一種省地一體化聯合風險評估方法
【專利摘要】本發明涉及一種省地一體化聯合風險評估方法，包括以下步驟：讀入省地一體化模型、量測等信息；自動生成預想故障集；省調對全網進行預想故障掃描；地調負荷轉供方案優選；省調基于負荷轉供后的網絡進行風險評估；基于靈敏度的預想故障切負荷；省地一體化風險評估結果輸出與預警。本發明有益的效果是：本發明實現了省調和地調聯合風險評估,實現了風險評估的全面性。本實施例方法是基于省地一體化平臺實現的，省去了省地邊界模型分析和拼接等環節，確保了省調和地調風險計算基礎數據的一致性。基于靈敏度的算法，使得風險評估的結果更符合電網實際情況，以便調度員準確定位故障，及時采取相應的防控措施，提高了電網的安全運行水平。
【專利說明】
-種省地一體化聯合風險評估方法
技術領域
[0001] 本發明設及電力系統風險評估技術領域，尤其是一種省地一體化聯合風險評估方 法。
【背景技術】
[0002] 電力系統風險評估的目的是通過準確的電網安全分析，能夠及時準確地找出電網 的薄弱環節，進而采取相應的防控措施，W減少停電事故的發生，增強電網對于運行風險的 感知能力。但在現有技術中，風險評估多是省級風險評估系統與地級風險評估系統獨立運 行，導致兩個系統的信息交互不強，存在讀入的信息不全面、不準確的問題。省級電網維護 220kV及W上的網架，而忽略了地級電網的轉負荷能力和網架實際情況；地級電網維護 lOOkV及W下的網架，而忽略省級電網故障對其延伸的影響，風險評估的結果不能反映電網 運行的實際情況，影響了相關運行人員對于風險的及時正確處理。
[0003] 省地一體化實現了省級智能電網調度支持系統和地級調度自動化系統的圖、數、 模的一體化集成和業務貫通，使得基于全網模型的電網安全分析成為了可能。基于省地一 體化的運行模式，可W讀入整個地區的網架和模型信息，保證了省級和地級風險評估系統 基礎數據的一致性和全面性，提高了省地聯合風險評估結果的可靠性，加強了對電網運行 風險全面的掌控能力。

【發明內容】

[0004] 本發明要解決上述現有技術的缺點，考慮省級和地級電網的故障交互影響，并結 合地級電網的負荷轉供和負荷削減措施，提供一種更能反映實際情況，增強對電網運行風 險的感知能力的省地一體化聯合風險評估方法。
[0005] 本發明解決其技術問題采用的技術方案:運種省地一體化聯合風險評估方法，包 括W下步驟：
[0006] (1)讀入省地一體化模型、量測等信息:省調風險評估系統和地調風險評估系統分 別讀入省地一體化的模型、量測和氣象數據，保證風險計算基礎數據的一致性；
[0007] (2)自動生成預想故障集:基于拓撲分區和故障影響域的研究，自動生成一個可W 覆蓋主要危險點的故障集，W保證風險評估結果的實用性；
[000引（3)省調對全網進行預想故障掃描:省調風險評估系統讀入上述(2)生成的預想故 障集，對全網進行預想故障掃描，得出預想故障分析結果并下發給地調風險評估系統，此預 想故障掃描不考慮地調的負荷轉供和負荷削減措施；
[0009] (4)地調負荷轉供方案優選:地調根據預想故障分析的結果，針對存在風險的預想 故障，依據事先設定好的負荷轉供約束條件篩選出可行的負荷轉供方案，并選擇目標函數 最小的方案作為最優方案并實施，地調風險評估系統將負荷轉供后的風險結果上傳回省 調；
[0010] (5)省調基于負荷轉供后的網絡進行風險評估：由于地調負荷轉供后的網絡拓撲 發生了變化，省調需要基于變化后的網絡再次進行全網風險評估，得出風險評估的后果，若 是還存在支路越限，則需要采取步驟(6)消除越限，將越限風險轉化為失電風險；
[0011] (6)基于靈敏度的預想故障切負荷:針對步驟(5)風險評估的結果，采取消除越限 的負荷削減措施，基于靈敏度算法，選擇對越限支路靈敏度較高的負荷中切除部分負荷，直 到該越限支路不再越限，負荷削減操作指令由省調下發地調執行；
[0012] (7)省地一體化風險評估結果輸出與預警:結合地調負荷轉供后的風險后果和步 驟巧）、步驟(6)的風險評估后果，得到最終的省地一體化風險評估結果，計算風險指標和評 定風險等級并輸出，對高概率、高風險等級的預想故障進行告警，為調度員提供事前預警。
[0013] 本發明有益的效果是:本發明實現了省調和地調聯合風險評估，實現了風險評估 的全面性。本實施例方法是基于省地一體化平臺實現的，省去了省地邊界模型分析和拼接 等環節，確保了省調和地調風險計算基礎數據的一致性。基于靈敏度的算法，結合地調負荷 轉供和負荷削減的調控措施，并考慮拓撲結構和電網運行情況，進行省調和地調聯合風險 評估，使得風險評估的結果更符合電網實際情況，W便調度員準確定位故障，及時采取相應 的防控措施，提高了電網的安全運行水平。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實施例的省地一體化聯合風險評估方法流程圖；
[0015] 圖2是本實施例的省地一體化聯合風險評估框架圖；
[0016] 圖3是本實施例的地調負荷轉供方案優選的流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發明作進一步說明：
[001引 S1、開始
[0019] 啟動運種省地一體化聯合風險評估方法程序。
[0020] S2、讀入省地一體化模型、量測等信息
[0021] 如圖2,為本方法實現的框架圖，省級和地級風險評估系統分別從省地一體化平臺 讀入全網模型和量測數據，具體包括lOkV~500kV所有的母線、主變、開關等物理及其聯接 關系信息，作為風險計算和分析的基礎數據。
[0022] 由于省級電網設備檢修或者故障時，可能會導致地級電網節點失電；地級電網設 備檢修或者故障，可能會導致省級與地級電網間失去某些聯絡線功能，增大了省級電網的 運行風險;地級電網的負荷調整，可能會消除省地電網的支路越限，降低運行風險，同樣可 可能導致某些省級支路越限，即省級電網和地級電網存在著交互影響。所W，需要兩級電網 有相同的計算基礎數據，W保證一致性，兩級聯合風險評估計算，W保證全面性。
[0023] 風險評估的結果是風險后果與風險發生概率的乘積，運引發輸電設備故障并導致 停運的原因是多種多樣的，主要包括臺風、雷擊、外力、設備老化等原因，因此基于天氣的元 件停運概率計算為：
[0024] Ai = Ai；hunderi U Awindi U Abasei (1)
[002引式中，Athunderi為雷電引起的輸電線停運率;Awindi為臺風化風）引起的輸電線停運 率;Abasei為輸電線的基礎停運率，原因包括鳥害、外力、設備自身等原因，可有歷史故障統計 數據計算得到。所w，風險評估系統還需要讀入用戶數據，包括設備臺賬、歷史故障數據，讀 入氣象系統的臺風、雷電信息用于計算臺風停運率和雷擊停運率，最終得到考慮天氣等外 部原因的元件綜合停運概，使得預想故障元件的停運概率符合元件運行的實際情況。
[00%] S3、自動生成預想故障集
[0027] 為了保證風險評估結果的實用性，需要在進行風險評估前得到一個可W覆蓋主要 危險點的故障集。故障集除N-1故障外，還需考慮多重故障的情況。預想故障集的自動生成， 依據是在拓撲分區的基礎上對電網進行分區，并考慮故障的影響域。
[0028] 預想故障分區的方法是，首先建立電氣島的節點支路連通圖，而后捜索該圖的任 一棵支撐樹，W此為基礎生成單連支回路，進而將存在公共邊的回路合并為一個分區，將運 些環狀分區相應的支路從圖中移除，剩下的福射狀支路則按連通性進行分區。運樣分區與 分區之間僅存在公共的節點，不存在公共的支路。對電網進行分區有利于減小每次故障后 果分析的計算規模，也能夠有效過濾大量的預想開斷后果可W近似線性疊加的故障。
[0029] 采用分區方法對實際電網進行分區時可能將一個大電網分解為一個或幾個較大 的分區和許多小的分區，N-1情況下規模不大。但對于檢修等造成的N-2故障模式的規模仍 舊比較大，需要進一步的分解，W快速過濾安全的故障集，而重點定位和關注對電網造成安 全威脅的故障設備和影響區域。將N-1預想開斷設備自身及開斷后潮流明顯變大的支路定 義為該設備的影響域。對于故障影響域沒有重疊的兩個N-1開斷，若兩個設備同時開斷，其 后果可W近似為兩個N-1開斷后果的線性疊加，可W不予關注。因此，只需根據N-1故障的影 響域是否重疊，即可自動生成需關注的N-2故障集。
[0030] S4、省調對全網進行預想故障掃描
[0031] 省調風險評估系統對全網進行預想故障掃描，得出不考慮地級電網負荷轉供和負 荷削減的風險評估結果，并生成報表下發給地調風險評估系統，包括預想故障元件、預想故 障結果等。將預想故障按照后果進行分類:造成結構性失電、造成支路越限、兩者都存在、兩 者都不存在運四種情況，最后一種不需要下發地調做進一步分析。
[0032] 預想故障掃描采用的方法是靜態安全分析，通過對導納矩陣的修正和修正后電網 的潮流計算來實現。通過預想故障掃描，可W得到設備是否過載和結構性失電等情況。設備 過載在電網實際運行中是無法長期運行的，可能引發連鎖故障，造成嚴重的故障后果，因此 需要調控W消除風險。
[0033] S5、地調負荷轉供方案優選
[0034] 由于地級電網負荷調整后，電網的網絡拓撲會發生變化，省地一體化風險評估實 際失電負荷值應由兩部分構成:一是地級電網負荷轉供后風險評估失電負荷值;二是基于 地級電網負荷調整后的省地一體化網絡進行風險評估的失電負荷值。
[0035] 針對省級電網和地級電網的特點，進行基于風險分析的負荷轉供方案優選。首先 需要定位故障后的負荷可轉供區域，獲得故障設備相關的環路集合，從而確定可行的負荷 轉供路徑，通過環路分類和轉供約束條件去掉不可行的負荷轉供路徑，在此基礎上對可行 的負荷轉供方案進行目標函數約束計算，從而獲得最優的負荷轉供策略。
[0036] 1)確定負荷轉供區域及路徑
[0037] 地區電網中llOkV和lOkV等級電網都是閉環建設開環運行的，因此可實現負荷轉 供，但lOkV屬于配網范疇，運里不作考慮。將500kV廠站、220kV廠站及地區電廠母線作為等 效電源點，其他作為等效非電源點。負荷轉供影響區域定位方法即為設備的關聯節點為 起點，遍歷到等效電源節點和直接相連的等效非電源點的所有路徑集合。
[0038] 對于路徑，起止電源節點相同的，不能實現等效電源之間的負荷轉供，只能實現站 內負荷轉供;起止電源節點不同時，可W實現等效電源之間的負荷轉供，適用于等效電源點 及其聯絡設備發生故障的情況。對于等效非電源點及其聯絡設備發生故障的情況，則兩種 情況都需要考慮。
[0039] 2)負荷轉供目標函數
[0040] 負荷轉供方案的優選是個多目標優化問題，目標為保證非故障影響區域安全正常 運行的情況下，盡可能地恢復對用戶的供電，操作次數最小并且影響域內風險最低。運里不 考慮合環電流的影響和多支路合環問題，而將目標描述為:負荷切除量最小，開關動作次數 最少，風險最低。約束條件描述為：
[0041] ①拓撲結構約束：W0和1表示支路的運行狀態，0表示停運，1表示運行。負荷轉移 前環路只能有一個開環點，即一個支路的狀態為0,若存在兩個及W上支路狀態為0,則此環 路不能通過改變開環點的位置實現負荷轉供；
[0042] ②支路容量約束:故障影響域內所有支路潮流不越限，Ii《iNi，li為支路電流，iNi 為支路長期允許載流量；
[00創③母線電壓約束:Vmini<Vi<Vmaxi，Vi為母線電壓，Vmini、Vmax汾別為母線電壓上下限；
[0044] ④負荷切除量約束:相應負荷點的切除量不能超過其負荷值；
[0045] ⑤開關動作次數約束:保證調整過程中開關的動作次數小于等于調度要求的上限 Tmax ；
[0046] ⑥負荷轉移方向約束:等效電源點間的負荷轉供方向要從故障設備關聯節點到非 關聯節點。
[0047] 不考慮發電機出力調整的風險控制目標函數如下：
[0053]式(6)表示①的約束，即第j個環路集Zj中狀態為1的支路總數小于環路中的支路 總數jVz, sZ表示所有轉供環路的集合;bi為支路i的編碼狀態，1表示支路在運行，0表示支路 停運;Κ表示所有轉供環路集合的支路總數;N為總節點數，Να為總等效電源點數，根據①的 約束，保證轉供路徑是開環，職責必須保證Ν個節點構成Να個子連通圖；依據連通圖的概念， 任一一個具有η個節點的連通圖，它的任一一個樹的樹枝數為η-1個，則對于Ν各節點構成的 影響域內運行狀態為1的支路共有Ν-Να個。
[0054] 式(2)中，C為負荷轉供控制代價指標，為經濟性指標，負荷轉供方案的選擇依據就 是使得C最小;λl、λ2、λ3、λ4是相應項的罰函因子，分別為每項在目標函數中的權重，與每項對 目標函數貢獻的重要性和網絡結構有關
為負荷損失懲罰項，W抓NS為指標，Wi為第 i個負荷的重要性系數，與4.2節中的研究一致，Pii為第i個損失負荷值，t為損失負荷個數；
曼開關動作次數懲罰項，為開關動作次數總和，需要滿月
為電壓越限懲罰項，m為越限電壓節點數
為支路越限懲罰項，η為潮流越限支路 數，S功第i個越限支路的有功，Smaxi為其支路容量最大值，由iNi得至Ij。通常情況下，針對風 險評估的后果，采取相應的負荷轉供和負荷削減控制措施后，將風險都轉化為負荷損失。
[0055] 負載率的大小與越限密不可分，負載率高的支路越容易發生越限，因此將越限懲 罰項轉化為為負載率懲罰項，目標函數變為：
[0化6] (7)
[0化7] λ日為負載率的罰因子，λι+λ2+λ3+λ日=1
為設備負載率罰函數;η為負荷轉供影 響域內設備個數;Fi為第i個設備的負載率。
[0058] 3)負荷轉供方案優選流程
[0059] 基于風險分析的負荷轉供方案優選的流程如圖3所示，負荷轉供方案的優選流程 描述如下：
[0060] 地調風險評估系統讀入省調預想故障掃描結果，判斷造成結構性失電時，采取可 行的站內負荷轉移措施，一般通過備自投實現，包括進線的互投備投、主變低壓開關備投、 母聯的互投。如llOkV廠站雙母線供電，發生母線失電，只需要將失電母線轉移到另一條母 線即可，通過斷開失電母線開關、閉合母聯開關實現。當發生支路越限時，則需要采取站外 負荷轉供。
[0061] 首先定負荷轉供影響區域，并生成相應的故障集;確定好負荷轉供目標區域后，用 基于環路捜索的方法枚舉出所有的負荷轉供路徑集合，并對集合中所有的支路狀態進行編 碼;根據約束條件對負荷轉供路徑集合進行篩選，篩選出可行的負荷轉供方案并排序，按順 序對可行的負荷轉供方案進行風險分析，包括支路越限、負荷損失等分析，得到風險評估結 果;針對每個可行的負荷轉供方案，計算其控制代價值，并排序，選擇控制代價最小的方案 為最優的負荷轉供方案并實施。
[0062] S6、省調基于負荷轉供后的網絡進行風險評估
[0063] 由于地調負荷轉供后的網絡拓撲發生了變化，運將對整個電網局部甚至更大范圍 的網絡和潮流產生影響，所w省調需要基于變化后的網絡再次進行全網風險評估，得出風 險評估的后果。若是還存在支路越限，則需要采取步驟S7消除越限，將越限風險轉化為失電 風險;若不存在支路越限，此次風險評估的結果(包括地調負荷轉供后的風險后果）即為最 終的省地一體化聯合風險評估的結果。
[0064] S7、基于靈敏度的預想故障切負荷
[0065] 省調基于地調負荷轉供后的網絡再次進行風險評估，得出的結果若存在支路越 限，此時不需再采取負荷轉供措施，因為步驟S5中的負荷轉供已是最優，為了減少風險評估 計算用時，不再進行循環，而采取基于靈敏度的切負荷控制。
[0066] 靈敏度的含義為：當系統內節點η有功功率注入增加1個單位時，指定支路ij上的 有功潮流變化量。為了仿真調度員的切負荷策略，需計算每條越限支路與關聯節點所屬負 荷的靈敏度，并在靈敏度較高的負荷中切除部分負荷，直到該越限支路不再越限。省調風險 評估系統根據靈敏度算法計算出切除負荷對象、大小、順序等，并生成指令下發給地調執 行。
[0067] S8、省地一體化風險評估結果輸出與預警
[0068] 經過W上幾個步驟，得出最終的省地一體化風險評估結果，即為地調負荷轉供后 的風險結果和省調基于負荷轉供后的網絡進行風險評估的結果之和。比如失電負荷為負荷 轉供后所失負荷加上步驟S6、S7所失負荷，并減去兩者失電負荷重合的部分。計算風險指 標，并給出風險等級。
[0069] 省地一體化風險評估更重要還需要提供給調度員風險的變化情況并給出預警，W 便調度員掌握電網的運行狀態。將變電站全停風險、失電風險和支路越限風險運Ξ個主要 風險指標的變化曲線和它們發生的概率分布圖展示出來，并通過列表展示包括歷史和實時 風險在內的風險事件的詳細信息，詳細信息通過列表展示，可W查看詳細的故障事件、引起 故障的原因、故障的后果、故障發生的概率、備自投和切負荷裝置的動作信息等。為了方便 調度員快遞定位故障和重要風險，利用圖形的方式，將電網存在的運行風險直觀的展示出 來，根據風險等級的不同，用不同的顏色在系統圖上標記出來，并可顯示風險的詳細信息。 對高概率、高風險等級、持續時間長的預想故障進行告警，為調度員提供事前預警。
[0070] 通過運樣的方法，可實現電網隱患實時排查，消除人為判斷盲點，便于調度員快速 定位對電網運行風險影響較大的預想故障模式，并準確全面的掌握全網的實際運行狀況， 確定電網的薄弱環節，分析風險原因，為建立全網運行安全風險管控體系提供了技術支撐。
[0071] 地級電網具有閉環建設、開環運行的特點，通過改變開環點的位置，可實現地級電 網的負荷轉供。負荷轉供僅僅改變了負荷的位置，并不會改變整個系統的總負荷值，但是可 W將負荷從運行風險較高的地區轉移到運行風險較低的地區。當風險分析結果出現支路潮 流越限或者失電時，可采取負荷轉供，從而降低整個電網的運行風險。
[0072] 省級主網設備風險常常傳遞給地區電網，而地級電網的設備故障也會影響到主 網。因此需要研究省級和地級電網間的故障交互影響，在省地一體化的風險評估過程中，通 過潛在風險傳遞模式的自動生成和快速篩選，找到省網對地區電網影響大的風險因素，將 決定省地一體化聯合評估的有效性，進而決定地區電網風險評估結果的全面性。
[0073] 除上述實施例外，本發明還可W有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形 成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種省地一體化聯合風險評估方法，其特征是:包括以下步驟： (1) 讀入省地一體化模型、量測等信息：省調風險評估系統和地調風險評估系統分別讀 入省地一體化的模型、量測和氣象數據，保證風險計算基礎數據的一致性； (2) 自動生成預想故障集:基于拓撲分區和故障影響域的研究，自動生成一個可以覆蓋 主要危險點的故障集，以保證風險評估結果的實用性； (3) 省調對全網進行預想故障掃描：省調風險評估系統讀入上述（2)生成的預想故障 集，對全網進行預想故障掃描，得出預想故障分析結果并下發給地調風險評估系統，此預想 故障掃描不考慮地調的負荷轉供和負荷削減措施； (4) 地調負荷轉供方案優選:地調根據預想故障分析的結果，針對存在風險的預想故 障，依據事先設定好的負荷轉供約束條件篩選出可行的負荷轉供方案，并選擇目標函數最 小的方案作為最優方案并實施，地調風險評估系統將負荷轉供后的風險結果上傳回省調； (5) 省調基于負荷轉供后的網絡進行風險評估：由于地調負荷轉供后的網絡拓撲發生 了變化，省調需要基于變化后的網絡再次進行全網風險評估，得出風險評估的后果，若是還 存在支路越限，則需要采取步驟(6)消除越限，將越限風險轉化為失電風險； (6) 基于靈敏度的預想故障切負荷:針對步驟(5)風險評估的結果，采取消除越限的負 荷削減措施，基于靈敏度算法，選擇對越限支路靈敏度較高的負荷中切除部分負荷，直到該 越限支路不再越限，負荷削減操作指令由省調下發地調執行； (7) 省地一體化風險評估結果輸出與預警：結合地調負荷轉供后的風險后果和步驟 (5)、步驟(6)的風險評估后果，得到最終的省地一體化風險評估結果，計算風險指標和評定 風險等級并輸出，對高概率、高風險等級的預想故障進行告警，為調度員提供事前預警。
【文檔編號】G06Q50/06GK106067081SQ201610347349
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月24日 公開號201610347349.1, CN 106067081 A, CN 106067081A, CN 201610347349, CN-A-106067081, CN106067081 A, CN106067081A, CN201610347349, CN201610347349.1
【發明人】陳慶, 蘇大威, 徐春雷, 張琦兵, 趙家慶
【申請人】國家電網公司, 國網江蘇省電力公司