地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算評(píng)估與輔助決策技術(shù)研究

左海平　王利平　蘇生　劉柏林　潘艷青

摘 要：地區(qū)電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行情況下，發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)是有一定幾率的，這種幾率與工作人員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式的編排、電網(wǎng)中二次保護(hù)設(shè)備的投運(yùn)情況以及設(shè)備的維修保養(yǎng)情況都有一定的關(guān)系，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，廣大用戶對(duì)用電質(zhì)量的需求越來(lái)越高，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算評(píng)估的方法顯得尤為重要，此方法的應(yīng)用可以幫助工作人員更加直觀的找出電網(wǎng)薄弱點(diǎn)，以及不同薄弱點(diǎn)發(fā)生事故的幾率和級(jí)別，還可根據(jù)基于人工智能和外掛專(zhuān)家?guī)斓淖顑?yōu)恢復(fù)供電路徑算法得出一系列風(fēng)險(xiǎn)防范措施，集成上述功能的自動(dòng)分析軟件可幫助減輕工作人員的工作壓力，降低電網(wǎng)故障產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；量化計(jì)算；人工智能；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0147-02

Abstract： In the actual operation of the regional power network， the risk of accidents is a certain probability. This probability is related to the layout of the power grid operation mode， the operation of secondary protection equipment and the maintenance of the equipment. With the power grid structure becoming more and more complex， there is a certain relationship between the probability and the operation of the secondary protection equipment and the maintenance of the equipment. With the increasing demand of users for the quality of electricity， it is particularly important to quantify the risk of power grid operation. The application of this method can help the staff to find out the weakness of the power grid more intuitively. In addition， according to the probability and level of accidents with different vulnerabilities， a series of risk prevention measures can be worked out according to the optimal restoration power supply path algorithm based on artificial intelligence and external store expert database. Integration of the above functions of the automatic analysis software can help to reduce the working pressure of workers and reduce the impact of power grid failures.

Keywords： risk assessment； quantitative calculation； artificial intelligence； risk precontrol

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，電力電網(wǎng)發(fā)展也是一日千里，電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性是電力發(fā)展的重中之重。一旦發(fā)生電網(wǎng)運(yùn)行事故，輕則造成停電，重則會(huì)造成電力設(shè)備損壞，更甚會(huì)有人員傷亡，造成極壞的社會(huì)影響。這就要求我們的電力調(diào)控人員及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱點(diǎn)和隱患，又要掌握電網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)造成的影響程度，這就要求工作人員不但有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且要負(fù)擔(dān)繁重的工作壓力。鑒于目前電力調(diào)控人員更多的還是依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)編制電網(wǎng)運(yùn)行方式，很難考慮的非常全面，難免造成脆弱節(jié)點(diǎn)的忽略與影響程度的誤判，針對(duì)此種情況，提出一種“地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算與輔助決策系統(tǒng)”軟件，為電網(wǎng)調(diào)控人員提供直觀的脆弱節(jié)點(diǎn)影響程度及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

2 基于G語(yǔ)言規(guī)范的圖、模一體化實(shí)現(xiàn)技術(shù)

電力系統(tǒng)研究永遠(yuǎn)離不開(kāi)電力一次接線圖和電力模型，如何實(shí)現(xiàn)圖形和模型的無(wú)損接入是必須考慮的問(wèn)題。慶陽(yáng)電網(wǎng)目前采用的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，其可導(dǎo)出SVG格式圖形文件與CIME模型文件，本軟件采用目前行業(yè)中最先進(jìn)的基于G語(yǔ)言規(guī)范的圖、模一體化識(shí)別技術(shù)，解決了SVG公共圖形交換格式無(wú)法直接表達(dá)電力系統(tǒng)圖形和模型一體化的缺陷，向下兼容SVG，支持高效的存取電力設(shè)備和電力圖形數(shù)據(jù)，支持不同系統(tǒng)之間的電力圖形數(shù)據(jù)交換，可隨時(shí)保證與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的圖、模一致性，且可實(shí)時(shí)接收SCADA/EMS系統(tǒng)中電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)[2]，保證了分析計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)不但支持在線圖、模更新，還支持離線模式，系統(tǒng)中提供相應(yīng)接口導(dǎo)入圖、模文件、斷面數(shù)據(jù)、設(shè)備臺(tái)帳等，導(dǎo)入后更新數(shù)據(jù)庫(kù)，用于后續(xù)分析。實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

3 基于人工智能的風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算模塊設(shè)計(jì)思路

結(jié)合慶陽(yáng)地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際情況，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行安全規(guī)程和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的深入研究，基于人工智能相關(guān)理論，推導(dǎo)出風(fēng)險(xiǎn)幾率方程，其中主要考慮節(jié)點(diǎn)的電壓等級(jí)，設(shè)備類(lèi)型，檢修到期情況，節(jié)點(diǎn)的投運(yùn)時(shí)間及壽命，節(jié)點(diǎn)的二次保護(hù)情況，有無(wú)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施等，給予這些參數(shù)一定的權(quán)重初值，將收斂數(shù)值初始化成0.45，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后得出不同參數(shù)的最優(yōu)權(quán)重，進(jìn)而可計(jì)算出任意電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率。再通過(guò)常規(guī)的N-1分析方法，得出每個(gè)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，供后續(xù)查詢使用，并且當(dāng)數(shù)據(jù)刷新或手動(dòng)調(diào)用掃描接口時(shí)會(huì)重新對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行掃描分析并更新數(shù)據(jù)庫(kù)。電網(wǎng)調(diào)控人員可根據(jù)結(jié)果編排更加合理的運(yùn)行方式，提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，也可在編制檢修計(jì)劃、處理突發(fā)情況時(shí)提供參考。

4 地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算評(píng)估與輔助決策系統(tǒng)的實(shí)際作用

4.1 電網(wǎng)薄弱點(diǎn)及重大風(fēng)險(xiǎn)隱患實(shí)時(shí)告警功能

目前慶陽(yáng)地區(qū)在用的調(diào)控自動(dòng)化系統(tǒng)只有設(shè)備動(dòng)作信息及二次保護(hù)告警提醒功能，而此系統(tǒng)具備運(yùn)行方式主動(dòng)/被動(dòng)改變后，電網(wǎng)薄弱點(diǎn)及重大風(fēng)險(xiǎn)隱患告警功能。當(dāng)數(shù)據(jù)刷新或運(yùn)行方式改變后，實(shí)時(shí)進(jìn)行全網(wǎng)N-1分析與風(fēng)險(xiǎn)幾率計(jì)算，結(jié)合分析計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)規(guī)程，得出告警信息，并以窗口信息的形式告知值班人員，輔助當(dāng)值工作人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判。

實(shí)時(shí)分析信息可以靈活掌握保存方式，如不進(jìn)行人為干預(yù)，數(shù)據(jù)庫(kù)保存最新計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)以緩存的形式保存十次歷史分析結(jié)果，后續(xù)內(nèi)容覆蓋保存。并且提供手動(dòng)保存接口，可以保存任何時(shí)段分析結(jié)果。

4.2 最優(yōu)恢復(fù)供電路徑計(jì)算

當(dāng)電網(wǎng)事故發(fā)生后，如何使受影響區(qū)域恢復(fù)供電是減少損失的重要方法。系統(tǒng)中采用改進(jìn)后的最優(yōu)路徑算法，在電網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上增加了狀態(tài)估計(jì)功能，不單單考慮故障區(qū)域距離電源點(diǎn)最短條件，還綜合考慮了負(fù)荷轉(zhuǎn)移后的設(shè)備運(yùn)行情況，例如不同路徑下包含線路是否超過(guò)額定負(fù)載、路徑下需要操作開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)是否會(huì)引起保護(hù)設(shè)備動(dòng)作、路徑所依賴電源點(diǎn)能支持恢復(fù)供電區(qū)域最大、路徑下所需操作設(shè)備數(shù)據(jù)最少等條件，去除不合格的復(fù)電路徑，這樣不但保證了當(dāng)前事故快速恢復(fù)的同時(shí)，還降低了造成二次事故的幾率。

4.3 電網(wǎng)薄弱點(diǎn)改進(jìn)建議及電網(wǎng)常規(guī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視

對(duì)于一些缺乏保護(hù)措施的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)會(huì)依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置的專(zhuān)家?guī)旖o出改進(jìn)意見(jiàn)，而且專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)支持升級(jí)維護(hù)。另外對(duì)于一些找不到故障恢復(fù)路徑的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，也會(huì)依據(jù)專(zhuān)家?guī)旌碗娋W(wǎng)運(yùn)行規(guī)范給出事故處理意見(jiàn)，幫助工作人員提高工作效率，減少故障損失。

系統(tǒng)支持對(duì)于電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，操作人員可以對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)設(shè)置限值，靈活掌握想要重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，還可以設(shè)置運(yùn)行數(shù)據(jù)超越所設(shè)置限值的告警提示方式和次數(shù)，最大程度的防止告警信息被忽視的情況。

4.4 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通知單自動(dòng)填寫(xiě)導(dǎo)出

填寫(xiě)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通知單是地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控團(tuán)隊(duì)成員都非常熟悉的工作內(nèi)容，在繁復(fù)的工作下，大量的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通知單填寫(xiě)工作無(wú)形中增加了調(diào)控人員的工作壓力，本系統(tǒng)支持用戶自定義模版，自動(dòng)填充分析結(jié)果中包含的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施等內(nèi)容，極大的減小了工作量，一定程度上減少了工作失誤。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了一種電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算評(píng)估及輔助決策系統(tǒng)，采用基于G語(yǔ)言規(guī)范的國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的圖、模一體化數(shù)據(jù)交換技術(shù)，避免了工作人員維護(hù)多套電網(wǎng)圖、模的繁重工作；基于人工智能的風(fēng)險(xiǎn)幾率計(jì)算方式最大程度的減小了計(jì)算誤差，結(jié)合N-1分析結(jié)果準(zhǔn)備的進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)[1]；為電網(wǎng)事故提供最優(yōu)恢復(fù)供電路徑或事故處理措施建議，減少事故造成的損失；自動(dòng)導(dǎo)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通知單可有效減少重復(fù)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]田洪，張焰，張益波.地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行方式評(píng)價(jià)方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（20）：93-98.

[2]張蕾，陶文偉.淺談EMS調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在電網(wǎng)中的實(shí)用[J]. 廣東科技，2007.