基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R的調(diào)度操作潮流校核方法

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(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴州 貴陽 550002)

0 引言

調(diào)度操作潮流校核，是指根據(jù)電網(wǎng)實際運行狀態(tài)，動態(tài)計算調(diào)度操作前后的電網(wǎng)潮流變化的過程，以避免由于操作不當(dāng)導(dǎo)致運行斷面越限、線路超額定容量運行等異常情況發(fā)生[1-2]。由于電網(wǎng)運行斷面越限、線路超額定容量運行等異常情況容易導(dǎo)致其他運行設(shè)備過載，進(jìn)而引發(fā)連鎖故障[3]。為防止由于調(diào)度操作而引發(fā)的電網(wǎng)事故，當(dāng)前調(diào)度運行相關(guān)規(guī)程中均要求調(diào)度操作應(yīng)進(jìn)行潮流校核[4]。

然而，每一項調(diào)度操作任務(wù)均涉及幾步到幾百步調(diào)度操作項，如何合理地選擇最有效的關(guān)鍵調(diào)度操作步驟，開展調(diào)度操作潮流校核，成為該領(lǐng)域研究的核心問題。文獻(xiàn)[5]評估了調(diào)度操作過程中信息通信系統(tǒng)所面臨的操作風(fēng)險，提出了一種基于模糊理論的智能電網(wǎng)信息通信風(fēng)險評估方法。文獻(xiàn)[6]在傳統(tǒng)效用理論基礎(chǔ)上，采用權(quán)重自適應(yīng)調(diào)整策略，動態(tài)修正不同事故后果下的權(quán)重值，提出了一種基于改進(jìn)效用理論的調(diào)度操作風(fēng)險評估方法。文獻(xiàn)[7]從數(shù)據(jù)源出發(fā)，分析了調(diào)度操作潮流校核中所涉及的數(shù)據(jù)來源，提出了多源數(shù)據(jù)融合的操作風(fēng)險評估，并開發(fā)實現(xiàn)了輔助決策系統(tǒng)。文獻(xiàn)[8]在傳統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)度操作潮流校核基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮操作過程中，電網(wǎng)發(fā)生N-1故障后的潮流轉(zhuǎn)移，提出了一種全過程動態(tài)N-1風(fēng)險評估方法。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于態(tài)勢感知理論的運行控制方法，通過態(tài)勢動態(tài)感知，實現(xiàn)了調(diào)度操作的全過程監(jiān)視。

上述研究加深了調(diào)度操作潮流校核的研究，部分成果已在實際中得到應(yīng)用，取得了一定的使用效益。然而，當(dāng)前的調(diào)度操作潮流校核本質(zhì)上來說還屬于一種全過程的逐步掃描式校核方法[10-11]。當(dāng)操作任務(wù)較為復(fù)雜，過程較多時，單一調(diào)度操作票所包含的操作指令可能超過200條，若每一步都需要進(jìn)行潮流校核，則總時間可能超過30 min。盡管當(dāng)前已有研究采用分布式計算等高效率計算方法，提升單次潮流校核的速度，然而對計算效率的提升并不顯著[12-13]。

實際上，調(diào)度操作過程中大量的操作指令項并不會對電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生影響，導(dǎo)致上述全過程逐步掃描式校核方法存在大量無用的潮流校核步驟。因此，提升調(diào)度操作潮流校核的關(guān)鍵在于從龐大的操作項中辨識出關(guān)鍵操作項。為此，本文將剖析影響電網(wǎng)潮流分布的關(guān)鍵操作項，通過對關(guān)鍵操作項的潮流校核代替?zhèn)鹘y(tǒng)全過程逐步掃描式的辨識方法。最后通過對比本文所提出的校核方法與全過程逐步掃描式潮流校核的計算效率和計算效果，驗證本文所提出方法的有效性。

1 關(guān)鍵拓?fù)渥儎踊靖拍钆c辨識方法

1.1 基本概念

所提出的關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹検侵刚{(diào)度操作項執(zhí)行前后，將導(dǎo)致電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，對電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生較大影響的操作項。電網(wǎng)操作前后，只有當(dāng)電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系發(fā)生較大變化時，才會導(dǎo)致電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生改變。之所以能夠?qū)㈥P(guān)鍵拓?fù)渥儎禹椬鳛檎{(diào)度操作潮流校核的關(guān)鍵校核項，原因在于以下2個方面：

a.從電網(wǎng)潮流分布特性來說，當(dāng)且僅當(dāng)電網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化時，電網(wǎng)潮流才會出現(xiàn)較大幅度的改變，否則一般電網(wǎng)潮流呈平穩(wěn)變化的過程，對調(diào)度操作潮流校核來說，對可能導(dǎo)致電網(wǎng)拓?fù)渥兓牟僮黜椷M(jìn)行重點分析，實際上就能掌握電網(wǎng)潮流變化的要點。

b.從電網(wǎng)運行控制要求來說，當(dāng)且僅當(dāng)電網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化時，電網(wǎng)運行控制要求才會發(fā)生改變，可能產(chǎn)生運行斷面的增減調(diào)整，而由于電網(wǎng)運行期間不允許出現(xiàn)調(diào)度操作后新增運行斷面越限的情況，因此必須要求對拓?fù)渥兓蟮某绷鞣植歼M(jìn)行校核。

1.2 辨識方法

對調(diào)度操作項進(jìn)行拓?fù)渥兓治鰰r，必須的基礎(chǔ)條件在于對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行規(guī)范化編號[11]，從而能夠?qū)⑽谋拘问接涗浀恼{(diào)度操作指令中的操作對象與電網(wǎng)運行設(shè)備對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R主要經(jīng)過2個步驟。

a.操作指令內(nèi)容轉(zhuǎn)換。當(dāng)前，調(diào)度操作指令內(nèi)容辨識相關(guān)的研究已經(jīng)較為成熟。由于調(diào)度指令規(guī)范性較高，可直接采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則學(xué)習(xí)等方法，將文本形式記錄的調(diào)度指令語句轉(zhuǎn)化為操作對象、操作方式的內(nèi)容組合方式。采用上述方法，對操作指令轉(zhuǎn)換后所得到的轉(zhuǎn)換模式如表1所示。

表1 典型操作指令轉(zhuǎn)換結(jié)果對照

b.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓录皩Ρ?。電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，是指根?jù)電網(wǎng)中設(shè)備運行狀態(tài)將電網(wǎng)網(wǎng)架轉(zhuǎn)換為抽象的連接圖形式。如圖1所示，常見的轉(zhuǎn)換模式為將每個變電站作為1個節(jié)點，將輸電線路作為節(jié)點間的連接線，據(jù)此將其轉(zhuǎn)化為點線連接形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形式。根據(jù)電網(wǎng)操作指令對設(shè)備運行狀態(tài)的影響，改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中設(shè)備的運行狀態(tài)，從而調(diào)整網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)，掌握網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的變化情況。

圖1 電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的基本結(jié)構(gòu)，可以得到節(jié)點和連接線運行與停運的判定條件：對于變電站節(jié)點，與其連接的任一線路處于運行狀態(tài)，該節(jié)點即處于運行狀態(tài)；對于變電站節(jié)點，當(dāng)且僅當(dāng)所有與其連接的線路均處于停運狀態(tài)，該節(jié)點處于停運狀態(tài)；對于連接線，對應(yīng)的線路兩側(cè)開關(guān)中任一側(cè)處于停運狀態(tài)，拓?fù)鋱D中的連接線即處于停運狀態(tài)；對于連接線，當(dāng)且僅當(dāng)線路兩側(cè)開關(guān)均處于運行狀態(tài)，拓?fù)鋱D中的連接線才處于運行狀態(tài)。

根據(jù)轉(zhuǎn)換后的調(diào)度操作指令，即可以掌握開關(guān)、刀閘等設(shè)備的動作情況，并首先可以判定線路運行狀態(tài)的變化情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合已有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線路運行狀態(tài)的變化，判定電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠癜l(fā)生變化。該操作對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D變?yōu)槿鐖D2所示。

圖2 更新后的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

以圖1中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，調(diào)度指令內(nèi)容為“斷開Sta1變電站220 kV Line1線201開關(guān)”，其調(diào)度操作對象為“Sta1變電站220 kV Line1線201開關(guān)”，操作方式為“斷開開關(guān)”。該操作將導(dǎo)致Line1線路不能傳輸潮流，視為線路停運。對應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，該線路對應(yīng)的連接線即判定為停運。

而在上面調(diào)度指令的基礎(chǔ)上，若繼續(xù)下令“斷開Sta2變電站220 kV Line1線201開關(guān)”，則由于該線路實際上已處于停運狀態(tài)，因此對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D沒有影響。該操作對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D將與上一操作一致，均如圖2所示。

對比上述2步調(diào)度指令，由于指令“斷開Sta1變電站220 kV Line1線201開關(guān)”將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D發(fā)生變化，該操作即為關(guān)鍵拓?fù)渥兓棧欢笠徊街噶睢皵嚅_Sta2變電站220 kV Line1線201開關(guān)”并不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，并不是本文所提出的關(guān)鍵拓?fù)渥兓棥?/p>

2 基于關(guān)鍵項辨識的調(diào)度操作潮流校核

2.1 實施框架

基于上述關(guān)鍵拓?fù)渥兓棻孀R方法，本文所提出的調(diào)度操作潮流校核方法實施流程如圖3所示。整個基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R的調(diào)度潮流校核方法包括3個關(guān)鍵步驟。

圖3 實施步驟

a.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入及處理。所需要導(dǎo)入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，包括在運行的變電站、輸電線路及其連接關(guān)系，該數(shù)據(jù)從電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)獲??；待校核的調(diào)度操作票數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)主要是從電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中獲取。在獲取上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要根據(jù)電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)生成電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

b.關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R?；诒疚乃岢龅恼{(diào)度操作票關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R方法，逐項校驗調(diào)度操作票中所涉及的各調(diào)度操作指令，判定其是否屬于關(guān)鍵拓?fù)渥兓?，并記錄各關(guān)鍵拓?fù)渥兓棃?zhí)行前后對電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化情況。

c.逐項潮流校核。根據(jù)各關(guān)鍵拓?fù)渥兓棃?zhí)行前后電網(wǎng)網(wǎng)架拓?fù)涞淖兓闆r，調(diào)用電網(wǎng)潮流計算程序包，計算變化后電網(wǎng)潮流分布，并根據(jù)潮流分布對運行斷面是否越限、線路潮流是否超限額、是否存在重載輸變電設(shè)備等項目進(jìn)行校核。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)上述實施步驟，本文所提出的潮流校核方法可在當(dāng)前電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中調(diào)度操作票模塊基礎(chǔ)上改造實現(xiàn)，改造后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)

所涉及到的系統(tǒng)主要包括電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，調(diào)度員可以通過服務(wù)器登陸訪問與系統(tǒng)交互。按照實施流程其業(yè)務(wù)流程如下：

a.調(diào)度票生成。由調(diào)度員在其終端填寫操作表，并傳輸至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的調(diào)度操作票模塊，啟動調(diào)度操作潮流校核流程。

b.調(diào)度操作潮流校核準(zhǔn)備。調(diào)度員啟動潮流校核流程后，調(diào)度操作票模塊負(fù)責(zé)從能量管理系統(tǒng)中收取電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，并生成電網(wǎng)網(wǎng)架拓?fù)鋱D等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

c.潮流校核。按照本文所提出的方法，辨識調(diào)度操作票中的關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹?，并根?jù)拓?fù)渥兓?，調(diào)用能量管理系統(tǒng)中的潮流計算模塊進(jìn)行潮流計算分析。根據(jù)計算結(jié)果對照網(wǎng)架變化后的運行控制要求，得到潮流校核結(jié)果。

3 實施效益

3.1 實施情況

所提出的基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R的調(diào)度操作潮流校核方法已在貴州某地區(qū)電網(wǎng)得到實際應(yīng)用。通過對生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的調(diào)度操作票模塊進(jìn)行改造，實現(xiàn)了對原調(diào)度操作票執(zhí)行過程的關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R、潮流計算、潮流校核。

系統(tǒng)改造后的數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)如圖4所示，該方法應(yīng)用實施過程如圖3所示。

3.2 實際案例分析

以某線路停電操作為例介紹該方法的實施過程，如圖1所示，操作任務(wù)為將線路Line1由運行轉(zhuǎn)冷備用，操作票內(nèi)容如表2所示。

表2 線路停電操作票

對上述操作指令逐一進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行拓?fù)浞治龊罂芍?，?步操作完成后該線路實際上已經(jīng)不能傳輸潮流，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中該連接線即判定為停運。后續(xù)3步操作實際上并不會改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此該調(diào)度操作票第1步為關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹?。根?jù)該步操作對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠绊?，調(diào)用能量管理系統(tǒng)中潮流計算模塊，即可計算得到操作執(zhí)行后的潮流分布，并對其進(jìn)行安全校核。相較于傳統(tǒng)的逐步校核方法，能夠減少75%的校核工作計算量。

3.3 實施效益分析

該模塊自2018年12月完成改造后，一直使用至今，已成功用于1 340張調(diào)度操作票的潮流校核任務(wù)。與傳統(tǒng)的全過程逐步掃描式潮流校核相比，減少校核工作量近90%，且無一例漏校核、誤校核，大大提升了調(diào)度操作票潮流校核的執(zhí)行效率。

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)全過程逐步掃描式調(diào)度操作潮流校核方法，提出了一種基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎禹棻孀R的潮流校核新方法。通過分析各調(diào)度操作指令對電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓挠绊?，辨識出將對潮流分布產(chǎn)生影響的關(guān)鍵調(diào)度操作指令項。該方法能在保證潮流校核有效性的前提下，大大降低校核工作量，提升效率。同時能夠在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造實現(xiàn)，大大降低了該方法實際應(yīng)用推廣的難度，具有較高實際使用價值。