結(jié)果。模型定義如下：

Rst-1

70

其中，Event描述事件后果的基礎(chǔ)計(jì)算方式，對(duì)應(yīng)前面停運(yùn)模型編號(hào)，N_1_Device描述在基本方式基礎(chǔ)上輪停的元件，Cut則為事件造成的切負(fù)荷量。

5 算例說明

電網(wǎng)一次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估已比較成熟，因此算例主要給出如何考慮保護(hù)運(yùn)行對(duì)一次系統(tǒng)影響的風(fēng)險(xiǎn)。以某電網(wǎng)保護(hù)運(yùn)行的年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為例，基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 電網(wǎng)保護(hù)運(yùn)行年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

其中，異常停運(yùn)率是按保護(hù)停運(yùn)小時(shí)數(shù)計(jì)算。根據(jù)靜態(tài)安全分析計(jì)算結(jié)果，對(duì)電網(wǎng)中某線路保護(hù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，計(jì)算該線路停運(yùn)的負(fù)荷損失對(duì)應(yīng)后果記分值[2]為10.4，拒動(dòng)后的相鄰保護(hù)跳閘后大面積停電造成負(fù)荷損失對(duì)應(yīng)后果記分值為809.7，經(jīng)狀態(tài)評(píng)價(jià)后線路故障概率按0.37%設(shè)置，相鄰元件為5個(gè)，相鄰元件故障加本線誤動(dòng)的后果平均值為20.4。

根據(jù)圖4流程，基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算[2]結(jié)果如表2所示。

若運(yùn)行過程中出現(xiàn)保護(hù)異常退出信號(hào)，則由此造成的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)變化如表3所示。

從計(jì)算結(jié)果可以看到，總體來(lái)說，電網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自于一次元件的故障退出，但是保護(hù)的動(dòng)作特性對(duì)此有一定的影響。實(shí)際上，考慮到目前國(guó)內(nèi)大部分電網(wǎng)都要求滿足-1校驗(yàn)，即使保護(hù)誤動(dòng)后，其負(fù)荷損失也較低，而保護(hù)拒動(dòng)造成的后果非常嚴(yán)重，但是雙重化配置后，保護(hù)拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)基本降至為0，而一旦一套保護(hù)停運(yùn)，拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)將大幅度升高。

表2 基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果表

表3 實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算表

Table 3 Real-time risk calculation table

6 總結(jié)

二次系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)一次系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響一直難以評(píng)估，本文在現(xiàn)有一次系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)用體系的基礎(chǔ)上，著重分析了二次系統(tǒng)中保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及動(dòng)作行為對(duì)一次系統(tǒng)的影響，基于功能分解及二次組件的拓?fù)渎?lián)系的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，提出了不同功能配置和保護(hù)配置的保護(hù)系統(tǒng)整體失效、誤動(dòng)和拒動(dòng)概率的實(shí)用化計(jì)算模型，從而構(gòu)造了考慮保護(hù)的一二次系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和評(píng)估流程，并在此基礎(chǔ)上，完成了基于IEC 61970 CIM標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備信息模型及數(shù)據(jù)交互模型設(shè)計(jì)。

二次系統(tǒng)包含的內(nèi)容非常廣泛，本文從實(shí)用化實(shí)施的角度著重討論了保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響，但其研究思路和計(jì)算模型設(shè)計(jì)方法可以用于其他二次系統(tǒng)的影響分析中。

[1] 馮永青, 吳文傳, 孫宏斌, 等. 現(xiàn)代能量控制中心的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究初探[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005, 25(13): 73-79.

FENG Yongqing, WU Wenchuan, SUN Hongbin, et al. A preliminary investigation on power system operation risk evaluation in the modern energy control system[J]. Proceedings of the CSEE, 2005, 25(13): 73-79.

[2] 郭創(chuàng)新, 陸海波, 俞斌, 等. 電力二次系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究綜述[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(1): 112-118.

GUO Chuangxin, LU Haibo, YU Bin, et al. A survey of research on security risk assessment of secondary system[J]. Power System Technology, 2013, 37(1): 112-118.

[3] 何宇斌, 文云峰, 戴賽, 等. 基于故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)排序的安全約束最優(yōu)潮流[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(13): 52-59.

HE Yubin, WEN Yunfeng, DAI Sai, et al. Security- constrained optimal power flow based on risk ranking of contingencies[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(13): 52-59.

[4] 王海港, 胡曉飛, 曹凱麗, 等. 電網(wǎng)新設(shè)備啟動(dòng)方案風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(17): 66-71.

WANG Haigang, HU Xiaofei, CAO Kaili, et al. Risk assessment method of schemes for equipping new devices for service in electric power grid[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(17): 66-71.

[5] 霍明雷, 劉艷, 楊林. 計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)損失的配電設(shè)備檢修方式選擇[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(19): 100-106.

HUO Minglei, LIU Yan, YANG Lin. Maintenance mode selection of power distribution equipment considering the loss of risk[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(19): 100-106.

[6] 文旭, 顏偉, 王俊梅, 等. 計(jì)及節(jié)能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的隨機(jī)規(guī)劃購(gòu)電模型[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(8): 193-201.

WEN Xu, YAN Wei, WANG Junmei, et al. A stochastic programming power purchasing model considering energy-saving benefit risk assessment[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(8): 193-201.

[7] 廣東電網(wǎng)公司設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則[S]. 廣州: 廣東電網(wǎng)公司, 2010.

Technical guidelines for the SCTTE evaluation and risk assessment of the equipment of the Guangdong Grid Co[S]. Guangzhou: Guangdong Grid Co, 2010.

[8] 蔣仁言, 左明建. 可靠性模型與應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999: 198-199.

[9] ZIO E. Reliability engineering: old problems and new challenges[J]. Reliability Engineering and System Safety, 2009, 94(2): 125-141.

[10] NORDSTROM L. Assessment of information security levels in power communication systems using evidential reasoning[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, 23(3): 1384-1391.

[11] 陳為化, 江全元, 曹一家. 考慮繼電保護(hù)隱性故障的電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2006, 30(13): 14-19, 25.

CHEN Weihua, JIANG Quanyuan, CAO Yijia. Risk assessment of power system cascading failure considering hidden failures of protective relayings[J]. Power System Technology, 2006, 30(13): 14-19, 25.

[12] 陳少華, 馬碧燕, 雷宇, 等. 綜合定量計(jì)算繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2007, 31(15): 111-115.

CHEN Shaohua, MA Biyan, LEI Yu, et al. Integrative and quantitative calculation of reliability for relay protection system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2007, 31(15): 111-115.

[13] 李明, 郭志紅, 韓學(xué)山, 等. 計(jì)及輸電元件實(shí)時(shí)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)決策[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(3): 88-93.

LI Ming, GUO Zhihong, HAN Xueshan, et al. Power grid risk-based decision-making considering real-time operation situation of transmission component[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(3): 88-93.

[14] 蔣康明, 曾瑛, 鄧博仁, 等. 基于業(yè)務(wù)的電力通信網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(24): 101-106.

JIANG Kangming,ZENG Ying,DENG Boren, et al. Risk evaluation method of electric power communication network based on services[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(24): 101-106.

[15] 郭創(chuàng)新, 俞斌, 張金江, 等. 基于IEC61850的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(4): 685-694.

GUO Chuangxin, YU Bin, ZHANG Jinjiang, et al. Security risk assessment of the IEC61850-based substation automation system[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(4): 685-694.

(編輯 魏小麗)

Research on calculation model for electric power system risk assessmentwith consideration of both primary and secondary system

HUANG Liang1, GAO Zhenghao1, CAO Hong1, DENG Kun2, LIU Dian’an2, WANG Xinghua3

(1. Electric Power Research Institute of Guizhou Power Grid Corporation, Guiyang 550000, China;2. Shenzhen Comtop Information Technology Co., Ltd., Shenzhen 518034, China;3. School of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

Secondary system has become increasingly important in the safe operation of power systems. How to assess the impact of the secondary system is a difficult problem for power system security and risk assessment. According to the protection relay configuration in substation, the topology model is proposed with the consideration of both function decomposition and associated relationships of secondary devices. Considering topological relationship between secondary devices and protection functions, a protection system failure probability computing model is derived, which is composed of failure probability of each secondary device. Based on different effects on primary system operation of the protection relay failures, mistake action and rejecting action, risk assessment and evaluation processes which integrated primary system and secondary system is constructed. Finally, the model of primary and secondary system based on IEC 61970 CIM is established, including primary and secondary components models, the computational interaction model and the event consequence model. The risk calculation process is described in detail, especially the data sources and key steps.

risk assessment; secondary system; function decomposition; topology relationship; IEC 61970 CIM

10.7667/PSPC151557

南方電網(wǎng)公司2014年科技項(xiàng)目(GZ2014-2-0049)

2015-09-02；

2016-03-07

黃 良(1981-)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事電力設(shè)備生產(chǎn)管理及相關(guān)研究工作；E-mail: gaoyasuo@126.com 高正浩(1979-)，男，本科，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)信息化及相關(guān)研究工作； 曹 洪(1965-)，男，本科，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)信息化及相關(guān)研究工作。