湯智帥 李小敏

摘要：針對電網(wǎng)調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)通過風(fēng)險(xiǎn)理論的引入，完成了一種調(diào)控操作量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的構(gòu)建，為有效縮小風(fēng)險(xiǎn)分析范圍，以關(guān)鍵影響設(shè)備搜索技術(shù)作為調(diào)控操作對象采用局部潮流量化分析實(shí)現(xiàn)敏感節(jié)點(diǎn)及支路的快速定位，調(diào)控操作事故集以局部拓?fù)湎嚓P(guān)性分析為依據(jù)進(jìn)行篩選，主要針對關(guān)鍵設(shè)備完成與相關(guān)調(diào)控操作的事故集的篩選以確保事故集范圍的可控，從而使計(jì)算效率得以有效提升，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化通過該指標(biāo)體系得以有效體現(xiàn)，反映了電網(wǎng)受到調(diào)控操作帶來的影響。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)控操作;風(fēng)險(xiǎn)評估;風(fēng)險(xiǎn)差分運(yùn)算;指標(biāo)體系量化

中圖分類號：TM732文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0136-04

作為在國民經(jīng)濟(jì)中起到重要支撐作用的能源類部門，電力行業(yè)在陜速發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)承擔(dān)著將基礎(chǔ)能源支持提供給日常生產(chǎn)生活的作用，國民經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展離不開具有較高發(fā)展及服務(wù)水平的電力行業(yè)的支撐，對電力行業(yè)的高度重視程度隨之不斷提高，面對不斷增加的電力需求及電力系統(tǒng)規(guī)模，為滿足電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展需求，大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)可視化、智能化等技術(shù)被不斷引入，促使了電網(wǎng)運(yùn)行模式的不斷變革，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定帶來了新的挑戰(zhàn)，為電力調(diào)度系統(tǒng)提出了更高的要求，本文通過對調(diào)控操作前后風(fēng)險(xiǎn)差異進(jìn)行綜合考慮完成了基于風(fēng)險(xiǎn)差分運(yùn)算的量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的構(gòu)建。

1需求分析

在電力市場深入改革的大背景下，規(guī)模不斷擴(kuò)大的電力系統(tǒng)使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了新的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在多區(qū)域互聯(lián)的交直流混合運(yùn)行、送電距離及容量增加、引入新能源等，易使傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行模式臨近安全極限，并且日益增多的操作增加了由誤操作引發(fā)的事故的發(fā)生概率，受到工作人員專業(yè)操作能力及缺少高精度工具的限制使調(diào)度決策大多只能依靠以往的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)階段普遍采用的SCADA/EMS系統(tǒng)仍然以儀表式堆砌的原始數(shù)據(jù)為主，面對電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的增加傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)積累的大數(shù)據(jù)分析方法已經(jīng)難以滿足需求，尤其是在發(fā)生緊急事故的情況下極易錯(cuò)過事故處理的最佳時(shí)機(jī)或者選用了不適用于本次事故的操作方式，降低了調(diào)控操作效果并增加了事故發(fā)生概率。通過量化分析調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)已成為提供調(diào)控操作的重要依據(jù)，針對電網(wǎng)調(diào)控操作的風(fēng)險(xiǎn)評估研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，主要根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估理論以電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)問題掌握研究對象，通過相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)的建立實(shí)現(xiàn)對事故引發(fā)后果的多方面量化（包括安全性、經(jīng)濟(jì)性、電網(wǎng)質(zhì)量等），最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評估模型的建立，以便據(jù)此提出解決措施，其中的準(zhǔn)確評估電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)起到重要作用，但目前大多存在模型通用性低、評估效率及精度低等不足。為此本文提出一種快速評估電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)的方法，位確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

2調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1風(fēng)險(xiǎn)評估步驟

針對目標(biāo)分析系統(tǒng)對其風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評估是風(fēng)險(xiǎn)理論的關(guān)鍵所在，當(dāng)存在具有概率分布特性且影響了該系統(tǒng)存在狀態(tài)的某外在因素的情況下，若系統(tǒng)的發(fā)展軌跡存在若干條（同樣滿足一定概率分布）則存在不確定性風(fēng)險(xiǎn);若僅一條發(fā)展軌跡則該系統(tǒng)無任何不明確風(fēng)險(xiǎn)（即具有明確的影響因素）。本文設(shè)計(jì)的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估主要步驟為：先完成系統(tǒng)元件概率模型的建立，對于存在大量元件（包括變壓器、電源、輸配電線路等）的電力系統(tǒng)，各類元件均對應(yīng)一個(gè)可基于馬爾可夫模型進(jìn)行模擬的計(jì)算模型（側(cè)重點(diǎn)不同）;然后完成系統(tǒng)狀態(tài)的選擇及對應(yīng)概率的計(jì)算，具體可選用蒙特卡羅模擬或狀態(tài)枚舉兩種選擇方法，可獲取較為準(zhǔn)確運(yùn)行結(jié)果的蒙特卡羅仿真法的計(jì)算大耗時(shí)長，本文主要使用了枚舉法;預(yù)掃描故障，采用此種方法可使所需分析的故障狀態(tài)數(shù)量及計(jì)算時(shí)間得以有效降低;接下來以實(shí)際研究對象為依據(jù)對系統(tǒng)故障狀態(tài)后果進(jìn)行評估（即故障損失評估），主要包括最優(yōu)潮流、功率平衡、電壓控制、系統(tǒng)連通與識別等;最后完成風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算，以上述計(jì)算結(jié)果為依據(jù)完成全局分析過程，所形成的風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)可對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反映，計(jì)算指標(biāo)值收到實(shí)際側(cè)重點(diǎn)的直接影響，對電網(wǎng)系統(tǒng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)通過多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的使用實(shí)現(xiàn)全面評估效果。

2.2指標(biāo)體系的構(gòu)建

現(xiàn)有的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)大多面向某一運(yùn)行狀態(tài)，本文所設(shè)計(jì)的調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)評估則以電網(wǎng)運(yùn)行受到調(diào)度操作的影響情況作為主要考慮對象，在分析調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)需分別對操作前后的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分考慮，在定義電網(wǎng)調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)時(shí)具體由風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)在操作前后的變化量表示，該調(diào)控操作的量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系基于風(fēng)險(xiǎn)差分運(yùn)算，并對指數(shù)型包括工作人員專業(yè)能力、操作任務(wù)強(qiáng)度、時(shí)間段等在內(nèi)的操作實(shí)時(shí)綜合因子進(jìn)行考慮，不再受限于某一特定運(yùn)行狀態(tài)，體現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化，使調(diào)控操作對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響得以量化體現(xiàn)，假設(shè)，操作前風(fēng)險(xiǎn)由R_m表示、操作后風(fēng)險(xiǎn)由R_n表示，操作前后的事故后果由I_b和I_a表示，系統(tǒng)狀態(tài)集合由E（C₀UC₁U{正常狀態(tài)}）表示，篩選出的事故集由C₀表示，其他類型事故集由C₁表示，C₀∩C₁非空集，系統(tǒng)正常狀態(tài)下及相應(yīng)操作引起的后果分別由I_b，n和I_a，n表示，各事故發(fā)生概率由P表示，在C₀/C₁斷開x線路的后果由I_b，x（x∈C₀/C₁）表示，將x線路和待操作目標(biāo)線路在C₀/C₁中同時(shí)斷開的后果由I_a，x表示，具體計(jì)算方法如下。

假設(shè)，操作前工作人員的工作時(shí)長由入表示，操作任務(wù)強(qiáng)度由S表示，同類調(diào)度令由S_av表示平均操作步數(shù)，單項(xiàng)令在操作票中的純粹步驟數(shù)由S₁表示、綜合令分解后的步驟數(shù)由S₂表示、逐項(xiàng)分解后的步驟數(shù)由S₃表示，本次操作時(shí)間段取值由t表示（0、0.5、1，分別對應(yīng)6：00-18：59、19：00-23：59、00：00-05：59），人員心理狀況由e_m表示，人員風(fēng)險(xiǎn)綜合因子K_pe表達(dá)式如下。

電氣距離在待操作目標(biāo)線路同C₁的事故集對應(yīng)線

在對完備事故集進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上完成算法計(jì)算公式的推導(dǎo)以確保風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算的精確度，以篩選出的重要事故集為依據(jù)滿足風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)時(shí)性要求，構(gòu)建的指標(biāo)體系包括系統(tǒng)潮流過載、節(jié)點(diǎn)電壓越限等，假設(shè)，i線路的實(shí)際功率和額定功率分別由S_ci、S_N，i表示，j節(jié)點(diǎn)的電壓由U_cj表示，j允許電壓的極值由U_int，j和U_sup，j表示，當(dāng)事故集發(fā)生c故障時(shí)，K_s，ci表示i線路的潮流過載系數(shù)、K_V，cj表示j節(jié)點(diǎn)的電壓越限系數(shù)，具體表達(dá)式如下。

I_S，ci表示線路過載狀態(tài)，I_V，cj表示節(jié)點(diǎn)電壓越限狀態(tài)，具體表達(dá)式如下。

P_c表示事故c發(fā)生的概率，R_S，ci和R_V，cj分別表示i線路的過載風(fēng)險(xiǎn)和j節(jié)點(diǎn)電壓越限對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評估值，具體表達(dá)式如下。

C₀包含的事故數(shù)量由n_c表示，風(fēng)險(xiǎn)評估值R_S，i和R_V，j的表達(dá)式如下。

通過對各節(jié)點(diǎn)電壓越限及各線路潮流過載風(fēng)險(xiǎn)的排序?qū)崿F(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)最大線路和節(jié)點(diǎn)的獲取，據(jù)此執(zhí)行有效的風(fēng)險(xiǎn)控制方案，系統(tǒng)線路數(shù)量由n₁表示，節(jié)點(diǎn)數(shù)量由n_b表示，事故c引起的R_S，c和R_V，c（j節(jié)點(diǎn)）表達(dá)式如下。

排序處理各事故的節(jié)點(diǎn)電壓越限風(fēng)險(xiǎn)及潮流過載實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)最大事故的獲取，據(jù)此及時(shí)采取有效的風(fēng)險(xiǎn)控制方法，具體表達(dá)式如下。

通過上述分析判斷系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)范圍的可接受性，據(jù)此判斷是否執(zhí)行該操作。

3調(diào)控操作的實(shí)例分析

為滿足實(shí)際評估調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)對實(shí)時(shí)性的需求，根據(jù)電力系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)理論的應(yīng)用情況，建立風(fēng)險(xiǎn)評估方法，以便將風(fēng)險(xiǎn)水平信息準(zhǔn)確高效的提供給操作人員，本文所構(gòu)建的評估體系采用的算法以電網(wǎng)受到調(diào)控操作的影響情況為依據(jù)，先通過風(fēng)險(xiǎn)評估所需事故集的篩選實(shí)現(xiàn)事故集范圍的顯著縮小及計(jì)算效率的有效提高，針對事故集篩選法以IEEE-118節(jié)點(diǎn)為依據(jù)完成分析研究過程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的事故集C₀的生成（根據(jù)電網(wǎng)潮流在調(diào)控操作前后的變化），風(fēng)險(xiǎn)評估的兩種主要方法如下。

3.1關(guān)鍵影響設(shè)備搜索法

該方法基于局部潮流量化分析，需先完成實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和操作指令的獲取以及操作前后潮流的對比分析，在此基礎(chǔ)上完成調(diào)控操作關(guān)鍵影響設(shè)備的搜索，假設(shè)，操作前后的變化由△S表示，S_N和δ_s分別表示線路額定值和閾值，在此過程調(diào)控操作主要影響線路需根據(jù)操作前后的變化量△S、S_N、δ_S間的關(guān)系進(jìn)行判別，表達(dá)式如下。

△V表示操作前后電壓的變化量，δ_V表示閾值，判斷調(diào)控操作主要影響節(jié)點(diǎn)的依據(jù)如下。

|△V|>δ_v

以IEEE-118節(jié)點(diǎn)為例，兩個(gè)方案分別以8-5、30-17作為操作線路，風(fēng)險(xiǎn)評估參數(shù)分δ_s為0.2、δ_v為2x10^-2p.u.，操作時(shí)間均為20：00，包含一個(gè)單項(xiàng)令和一個(gè)可分解成6個(gè)單項(xiàng)令的綜合令，t取0.5，λ為2h，所以S=5.8，S_av=5，e_m=0.8，計(jì)算結(jié)果表明8-5線路的關(guān)鍵線路為7-12、5-6、30-17、12-17、8-30;30-17的關(guān)鍵線路為12-14、7-12、16-12、16-19、30-20。節(jié)點(diǎn)16的AV均屬于越限的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（取值為1.96×10^-2p.u.、2.02×10^-2-2p.u.），兩個(gè)操作方案中線路7-12、12-17均為越限關(guān)鍵線路，通實(shí)際相符，需重點(diǎn)關(guān)注。

3.2重要事故集篩選法

該方法基于局部拓?fù)湎嚓P(guān)性分析和表現(xiàn)出搜索同搜索中心緊密關(guān)聯(lián)元件優(yōu)勢的廣度優(yōu)先搜索，基于寬度優(yōu)先搜索的單源最短路徑和最小生成樹算法能夠?qū)θ抗?jié)點(diǎn)展開全面搜索，以IEEE-118節(jié)點(diǎn)為例，在獲取8-5線路的關(guān)鍵線路和節(jié)點(diǎn)（采用深度優(yōu)先搜索方法）的基礎(chǔ)上通過廣度搜索獲取相應(yīng)的事故集，并可知搜索深度為1，為進(jìn)一步證明本文方法的有效性，設(shè)δ_s為0.3、δ_v為2×10^-2p.u.，據(jù)此完成時(shí)間分布情況的計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)誤差的獲取，計(jì)算誤差同事故數(shù)量N成反比，事故集C₀可有效滿足評估的精度要求。針對8-5線路分析其在N=1時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)鍵斷面的事故線路導(dǎo)致了ARv的產(chǎn)生，線路8-30的AR_s占總體的99.7%，

13、16兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的△R_v占總體的66.89%，為降低實(shí)際電壓通過斷開操作實(shí)現(xiàn)潮流經(jīng)節(jié)點(diǎn)13、16的轉(zhuǎn)移;為平衡防控效果和調(diào)控手段，操作8-5線路可采取的調(diào)節(jié)手段包括：在降低10號發(fā)電機(jī)出力的同時(shí)增加1、4、6、12號發(fā)電機(jī)出力，啟用備用線路，無功功率補(bǔ)償相關(guān)節(jié)點(diǎn)（補(bǔ)償度為90%）。

4結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行過程異常狀態(tài)的及時(shí)定位與檢修需評估電網(wǎng)調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)，以便最大程度的降低損失，為此文章針對電網(wǎng)調(diào)控操作風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)了一種快速評估體系，在考慮實(shí)時(shí)綜合因子的基礎(chǔ)上采用風(fēng)險(xiǎn)差分算法實(shí)現(xiàn)了根據(jù)操作前后風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的變化量快速分析風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的功能，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系只面向某一特定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的不足，體現(xiàn)了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)變化過程，并以案例證明文章中評估體系的有效陸，將電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)受到目標(biāo)操作指令的影響情況以量化指標(biāo)的方式提供給調(diào)控操作人員，為目標(biāo)操作影響運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)判斷和針對性措施的制定提供支撐，在降低操作風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高電網(wǎng)調(diào)度決策工作的質(zhì)量和效率。