一种省地一体化联合风险评估方法
【专利摘要】本发明涉及一种省地一体化联合风险评估方法，包括以下步骤：读入省地一体化模型、量测等信息；自动生成预想故障集；省调对全网进行预想故障扫描；地调负荷转供方案优选；省调基于负荷转供后的网络进行风险评估；基于灵敏度的预想故障切负荷；省地一体化风险评估结果输出与预警。本发明有益的效果是：本发明实现了省调和地调联合风险评估,实现了风险评估的全面性。本实施例方法是基于省地一体化平台实现的，省去了省地边界模型分析和拼接等环节，确保了省调和地调风险计算基础数据的一致性。基于灵敏度的算法，使得风险评估的结果更符合电网实际情况，以便调度员准确定位故障，及时采取相应的防控措施，提高了电网的安全运行水平。
【专利说明】
-种省地一体化联合风险评估方法
技术领域
[0001] 本发明设及电力系统风险评估技术领域，尤其是一种省地一体化联合风险评估方 法。
【背景技术】
[0002] 电力系统风险评估的目的是通过准确的电网安全分析，能够及时准确地找出电网 的薄弱环节，进而采取相应的防控措施，W减少停电事故的发生，增强电网对于运行风险的 感知能力。但在现有技术中，风险评估多是省级风险评估系统与地级风险评估系统独立运 行，导致两个系统的信息交互不强，存在读入的信息不全面、不准确的问题。省级电网维护 220kV及W上的网架，而忽略了地级电网的转负荷能力和网架实际情况；地级电网维护 lOOkV及W下的网架，而忽略省级电网故障对其延伸的影响，风险评估的结果不能反映电网 运行的实际情况，影响了相关运行人员对于风险的及时正确处理。
[0003] 省地一体化实现了省级智能电网调度支持系统和地级调度自动化系统的图、数、 模的一体化集成和业务贯通，使得基于全网模型的电网安全分析成为了可能。基于省地一 体化的运行模式，可W读入整个地区的网架和模型信息，保证了省级和地级风险评估系统 基础数据的一致性和全面性，提高了省地联合风险评估结果的可靠性，加强了对电网运行 风险全面的掌控能力。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决上述现有技术的缺点，考虑省级和地级电网的故障交互影响，并结 合地级电网的负荷转供和负荷削减措施，提供一种更能反映实际情况，增强对电网运行风 险的感知能力的省地一体化联合风险评估方法。
[0005] 本发明解决其技术问题采用的技术方案:运种省地一体化联合风险评估方法，包 括W下步骤：
[0006] (1)读入省地一体化模型、量测等信息:省调风险评估系统和地调风险评估系统分 别读入省地一体化的模型、量测和气象数据，保证风险计算基础数据的一致性；
[0007] (2)自动生成预想故障集:基于拓扑分区和故障影响域的研究，自动生成一个可W 覆盖主要危险点的故障集，W保证风险评估结果的实用性；
[000引（3)省调对全网进行预想故障扫描:省调风险评估系统读入上述(2)生成的预想故 障集，对全网进行预想故障扫描，得出预想故障分析结果并下发给地调风险评估系统，此预 想故障扫描不考虑地调的负荷转供和负荷削减措施；
[0009] (4)地调负荷转供方案优选:地调根据预想故障分析的结果，针对存在风险的预想 故障，依据事先设定好的负荷转供约束条件筛选出可行的负荷转供方案，并选择目标函数 最小的方案作为最优方案并实施，地调风险评估系统将负荷转供后的风险结果上传回省 调；
[0010] (5)省调基于负荷转供后的网络进行风险评估：由于地调负荷转供后的网络拓扑 发生了变化，省调需要基于变化后的网络再次进行全网风险评估，得出风险评估的后果，若 是还存在支路越限，则需要采取步骤(6)消除越限，将越限风险转化为失电风险；
[0011] (6)基于灵敏度的预想故障切负荷:针对步骤(5)风险评估的结果，采取消除越限 的负荷削减措施，基于灵敏度算法，选择对越限支路灵敏度较高的负荷中切除部分负荷，直 到该越限支路不再越限，负荷削减操作指令由省调下发地调执行；
[0012] (7)省地一体化风险评估结果输出与预警:结合地调负荷转供后的风险后果和步 骤巧）、步骤(6)的风险评估后果，得到最终的省地一体化风险评估结果，计算风险指标和评 定风险等级并输出，对高概率、高风险等级的预想故障进行告警，为调度员提供事前预警。
[0013] 本发明有益的效果是:本发明实现了省调和地调联合风险评估，实现了风险评估 的全面性。本实施例方法是基于省地一体化平台实现的，省去了省地边界模型分析和拼接 等环节，确保了省调和地调风险计算基础数据的一致性。基于灵敏度的算法，结合地调负荷 转供和负荷削减的调控措施，并考虑拓扑结构和电网运行情况，进行省调和地调联合风险 评估，使得风险评估的结果更符合电网实际情况，W便调度员准确定位故障，及时采取相应 的防控措施，提高了电网的安全运行水平。
【附图说明】
[0014] 图1是本实施例的省地一体化联合风险评估方法流程图；
[0015] 图2是本实施例的省地一体化联合风险评估框架图；
[0016] 图3是本实施例的地调负荷转供方案优选的流程图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[001引 S1、开始
[0019] 启动运种省地一体化联合风险评估方法程序。
[0020] S2、读入省地一体化模型、量测等信息
[0021] 如图2,为本方法实现的框架图，省级和地级风险评估系统分别从省地一体化平台 读入全网模型和量测数据，具体包括lOkV~500kV所有的母线、主变、开关等物理及其联接 关系信息，作为风险计算和分析的基础数据。
[0022] 由于省级电网设备检修或者故障时，可能会导致地级电网节点失电；地级电网设 备检修或者故障，可能会导致省级与地级电网间失去某些联络线功能，增大了省级电网的 运行风险;地级电网的负荷调整，可能会消除省地电网的支路越限，降低运行风险，同样可 可能导致某些省级支路越限，即省级电网和地级电网存在着交互影响。所W，需要两级电网 有相同的计算基础数据，W保证一致性，两级联合风险评估计算，W保证全面性。
[0023] 风险评估的结果是风险后果与风险发生概率的乘积，运引发输电设备故障并导致 停运的原因是多种多样的，主要包括台风、雷击、外力、设备老化等原因，因此基于天气的元 件停运概率计算为：
[0024] Ai = Ai；hunderi U Awindi U Abasei (1)
[002引式中，Athunderi为雷电引起的输电线停运率;Awindi为台风化风）引起的输电线停运 率;Abasei为输电线的基础停运率，原因包括鸟害、外力、设备自身等原因，可有历史故障统计 数据计算得到。所w，风险评估系统还需要读入用户数据，包括设备台账、历史故障数据，读 入气象系统的台风、雷电信息用于计算台风停运率和雷击停运率，最终得到考虑天气等外 部原因的元件综合停运概，使得预想故障元件的停运概率符合元件运行的实际情况。
[00%] S3、自动生成预想故障集
[0027] 为了保证风险评估结果的实用性，需要在进行风险评估前得到一个可W覆盖主要 危险点的故障集。故障集除N-1故障外，还需考虑多重故障的情况。预想故障集的自动生成， 依据是在拓扑分区的基础上对电网进行分区，并考虑故障的影响域。
[0028] 预想故障分区的方法是，首先建立电气岛的节点支路连通图，而后捜索该图的任 一棵支撑树，W此为基础生成单连支回路，进而将存在公共边的回路合并为一个分区，将运 些环状分区相应的支路从图中移除，剩下的福射状支路则按连通性进行分区。运样分区与 分区之间仅存在公共的节点，不存在公共的支路。对电网进行分区有利于减小每次故障后 果分析的计算规模，也能够有效过滤大量的预想开断后果可W近似线性叠加的故障。
[0029] 采用分区方法对实际电网进行分区时可能将一个大电网分解为一个或几个较大 的分区和许多小的分区，N-1情况下规模不大。但对于检修等造成的N-2故障模式的规模仍 旧比较大，需要进一步的分解，W快速过滤安全的故障集，而重点定位和关注对电网造成安 全威胁的故障设备和影响区域。将N-1预想开断设备自身及开断后潮流明显变大的支路定 义为该设备的影响域。对于故障影响域没有重叠的两个N-1开断，若两个设备同时开断，其 后果可W近似为两个N-1开断后果的线性叠加，可W不予关注。因此，只需根据N-1故障的影 响域是否重叠，即可自动生成需关注的N-2故障集。
[0030] S4、省调对全网进行预想故障扫描
[0031] 省调风险评估系统对全网进行预想故障扫描，得出不考虑地级电网负荷转供和负 荷削减的风险评估结果，并生成报表下发给地调风险评估系统，包括预想故障元件、预想故 障结果等。将预想故障按照后果进行分类:造成结构性失电、造成支路越限、两者都存在、两 者都不存在运四种情况，最后一种不需要下发地调做进一步分析。
[0032] 预想故障扫描采用的方法是静态安全分析，通过对导纳矩阵的修正和修正后电网 的潮流计算来实现。通过预想故障扫描，可W得到设备是否过载和结构性失电等情况。设备 过载在电网实际运行中是无法长期运行的，可能引发连锁故障，造成严重的故障后果，因此 需要调控W消除风险。
[0033] S5、地调负荷转供方案优选
[0034] 由于地级电网负荷调整后，电网的网络拓扑会发生变化，省地一体化风险评估实 际失电负荷值应由两部分构成:一是地级电网负荷转供后风险评估失电负荷值;二是基于 地级电网负荷调整后的省地一体化网络进行风险评估的失电负荷值。
[0035] 针对省级电网和地级电网的特点，进行基于风险分析的负荷转供方案优选。首先 需要定位故障后的负荷可转供区域，获得故障设备相关的环路集合，从而确定可行的负荷 转供路径，通过环路分类和转供约束条件去掉不可行的负荷转供路径，在此基础上对可行 的负荷转供方案进行目标函数约束计算，从而获得最优的负荷转供策略。
[0036] 1)确定负荷转供区域及路径
[0037] 地区电网中llOkV和lOkV等级电网都是闭环建设开环运行的，因此可实现负荷转 供，但lOkV属于配网范畴，运里不作考虑。将500kV厂站、220kV厂站及地区电厂母线作为等 效电源点，其他作为等效非电源点。负荷转供影响区域定位方法即为设备的关联节点为 起点，遍历到等效电源节点和直接相连的等效非电源点的所有路径集合。
[0038] 对于路径，起止电源节点相同的，不能实现等效电源之间的负荷转供，只能实现站 内负荷转供;起止电源节点不同时，可W实现等效电源之间的负荷转供，适用于等效电源点 及其联络设备发生故障的情况。对于等效非电源点及其联络设备发生故障的情况，则两种 情况都需要考虑。
[0039] 2)负荷转供目标函数
[0040] 负荷转供方案的优选是个多目标优化问题，目标为保证非故障影响区域安全正常 运行的情况下，尽可能地恢复对用户的供电，操作次数最小并且影响域内风险最低。运里不 考虑合环电流的影响和多支路合环问题，而将目标描述为:负荷切除量最小，开关动作次数 最少，风险最低。约束条件描述为：
[0041] ①拓扑结构约束：W0和1表示支路的运行状态，0表示停运，1表示运行。负荷转移 前环路只能有一个开环点，即一个支路的状态为0,若存在两个及W上支路状态为0,则此环 路不能通过改变开环点的位置实现负荷转供；
[0042] ②支路容量约束:故障影响域内所有支路潮流不越限，Ii《iNi，li为支路电流，iNi 为支路长期允许载流量；
[00创③母线电压约束:Vmini<Vi<Vmaxi，Vi为母线电压，Vmini、Vmax汾别为母线电压上下限；
[0044] ④负荷切除量约束:相应负荷点的切除量不能超过其负荷值；
[0045] ⑤开关动作次数约束:保证调整过程中开关的动作次数小于等于调度要求的上限 Tmax ；
[0046] ⑥负荷转移方向约束:等效电源点间的负荷转供方向要从故障设备关联节点到非 关联节点。
[0047] 不考虑发电机出力调整的风险控制目标函数如下：
[0053]式(6)表示①的约束，即第j个环路集Zj中状态为1的支路总数小于环路中的支路 总数jVz, sZ表示所有转供环路的集合;bi为支路i的编码状态，1表示支路在运行，0表示支路 停运;Κ表示所有转供环路集合的支路总数;N为总节点数，Να为总等效电源点数，根据①的 约束，保证转供路径是开环，职责必须保证Ν个节点构成Να个子连通图；依据连通图的概念， 任一一个具有η个节点的连通图，它的任一一个树的树枝数为η-1个，则对于Ν各节点构成的 影响域内运行状态为1的支路共有Ν-Να个。
[0054] 式(2)中，C为负荷转供控制代价指标，为经济性指标，负荷转供方案的选择依据就 是使得C最小;λl、λ2、λ3、λ4是相应项的罚函因子，分别为每项在目标函数中的权重，与每项对 目标函数贡献的重要性和网络结构有关
为负荷损失惩罚项，W抓NS为指标，Wi为第 i个负荷的重要性系数，与4.2节中的研究一致，Pii为第i个损失负荷值，t为损失负荷个数；
曼开关动作次数惩罚项，为开关动作次数总和，需要满月
为电压越限惩罚项，m为越限电压节点数
为支路越限惩罚项，η为潮流越限支路 数，S功第i个越限支路的有功，Smaxi为其支路容量最大值，由iNi得至Ij。通常情况下，针对风 险评估的后果，采取相应的负荷转供和负荷削减控制措施后，将风险都转化为负荷损失。
[0055] 负载率的大小与越限密不可分，负载率高的支路越容易发生越限，因此将越限惩 罚项转化为为负载率惩罚项，目标函数变为：
[0化6] (7)
[0化7] λ日为负载率的罚因子，λι+λ2+λ3+λ日=1
为设备负载率罚函数;η为负荷转供影 响域内设备个数;Fi为第i个设备的负载率。
[0058] 3)负荷转供方案优选流程
[0059] 基于风险分析的负荷转供方案优选的流程如图3所示，负荷转供方案的优选流程 描述如下：
[0060] 地调风险评估系统读入省调预想故障扫描结果，判断造成结构性失电时，采取可 行的站内负荷转移措施，一般通过备自投实现，包括进线的互投备投、主变低压开关备投、 母联的互投。如llOkV厂站双母线供电，发生母线失电，只需要将失电母线转移到另一条母 线即可，通过断开失电母线开关、闭合母联开关实现。当发生支路越限时，则需要采取站外 负荷转供。
[0061] 首先定负荷转供影响区域，并生成相应的故障集;确定好负荷转供目标区域后，用 基于环路捜索的方法枚举出所有的负荷转供路径集合，并对集合中所有的支路状态进行编 码;根据约束条件对负荷转供路径集合进行筛选，筛选出可行的负荷转供方案并排序，按顺 序对可行的负荷转供方案进行风险分析，包括支路越限、负荷损失等分析，得到风险评估结 果;针对每个可行的负荷转供方案，计算其控制代价值，并排序，选择控制代价最小的方案 为最优的负荷转供方案并实施。
[0062] S6、省调基于负荷转供后的网络进行风险评估
[0063] 由于地调负荷转供后的网络拓扑发生了变化，运将对整个电网局部甚至更大范围 的网络和潮流产生影响，所w省调需要基于变化后的网络再次进行全网风险评估，得出风 险评估的后果。若是还存在支路越限，则需要采取步骤S7消除越限，将越限风险转化为失电 风险;若不存在支路越限，此次风险评估的结果(包括地调负荷转供后的风险后果）即为最 终的省地一体化联合风险评估的结果。
[0064] S7、基于灵敏度的预想故障切负荷
[0065] 省调基于地调负荷转供后的网络再次进行风险评估，得出的结果若存在支路越 限，此时不需再采取负荷转供措施，因为步骤S5中的负荷转供已是最优，为了减少风险评估 计算用时，不再进行循环，而采取基于灵敏度的切负荷控制。
[0066] 灵敏度的含义为：当系统内节点η有功功率注入增加1个单位时，指定支路ij上的 有功潮流变化量。为了仿真调度员的切负荷策略，需计算每条越限支路与关联节点所属负 荷的灵敏度，并在灵敏度较高的负荷中切除部分负荷，直到该越限支路不再越限。省调风险 评估系统根据灵敏度算法计算出切除负荷对象、大小、顺序等，并生成指令下发给地调执 行。
[0067] S8、省地一体化风险评估结果输出与预警
[0068] 经过W上几个步骤，得出最终的省地一体化风险评估结果，即为地调负荷转供后 的风险结果和省调基于负荷转供后的网络进行风险评估的结果之和。比如失电负荷为负荷 转供后所失负荷加上步骤S6、S7所失负荷，并减去两者失电负荷重合的部分。计算风险指 标，并给出风险等级。
[0069] 省地一体化风险评估更重要还需要提供给调度员风险的变化情况并给出预警，W 便调度员掌握电网的运行状态。将变电站全停风险、失电风险和支路越限风险运Ξ个主要 风险指标的变化曲线和它们发生的概率分布图展示出来，并通过列表展示包括历史和实时 风险在内的风险事件的详细信息，详细信息通过列表展示，可W查看详细的故障事件、引起 故障的原因、故障的后果、故障发生的概率、备自投和切负荷装置的动作信息等。为了方便 调度员快递定位故障和重要风险，利用图形的方式，将电网存在的运行风险直观的展示出 来，根据风险等级的不同，用不同的颜色在系统图上标记出来，并可显示风险的详细信息。 对高概率、高风险等级、持续时间长的预想故障进行告警，为调度员提供事前预警。
[0070] 通过运样的方法，可实现电网隐患实时排查，消除人为判断盲点，便于调度员快速 定位对电网运行风险影响较大的预想故障模式，并准确全面的掌握全网的实际运行状况， 确定电网的薄弱环节，分析风险原因，为建立全网运行安全风险管控体系提供了技术支撑。
[0071] 地级电网具有闭环建设、开环运行的特点，通过改变开环点的位置，可实现地级电 网的负荷转供。负荷转供仅仅改变了负荷的位置，并不会改变整个系统的总负荷值，但是可 W将负荷从运行风险较高的地区转移到运行风险较低的地区。当风险分析结果出现支路潮 流越限或者失电时，可采取负荷转供，从而降低整个电网的运行风险。
[0072] 省级主网设备风险常常传递给地区电网，而地级电网的设备故障也会影响到主 网。因此需要研究省级和地级电网间的故障交互影响，在省地一体化的风险评估过程中，通 过潜在风险传递模式的自动生成和快速筛选，找到省网对地区电网影响大的风险因素，将 决定省地一体化联合评估的有效性，进而决定地区电网风险评估结果的全面性。
[0073] 除上述实施例外，本发明还可W有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种省地一体化联合风险评估方法，其特征是:包括以下步骤： (1) 读入省地一体化模型、量测等信息：省调风险评估系统和地调风险评估系统分别读 入省地一体化的模型、量测和气象数据，保证风险计算基础数据的一致性； (2) 自动生成预想故障集:基于拓扑分区和故障影响域的研究，自动生成一个可以覆盖 主要危险点的故障集，以保证风险评估结果的实用性； (3) 省调对全网进行预想故障扫描：省调风险评估系统读入上述（2)生成的预想故障 集，对全网进行预想故障扫描，得出预想故障分析结果并下发给地调风险评估系统，此预想 故障扫描不考虑地调的负荷转供和负荷削减措施； (4) 地调负荷转供方案优选:地调根据预想故障分析的结果，针对存在风险的预想故 障，依据事先设定好的负荷转供约束条件筛选出可行的负荷转供方案，并选择目标函数最 小的方案作为最优方案并实施，地调风险评估系统将负荷转供后的风险结果上传回省调； (5) 省调基于负荷转供后的网络进行风险评估：由于地调负荷转供后的网络拓扑发生 了变化，省调需要基于变化后的网络再次进行全网风险评估，得出风险评估的后果，若是还 存在支路越限，则需要采取步骤(6)消除越限，将越限风险转化为失电风险； (6) 基于灵敏度的预想故障切负荷:针对步骤(5)风险评估的结果，采取消除越限的负 荷削减措施，基于灵敏度算法，选择对越限支路灵敏度较高的负荷中切除部分负荷，直到该 越限支路不再越限，负荷削减操作指令由省调下发地调执行； (7) 省地一体化风险评估结果输出与预警：结合地调负荷转供后的风险后果和步骤 (5)、步骤(6)的风险评估后果，得到最终的省地一体化风险评估结果，计算风险指标和评定 风险等级并输出，对高概率、高风险等级的预想故障进行告警，为调度员提供事前预警。
【文档编号】G06Q50/06GK106067081SQ201610347349
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月24日 公开号201610347349.1, CN 106067081 A, CN 106067081A, CN 201610347349, CN-A-106067081, CN106067081 A, CN106067081A, CN201610347349, CN201610347349.1
【发明人】陈庆, 苏大威, 徐春雷, 张琦兵, 赵家庆
【申请人】国家电网公司, 国网江苏省电力公司