電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及輔助決策系統(tǒng)的研究

魏莉莉，詹樂(lè)貴，郭德平，馮亢亢，呼松鶴

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司銅仁供電局，貴州 銅仁 554300；2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210000）

電網(wǎng)運(yùn)行方式主要通過(guò)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路下的斷路器分合及相關(guān)變電站主變的投入和退出進(jìn)行調(diào)整。而隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，在電網(wǎng)運(yùn)行方式的編排工作中需要處理的信息量大量增加。目前，由于缺少相應(yīng)的運(yùn)行方式的輔助編排工具，我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行方式的編排和調(diào)整工作主要依靠人工進(jìn)行分析和匯總，由此在增加工作量的同時(shí)，編排出的運(yùn)行方式存在著一定風(fēng)險(xiǎn)。本文提出一種電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估輔助決策系統(tǒng)，便于對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)判，以及對(duì)事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)，同時(shí)給出相應(yīng)的事故恢復(fù)處置預(yù)案。

1 系統(tǒng)架構(gòu)和工作流程

圖1 系統(tǒng)基本框架及流程

系統(tǒng)的整體架構(gòu)及工作流程見(jiàn)圖1，主要功能模塊有運(yùn)行方式模擬檢驗(yàn)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、恢復(fù)供電方案、輔助決策等。系統(tǒng)啟動(dòng)后，可選擇系統(tǒng)的工作模式，包括在線(xiàn)評(píng)估和模擬校驗(yàn)，模擬校驗(yàn)可以手動(dòng)設(shè)置開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)和電網(wǎng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在線(xiàn)評(píng)估是通過(guò)與SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。加載運(yùn)行方式后，可以對(duì)當(dāng)前的運(yùn)行方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)系統(tǒng)制定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)體系對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定級(jí)，尋找失電區(qū)域的恢復(fù)供電路徑，最后輸出輔助決策信息。

2 建立風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)體系

考慮到電網(wǎng)運(yùn)行的特性，單一的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)不能完全評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平，同時(shí)為了更加直觀(guān)地體現(xiàn)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，需要科學(xué)地對(duì)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行量化分級(jí)，最終建立一套適用于電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)體系。本文根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，參考《國(guó)家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》，提取出負(fù)荷百分比、重要用戶(hù)數(shù)量、電壓等級(jí)等風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)因素，同時(shí)根據(jù)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的限值完成風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)。系統(tǒng)綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)因素及對(duì)應(yīng)的限值定義了8個(gè)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，調(diào)度運(yùn)行人員可根據(jù)系統(tǒng)評(píng)估出的事故風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別確定事故處理的緊急程度。如某開(kāi)關(guān)故障造成某220kV變電站全停定義為三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。如由于開(kāi)關(guān)故障引起失電負(fù)荷占地區(qū)電網(wǎng)總負(fù)荷的20～40%定義為四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)；如由于某變電站主變意外退出造成高鐵站、機(jī)場(chǎng)等重要用戶(hù)失電定義為五級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

3 系統(tǒng)的主要流程模塊及其方法作用

（1）運(yùn)行方式模擬校驗(yàn)。我們知道過(guò)去的電網(wǎng)運(yùn)行方式編排和調(diào)整工作主要是靠人工的計(jì)算及以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，工作量很大而且無(wú)法進(jìn)行運(yùn)行方式的模擬校驗(yàn)，不能判斷電網(wǎng)運(yùn)行方式的潛在風(fēng)險(xiǎn)，影響著電網(wǎng)的運(yùn)行安全。為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了模擬校驗(yàn)功能，操作者可在系統(tǒng)中進(jìn)行模擬操作，手動(dòng)設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，比如開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)、變壓器投入狀態(tài)等，進(jìn)而對(duì)設(shè)定的運(yùn)行方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，同時(shí)以圖形的形式直觀(guān)地展示開(kāi)關(guān)變位引起的失電和復(fù)電范圍。模擬校驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，不?huì)影響實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式編排及調(diào)整的模擬校驗(yàn)防誤操作要求。

（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有2個(gè)步驟，分別為風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)。通過(guò)分析電網(wǎng)運(yùn)行方式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在正常運(yùn)行方式下假設(shè)某一開(kāi)關(guān)故障，結(jié)合各設(shè)備的保護(hù)措施，綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)事故過(guò)程中引起的開(kāi)關(guān)變位、二次設(shè)備動(dòng)作信息的情景分析，通過(guò)樹(shù)搜索算法綜合判斷此類(lèi)故障將會(huì)引起停電負(fù)荷、停電范圍、停電重要用戶(hù)等，完成電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的辨識(shí)。分析結(jié)果通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)體系的校驗(yàn)，得出此風(fēng)險(xiǎn)的最高級(jí)別，完成風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)。最終整合風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)情況，輸出電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告。

（3）恢復(fù)供電方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的不僅是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估，更重要的是針對(duì)評(píng)估出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理預(yù)控，及事故發(fā)生后的恢復(fù)供電方案。系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告的基礎(chǔ)上，基于電網(wǎng)運(yùn)行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的原理和方法，最終通過(guò)比較分析完成最優(yōu)恢復(fù)供電路徑的選擇。

假設(shè)評(píng)估出的風(fēng)險(xiǎn)一旦轉(zhuǎn)化為故障發(fā)生，系統(tǒng)將迅速對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，定位失電區(qū)域，針對(duì)失電區(qū)域進(jìn)行電網(wǎng)的重構(gòu)，通過(guò)模擬合上相應(yīng)的開(kāi)關(guān)或者投入相應(yīng)的主變，判斷是否可以恢復(fù)失電區(qū)域的供電，運(yùn)用此方法搜索出對(duì)應(yīng)恢復(fù)供電的所有路徑，然后對(duì)這些路徑進(jìn)行逐條分析，通過(guò)最優(yōu)路徑的選擇依據(jù)，確定出最優(yōu)的恢復(fù)供電路徑，最優(yōu)路徑的選擇依據(jù)主要有以下幾點(diǎn)：①路徑下所需操作開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)不會(huì)超過(guò)線(xiàn)路所有設(shè)備的額定負(fù)載；②路徑下開(kāi)關(guān)的合閘操作不會(huì)引起設(shè)備的保護(hù)誤動(dòng)作；③路徑下通過(guò)開(kāi)關(guān)的合閘或者變壓器的投入可以恢復(fù)的停電范圍最大；④路徑下所需復(fù)電區(qū)域離電源點(diǎn)最近；⑤路徑下所需操作的設(shè)備數(shù)量最少。

基于以上幾點(diǎn)，從下到上的優(yōu)先級(jí)依次升高，通過(guò)層層篩選比較，可以選擇出一條最優(yōu)的恢復(fù)供電路徑。

（4）輔助決策。系統(tǒng)輔助決策的輸出主要包含3個(gè)方面的內(nèi)容，分別為風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告、恢復(fù)供電方案、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控方案。

一是風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告。如選取1個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備并對(duì)它進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將會(huì)輸出若此開(kāi)關(guān)故障后引起的停電范圍，停電負(fù)荷占總負(fù)荷的百分比，停電的重要用戶(hù)有哪些，以及這些參數(shù)與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)體系的對(duì)比數(shù)據(jù)，同時(shí)輸出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

二是恢復(fù)供電方案。在風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告的界面上點(diǎn)擊恢復(fù)供電方案按鈕，將會(huì)輸出故障發(fā)生后對(duì)應(yīng)的恢復(fù)供電解決方案。恢復(fù)供電方案是最優(yōu)恢復(fù)供電路徑的選擇過(guò)程和結(jié)果。如果由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的限制，風(fēng)險(xiǎn)線(xiàn)路無(wú)其他備用的供電線(xiàn)路，將輸出相關(guān)建議，如加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)線(xiàn)路的巡檢力度，或在2個(gè)變電站之間增加備用線(xiàn)路等；如果是恢復(fù)供電路徑下設(shè)備的額定容量達(dá)不到或者相關(guān)保護(hù)容易引起誤動(dòng)而不滿(mǎn)足恢復(fù)供電條件的，建議增加個(gè)別設(shè)備的容量或者更改保護(hù)的限值等。

三是風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控方案，針對(duì)不同情況、不同風(fēng)險(xiǎn)，依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況及專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，制定不同的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控方案。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要講述了一種電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及輔助決策系統(tǒng)，運(yùn)行方式編排校驗(yàn)?zāi)K為運(yùn)行方式的調(diào)整及編排工作提供數(shù)據(jù)支撐；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊可以對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定級(jí)；恢復(fù)供電模塊可以針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)尋找最優(yōu)的恢復(fù)供電路徑；輔助決策模塊是從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估到恢復(fù)供電路徑選擇的整個(gè)過(guò)程及結(jié)論的輸出，同時(shí)提出風(fēng)險(xiǎn)處理的防范措施，具有較高的實(shí)用性。