CN102737287A - 一种地区电网在线供电风险评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地区电网在线风险评估系统，其包括显示单元、依次连接的电网运行风险监视单元、重要用户监视单元、故障风险分析单元、检修风险分析单元和风险定级单元；所述电网运行风险监视单元、所述重要用户监视单元、所述故障风险分析单元、所述检修风险分析单元和所述风险定级单元分别与所述显示单元连接。本发明提供的地区电网在线供电风险评估系统，对风险指标的计算综合考虑系统当前状态的概率、故障的可能性概率以及故障严重程度，能够帮助调度员分析、发现系统潜在的风险。

Description

一种地区电网在线供电风险评估系统

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种地区电网在线风险评估系统。 

背景技术

EMS中的安全分析模块长期以来采用的是二十世纪六十年代提出的确定性分析框架，但其并不能计及电力系统的各种随机性扰动，不能完整描述故障的不确定性。传统的电力系统可靠性分析采用了概率评估方法研究了电力系统的不确定性，但其主要应用领域是电力系统的长期规划，主要应用于离线分析，不能用来对电力系统运行状况的实时判断，而运行风险评估的目的是利用当前电网的运行和设备信息预测未来一段时间(几分钟到几个小时)的系统运行风险并给出预防控制策略。因此，开展电力系统实时在线的运行风险概率评估模型及算法研究，对于充分利用系统的输电能力而又保持合适的安全裕度非常重要。 

在调度部门应用运行风险评估技术的主要目的，是为了让运行调度人员明确每个决策可能承担的风险，并在风险和收益之间进行抉择。其研究目的有两个：一是定量评估电力系统运行中的不确定性因素，计算运行风险指标，这是认识过程；二是研究在运行调度中如何应对风险，进行合理决策，例如基于风险的最优潮流、检修计划和网络重构等，这是改造过程。因此，进行面向调度运行部门的运行风险评估非常必要。 

目前世界各国对电力系统运行风险评估已进行了大量研究，但其方法大多适用于大型输电网或离线电网规划研究。地区电网属于高压配电网，通常是环网结构，开环运行，即其馈线具有辐射状的特点，故障后很可能会引起网络解列、失负荷，因此，开展适合地调特色的在线运行风险概率评估模型及其算法 研究，使其成为调度员进行安全决策分析的辅助工具，对于充分利用系统的输电能力而又保持合适的安全裕度非常重要。 

现有的开展适合地调特色的在线运行风险概率评估模型及其算法的缺点包括：1)确定性分析方法(如静态安全分析)不能计及电力系统的各种随机性扰动，不能完整描述故障的不确定性。2)室外元件的故障率或停运率未考虑天气、时间等因素。3)目前对电力系统运行风险评估已进行了大量研究，但其方法大多适用于大型输电网或离线电网规划研究。 

将运行风险评估功能应用于实际系统中需要研究以下问题：建立能够反映电力系统实时运行条件的元件时变可靠性模型、构建能够详细表征实时可靠性水平的运行风险指标体系、提高算法的精确度、快速获取实时状态数据、提高计算的实时性与计算量的协调性等。在现有研究成果的基础上，本文结合地区电网在线调度需求及风险评估的自身特点，具体研究内容如下： 

1)考虑地区电网在线供电风险评估的特点，研究地区电网在线风险评估的内容，实时数据的网络建模方法，使运行风险概率评估结果更能反映系统的实际运行情况，满足实际运行需求。 

2)考虑电力系统实时运行过程中各种因素的影响，研究外部环境对室外元件停运率的影响，建立室外元件的故障可能性模型。 

3)为满足在线计算软件对计算速度要求，同时预想故障集又能涵盖发生频率较高且易造成供电风险的故障，进行预想故障集选取和故障分析的优化算法研究。 

4)基于效用理论的电力系统故障严重程度评估模型的研究。基于效用理论建立符合电力系统实际情况的故障严重程度评估模型，通过故障严重程度的效用函数应能够体现系统运行人员对故障后果的心理承受能力。 

5)对电力系统运行中的不确定性因素进行定量评估，针对特定的风险指标对电网运行进行评估，并根据风险指标值的大小进行风险等级的划分。地区电网在线供电风险分析的指标计算主要针对稳态问题进行，计算内容包括过负荷风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标等，结合上述电力系统元件的故障可能模型、基于效用理论的电力系统故障严重程度评估模型，确定各种风险指标的计算方法。 

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种地区电网在线风险评估系统，针对地区电网调度运行辅助分析需求进行研发，基于网络拓扑及实时数据进行相关的分析判断，识别并监视电网具有潜在供电风险的特殊运行方式，结合在线静态安全分析的结果，形成风险评估的预想故障集，基于此进行系统各种风险指标的计算，对风险指标的计算综合考虑系统当前状态的概率、故障的可能性概率以及故障严重程度，帮助调度员分析、发现系统潜在的风险。 

为实现上述目的，本发明提供一种地区电网在线风险评估系统，基于D5000系统对电网风险进行分析，其包括显示单元；其改进之处在于，所述评估系统包括：依次连接的电网运行风险监视单元、重要用户监视单元、故障风险分析单元、检修风险分析单元和风险定级单元；所述电网运行风险监视单元、所述重要用户监视单元、所述故障风险分析单元、所述检修风险分析单元和所述风险定级单元分别与所述显示单元连接。 

本发明提供的优选技术方案中，所述电网运行风险监视单元包括相互连接的拓扑分析模块和运行风险监视模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行分析，并将分析结果传输到所述运行风险监视模块；所述运行风险监视模块根据得到的信息，识别电网中具有潜在供电风险的特殊运行方式，进行电网运 行风险实时监视，并将监视结果传输到所述显示单元进行显示。 

本发明提供的第二优选技术方案中，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括：实时数据/历史数据/未来数据、预定义的特殊运行方式、和配置的监视参数。 

本发明提供的第三优选技术方案中，监视参数包括监视范围和启动方式；所述监视范围根据区域、电压等级和监视类型进行划分；启动方式包括：事件启动、人工启动和周期启动。 

本发明提供的第四优选技术方案中，所述特殊运行方式，包括单线单变、单电源变电站、串供和母线分裂运行。 

本发明提供的第五优选技术方案中，所述监视结果包括：特殊运行方式列表及告警、特殊运行方式的查询及统计信息。 

本发明提供的第六优选技术方案中，特殊运行方式列表包括实时运行的特殊运行方式；查询信息是电网运行风险监视的历史计算结果；历史计算结果按时间、厂站和区域分类查找特殊运行方式；统计信息包括计算时间、计算次数和各个特殊运行方式的出现次数。 

本发明提供的第七优选技术方案中，所述重要用户监视单元将接收到的设备信息进行潮流计算，判断设备负荷变化情况，对超过安全阀值的超负荷设备进行实时监视，并将实时监控信息传输到所述显示单元；安全阈值是设备负载的额定值。 

本发明提供的第八优选技术方案中，所述重要用户监视单元接收的设备信息包括：实时数据、重要用户信息、和配置监视范围及相关参数。 

本发明提供的第九优选技术方案中，重要用户信息包括重要用户名称、限值及其对应线路、变压器的信息；配置的参数为重要负荷告警阈值，当负载率达到重要负荷告警阈值时，将向所述显示单元提供告警信息。 

本发明提供的第十优选技术方案中，所述实时监控信息，包括实时运行情况列表、超负荷风险、和重要用户负荷变动监视、报警与统计信息。 

本发明提供的较优选技术方案中，所述故障风险分析单元，包括依次连接的拓扑分析模块、潮流计算模块和风险指示计算模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行拓扑分析，将拓扑分析的结果传递到所述潮流计算模块；所述潮流计算模块对拓扑分析的结果进行潮流计算；所述风险指示计算模块接收潮流计算的结果信息并对其进行风险指标计算，并将计算出的风险指标结果传输到所述显示单元。 

本发明提供的第二较优选技术方案中，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括：实时数据、预定义的故障集、设置的潮流计算参数和风险类型。 

本发明提供的第三较优选技术方案中，所述风险类型包括：过载风险、低电压风险和失负荷风险。 

本发明提供的第四较优选技术方案中，所述风险指标结果包括：过载风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标和系统风险指标。 

本发明提供的第五较优选技术方案中，预定义的故障集包括：单、多重故障和条件故障；潮流计算参数包括：最大迭代次数、有功收敛精度、无功收敛精度和平衡机。 

本发明提供的第六较优选技术方案中，所述检修风险分析单元设置有运行风险监视模块，所述检修风险分析单元将接收到的设备信息传输到所述运行风险监视模块进行电网运行风险模拟，评估系统特殊运行方式的变化，并给出风险提示；所述检修风险分析单元将特殊运行方式列表及提示信息传输至所述显示单元。 

本发明提供的第七较优选技术方案中，所述风险定级单元，根据人工定义 风险等级，为各级风险提示提供依据。 

本发明提供的第八较优选技术方案中，所述人工定义风险等级，按照严重程度由轻到重的排序为：安全等级、警戒等级和过标等级。 

本发明提供的第九较优选技术方案中，安全等级：系统无风险，可安全运行状态；警戒等级：系统处于安全运行状态，但风险指标已达到安全运行的上限；过标等级：系统风险指标已大于系统安全运行的上限。 

本发明提供的第十较优选技术方案中，所述显示单元为液晶显示屏。 

本发明提供的再优选技术方案中，所述液晶显示屏的分辨率为1920×1080、屏幕色彩为1600万色。 

与现有技术比，本发明提供的一种地区电网在线风险评估系统，属于调度自动化系统的智能分析与辅助决策应用；供电风险分析根据状态估计提供的电网模型及量测数据研究当前电力系统可能出现的运行状态，对具有供电风险的特殊运行方式和电网中的重要负荷进行实时监视，根据设定的预想故障集，结合设备的故障率和故障的严重程度进行故障风险分析，给出具体的低电压风险指标和过负荷风险指标，由其权重算出系统的整体风险指标，该功能可以为调度相关人员进行操作、故障处理等提供必要的提醒和辅助依据。 

附图说明

图1为地区电网在线供电风险评估系统的示意图。 

图2为电网运行风险监视单元的示意图。 

图3为重要用户监视单元的示意图。 

图4为故障风险分析单元的示意图。 

图5为检修风险分析单元的示意图。 

具体实施方式

地区电网在线风险评估的特点： 

在调度部门应用运行风险评估的主要目的，是为了让运行调度人员明确每个决策可能承担的风险，并在风险和收益之间进行抉择。为此通过建立表征系统风险的指标，定量辨识失效事件发生的可能性及其后果的严重程度。地区电网属于发输电系统，其风险评估包括四个主要方面：确定元件失效模型和负荷模型，选择系统状态，识别并评估系统问题，以及进行风险指标计算。与大电网和离线方式相比，地区电网的在线风险评估具有如下特点： 

1)状态选取：面向规划部门的离线运行风险评估采用状态枚举或蒙特卡洛模拟方法选择系统状态，并计算其出现的概率，在线风险评估是基于地区智能电网调度技术支持系统，充分利用实时遥信遥测数据获取实时网络状态，为已发生的必然事件，故获取当前系统状态的概率为1。 

2)在网络建模时不宜照搬传统可靠性的“支路-母线模型”方法。该方法在规划设计部门作为近似分析时是可行的，若应用于调度部门则会与实际情况有较大差距。故在线分析在网络物理模型(也称结点模型)的基础上，利用网络结线分析获得网络计算模型(也成母线模型)，网络计算模型将随开关状态而变化，可满足获取实时系统状态的要求。 

3)地区电网直接面向各类电力用户，它们具有不同的停电损失影响，对供电水平的要求有明显区别，停电风险水平也显著不同。因此在风险评估中要考虑不同类型电力用户带来的影响。 

地区电网在线供电风险分析功能 

供电风险评估系统属于调度自动化系统的智能分析与辅助决策应用。供电风险分析根据状态估计提供的电网模型及量测数据研究当前电力系统可能出现 的运行状态，对具有供电风险的特殊运行方式和电网中的重要负荷进行实时监视，根据设定的预想故障集，结合设备的故障率和故障的严重程度进行故障风险分析，给出具体的低电压风险指标和过负荷风险指标，由其权重算出系统的整体风险指标，该功能可以为调度相关人员进行操作、故障处理等提供必要的提醒和辅助依据。 

供电风险评估系统的结构示意图如图错误！未找到引用源。所示。它主要包括了电网运行风险监视、重要用户监视、事故风险分析、检修风险分析风险定级功能。 

基本功能 

供电风险评估系统属于调度自动化系统的智能分析与辅助决策应用。供电风险分析根据状态估计提供的电网模型及量测数据研究当前电力系统可能出现的运行状态，对具有供电风险的特殊运行方式和电网中的重要负荷进行实时监视，根据设定的预想故障集，结合设备的故障率和故障的严重程度进行故障风险分析，给出具体的低电压风险指标和过负荷风险指标，由其权重算出系统的整体风险指标，该功能可以为调度相关人员进行操作、故障处理等提供必要的提醒和辅助依据。 

供电风险评估系统属于调度自动化系统的智能分析与辅助决策应用。供电风险分析根据状态估计提供的电网模型及量测数据研究当前电力系统可能出现的运行状态，对具有供电风险的特殊运行方式和电网中的重要负荷进行实时监视，根据设定的预想故障集，结合设备的故障率和故障的严重程度进行故障风险分析，给出具体的低电压风险指标和过负荷风险指标，由其权重算出系统的整体风险指标，该功能可以为调度相关人员进行操作、故障处理等提供必要的提醒和辅助依据。 

供电风险评估系统的结构示意图如图1所示。它主要包括了电网运行风险监视单元、重要用户监视单元、事故风险分析单元、检修风险分析风险定级单元。 

电网运行风险监视单元 

电网运行风险监视单元的功能主要是根据电网物理接线方式，结合断路器、刀闸的实时状态，识别电网具有潜在供电风险的特殊运行方式，如单电源变电站、单变单线、串供、母线分裂运行和多级馈线等，自动分析检查存在供电风险的厂站和设备，进行电网运行风险实时监视，并提供对监视结果的多种查询方式。结构示意图如图2所示： 

电网运行风险监视子功能的计算模型及数据如下： 

实时运行断面数据：从状态估计读取当前电网模型、从SCADA读取实时的遥信遥测数据，可用于分析统计当前电网的特殊运行方式，也可作为模拟设置的基础断面。 

历史运行断面数据：从保存的历史数据CASE中获取电网历史运行断面数据，作为分析断面。 

未来方式断面数据：读取检修计划数据，在当前实时数据断面的基础上根据检修计划、负荷预测数据设置生成未来方式数据断面，用于分析检修计划可能造成的特殊运行方式。 

重要用户监视单元 

重要用户监单元视根据预定义的范围实时监视重要(高危)用户、保电用户、大用户的负荷变化情况，对超过安全阀值的超负荷设备进行实时监视，向调度员提供提示信息，结构示意图如图3所示： 

事故风险分析 

预先设定事故分析中需监视的风险类型，随着事故处理的变化，根据风险指标实时分析风险变化情况，并给出风险提示。可计算的风险类型有母线低电压、设备过载及失负荷，结构示意图如图4所示： 

检修风险分析单元 

根据检修计划对实施后可能出现的电网运行风险进行模拟，分析检修计划实施后系统特殊运行方式的变化，并给出风险提示，结构示意图如图5所示： 

风险定级单元 

可预先人工定义风险等级，可分为三个等级，按照严重程度由轻到重的排序为：安全等级、警戒等级、过标等级；为各级风险提示提供依据。 

需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。 

Claims (22)

1.一种地区电网在线风险评估系统，基于D5000系统对电网风险进行分析，其包括显示单元；其特征在于，所述评估系统包括：依次连接的电网运行风险监视单元、重要用户监视单元、故障风险分析单元、检修风险分析单元和风险定级单元；所述电网运行风险监视单元、所述重要用户监视单元、所述故障风险分析单元、所述检修风险分析单元和所述风险定级单元分别与所述显示单元连接。

2.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述电网运行风险监视单元包括相互连接的拓扑分析模块和运行风险监视模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行分析，并将分析结果传输到所述运行风险监视模块；所述运行风险监视模块根据得到的信息，识别电网中具有潜在供电风险的特殊运行方式，进行电网运行风险实时监视，并将监视结果传输到所述显示单元进行显不。

3.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括：实时数据/历史数据/未来数据、预定义的特殊运行方式、和配置的监视参数。

4.根据权利要求3所述的评估系统，其特征在于，监视参数包括监视范围和启动方式；所述监视范围根据区域、电压等级和监视类型进行划分；启动方式包括：事件启动、人工启动和周期启动。

5.根据权利要求2所述的评估系统，其特征在于，所述特殊运行方式，包括单线单变、单电源变电站、串供和母线分裂运行。

6.根据权利要求2所述的评估系统，其特征在于，所述监视结果包括：特殊运行方式列表及告警、特殊运行方式的查询及统计信息。

7.根据权利要求6所述的评估系统，其特征在于，特殊运行方式列表包括实时运行的特殊运行方式；查询信息是电网运行风险监视的历史计算结果；历史计算结果按时间、厂站和区域分类查找特殊运行方式；统计信息包括计算时间、计算次数和各个特殊运行方式的出现次数。

8.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述重要用户监视单元将接收到的设备信息进行潮流计算，判断设备负荷变化情况，对超过安全阀值的超负荷设备进行实时监视，并将实时监控信息传输到所述显示单元；安全阈值是设备负载的额定值。

9.根据权利要求8所述的评估系统，其特征在于，所述重要用户监视单元接收的设备信息包括：实时数据、重要用户信息、和配置监视范围及相关参数。

10.根据权利要求9所述的评估系统，其特征在于，重要用户信息包括重要用户名称、限值及其对应线路、变压器的信息；配置的参数为重要负荷告警阈值，当负载率达到重要负荷告警阈值时，将向所述显示单元提供告警信息。

11.根据权利要求8所述的评估系统，其特征在于，所述实时监控信息，包括实时运行情况列表、超负荷风险、和重要用户负荷变动监视、报警与统计信息。

12.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述故障风险分析单元，包括依次连接的拓扑分析模块、潮流计算模块和风险指示计算模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行拓扑分析，将拓扑分析的结果传递到所述潮流计算模块；所述潮流计算模块对拓扑分析的结果进行潮流计算；所述风险指示计算模块接收潮流计算的结果信息并对其进行风险指标计算，并将计算出的风险指标结果传输到所述显示单元。

13.根据权利要求12所述的评估系统，其特征在于，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括：实时数据、预定义的故障集、设置的潮流计算参数和风险类型。

14.根据权利要求13所述的评估系统，其特征在于，所述风险类型包括：过载风险、低电压风险和失负荷风险。

15.根据权利要求12所述的评估系统，其特征在于，所述风险指标结果包括：过载风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标和系统风险指标。

16.根据权利要求13所述的评估系统，其特征在于，预定义的故障集包括：单、多重故障和条件故障；潮流计算参数包括：最大迭代次数、有功收敛精度、无功收敛精度和平衡机。

17.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述检修风险分析单元设置有运行风险监视模块，所述检修风险分析单元将接收到的设备信息传输到所述运行风险监视模块进行电网运行风险模拟，评估系统特殊运行方式的变化，并给出风险提示；所述检修风险分析单元将特殊运行方式列表及提示信息传输至所述显示单元。

18.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述风险定级单元，根据人工定义风险等级，为各级风险提示提供依据。

19.根据权利要求18所述的评估系统，其特征在于，所述人工定义风险等级，按照严重程度由轻到重的排序为：安全等级、警戒等级和过标等级。

20.根据权利要求19所述的评估系统，其特征在于，安全等级：系统无风险，可安全运行状态；警戒等级：系统处于安全运行状态，但风险指标已达到安全运行的上限；过标等级：系统风险指标已大于系统安全运行的上限。

21.根据权利要求1-20所述的评估系统，其特征在于，所述显示单元为液晶显示屏。

22.根据权利要求21所述的评估系统，其特征在于，所述液晶显示屏的分辨率为1920×1080、屏幕色彩为1600万色。

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