CN104574217A - 一种智能配电网在线风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能配电网在线风险评估方法，通过在线数据及历史数据的综合分析，建立评估数学模型，并最终形成可以直观显示的风险评估图。本方法根据针对性的电网数据汇集，通过在线数据及历史数据的综合分析,可以实现对数据的实时监控，在大量的电网现有数据库设备基础上扩展出的分析模型，易于建立，并针对电网实际情况以二维图表及不同颜色配合的方式说明了风险预警等级，简单直观，一目了然，因此具有很高的实用性，系统的预测模型还可以根据不同的公式计算方法进行编辑，具有很大的灵活性，数据报表可以通过网络平台进行更新与存储，不仅满足了用户当前的需要，而且还适应行业的发展、管理模式的变化以及技术的更新等。
Description
技术领域
本发明涉及配电网风险分析方法技术领域，尤其涉及一种智能配电网在线风险评估方法。
背景技术
随着我国电力需求的快速增长和电力市场管制的逐步放松，电网规模不断扩大，以及近年来世界各地多次爆发大规模停电事故，使得电力系统运行的安全性问题日益成为国内外电力科研者关注的重点。如何保证配电网系统能够保持稳定运行和正常供电，以及保证电力系统在可接受的风险水平下以尽可能低的成本向用户提供安全经济的电能，已经成为电力部门的重要任务。
一直以来，电力部门为了提高系统运行的经济性，常常使得系统运行于安全极限的边缘，这样保障系统运行的安全性就大大的降低了。然而总结近年来世界各地发生的严重停电事故的经验和教训，电网运行的经济性和安全性这两个指标具有很强的相关性。因此迫切需要一种可以综合考虑电力系统，尤其是配电网平衡稳定运行的风险评估方法。在这样的背景下，各种基于风险的配电网安全运行评估方法应运而生。
申请号为201410341631.X的中国专利公开了一种基于模糊数学的运行风险评估方法， 包括：确定配电网中的故障状态集合；根据预设的故障概率赋值规则，计算所述故障状态集合中每个故障发生的概率；根据预设的基于模糊数学隶属度函数的计算规则，计算所述故障状态集合中每个故障发生时对应的评估指标值，并根据所述每个故障对应的评估指标值和所述每个故障发生的概率，得到所述每个故障的风险评估指标值；根据所述每个故障的风险评估指标值确定所述配电网的运行风险评估指标值。相应地，本发明还提出了一种基于模糊数学的运行风险评估系统。通过本发明的技术方案，能够适应不同的实际需要，整合、提炼、分析配电网中的大量运行信息，增强对风险水平的掌控。
申请号为201410297195.0的中国专利涉及一种配电网运行风险评估方法，包括以下步骤：步骤 S1：提取电力线路运行的历史数据，并将提取的数据转换为可供利用的数据格式； 步骤 S2：分别对电力线路的故障概率、故障停电时间、故障停电范围进行评价，然后对各评价得分进行线性加权，得到配电网故障运行风险评分；步骤 S3：根据配电网故障运行风险评分确定配电网运行风险评估结果，以根据配电网运行风险评估结果对配电网采取相应的措施。该方法可以提高配电网运行风险评估的准确性，从而提高配电网的供电可靠性。
然而，这些方案在评估信息采集与评估概率集分级机制上，仍有很大的改进空间，以便能够使评估标准更准确，使评估结果更加直观。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种智能配电网在线风险评估方法，通过在线数据及历史数据的综合分析，建立评估数学模型，并最终形成可以直观显示的风险评估图。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能配电网在线风险评估方法,包括如下步骤:
1）建立智能配电网在线风险评估系统，系统包括采样单元、数据分析单元和风险报表生成单元，其中，采样单元包括人机交互接口，并分别与电网信息数据平台连接，既可以采集在线以历史电网信息数据，又可以人工录入实时数据信息；数据分析单元包括预测模型生成及计算单元，风险报表生成单元用来导出预测值并生成预测分析报表；
2）由采样单元进行风险评估信息的收集与整理，主要是风险概率因素与风险后果因素的确定与归集，并根据两者的权重乘积算出风险参数；
3）通过数据分析单元进行风险评估数学模型的研究和建立，风险评估计及多因素影响，其配电网风险概率为： ，该基础计算表达式中：P b 为线路老化失效概率；P f 为当前运行状态下的线路失效概率；C w 为气象影响系数(C w ≥1)，气象预警的等级不同确定不同的系数值；C d 为线路缺陷影响系数(C d ≥1)，根据无缺陷，一般缺陷，重大缺陷，严重缺陷确定系数值，并最终计算出预想故障线路风险以及系统总风险；
4）根据风险的计算结果，分析影响风险增大的原因，并由风险报表生成单元基于概率与后果的双重因素生成预测分析报表，其中，预测分析报表通过二维平面的形式展现，并进行区域颜色对比分析，便于预警决策方案的制定。
在步骤1）中，所述电网信息数据平台包括电网数据库与对外系统接口，所述电网数据库后台连接电网GIS平台,并将电网信息数据构建为数据存储层，提供通用数据存储服务,并提供基于标准的通用数据交换, 实现信息互联和信息访问；所述对外系统接口分别与省电力气象监测平台、省电力配电监测系统连接，所述采样单元采集信息包括全省温度，风速，落雷类气象信息与配电线路跳闸情况、负荷情况、线路铭牌类参数信息，所述人机交互接口可以提供查询功能，并可以输入区域影响系数。
在步骤2）中，所述风险概率因素包括气象因素、实时负荷大小、线路自身缺陷、线路老化失效；所述风险后果因素包括故障后负荷损耗量、负荷的重要系数、区域影响系数；所述风险参数为概率因素与后果因素的系数乘积，即：，式中：R为风险；Pr为事件Ei或电力线路Di的风险概率；Sev为事件Ei或电力线路Di所带来的后果值。
在步骤3）中，所述线路老化失效概率P b 取决于线路的自身特征与投运时间，其故障率的分布为一碗状曲线，所述当前运行状态下的线路失效概率P f 利用双曲正切函数来拟合，表示为线路随系统潮流变化的停运概率。
所述采样单元包括可以与所述电网信息数据平台连接的多路通信通道，所述通信通道采用无线传输或有限光纤连接。
所述风险报表生成单元包括仿真制图软件，所述预测模型生成及计算单元包括处理器芯片。
所述仿真制图软件包括matlab仿真程序，所述处理器芯片为单片机或DSP芯片。
本发明方法的有益效果可主要体现在以下几个方面：
1、实用性。本方法根据针对性的电网数据汇集，通过在线数据及历史数据的综合分析,可以实现对数据的实时监控，在大量的电网现有数据库设备基础上扩展出的分析模型，易于建立，并针对电网实际情况，因此具有很高的实用性。
2、指导性。本系统具有指导性的体系结构，风险报表生成单元提供预测报表，以二维图表及不同颜色配合的方式说明了风险预警等级，简单直观，一目了然，对后续决策方案的生成起到了很好的指导作用。
3、灵活性。系统的预测模型可以根据不同的公式计算方法进行编辑，具有很大的灵活性，并且数据报表可以通过网络平台进行更新与存储，不仅满足了用户当前的需要，而且还适应行业的发展、管理模式的变化以及技术的更新等。
附图说明
图1是本发明的线路老化失效概率系数曲线图。
图2是本发明的线路失效概率系数随潮流变化曲线图。
图3是本发明配电网风险预警与决策框架示意图。
图4是本发明预测分析报表风险分级显示图。
图5是本发明配电网风险评估的流程图。
具体实施方式
如图1至图5所示，一种智能配电网在线风险评估方法,包括如下步骤:
1）建立智能配电网在线风险评估系统，系统包括采样单元、数据分析单元和风险报表生成单元，其中，采样单元包括人机交互接口，并分别与电网信息数据平台连接，既可以采集在线以历史电网信息数据，又可以人工录入实时数据信息；数据分析单元包括预测模型生成及计算单元，风险报表生成单元用来导出预测值并生成预测分析报表；
配电网风险是指配电网运行安全的不确定性，即影响配电网运行安全的因素、事件致使状态发生改变的可能性与后果的组合；所述电网信息数据平台包括电网数据库与对外系统接口，所述电网数据库后台连接电网GIS平台,并将电网信息数据构建为数据存储层，提供通用数据存储服务,并提供基于标准的通用数据交换, 实现信息互联和信息访问；所述对外系统接口分别与省电力气象监测平台、省电力配电监测系统连接，所述采样单元采集信息包括全省温度，风速，落雷类气象信息与配电线路跳闸情况、负荷情况、线路铭牌类参数信息，所述人机交互接口可以提供查询功能，并可以输入区域影响系数。
所述采样单元包括可以与所述电网信息数据平台连接的多路通信通道，所述通信通道采用无线传输或有限光纤连接；所述风险报表生成单元包括仿真制图软件，所述预测模型生成及计算单元包括处理器芯片；所述仿真制图软件包括matlab仿真程序，所述处理器芯片为单片机或DSP芯片。
2）由采样单元进行风险评估信息的收集与整理，主要是风险概率因素与风险后果因素的确定与归集，并根据两者的权重乘积算出风险参数；
所述风险概率因素包括气象因素、实时负荷大小、线路自身缺陷、线路老化失效；所述风险后果因素包括故障后负荷损耗量、负荷的重要系数、区域影响系数；所述风险参数为概率因素与后果因素的系数乘积，即：，式中：R为风险；Pr为事件Ei或电力线路Di的风险概率；Sev为事件Ei或电力线路Di所带来的后果值。
3）通过数据分析单元进行风险评估数学模型的研究和建立，其配电网风险概率为：，该基础计算表达式中：P b 为线路老化失效概率；P f 为当前运行状态下的线路失效概率；C w 为气象影响系数(C w ≥1)，气象预警的等级不同确定不同的系数值；C d 为线路缺陷影响系数(C d ≥1)，根据无缺陷，一般缺陷，重大缺陷，严重缺陷确定系数值，并最终计算出预想故障线路风险以及系统总风险；
所述线路老化失效概率P b 取决于线路的自身特征与投运时间，其故障率的分布为一碗状曲线，所述当前运行状态下的线路失效概率P f 利用双曲正切函数来拟合，表示为线路随系统潮流变化的停运概率。
该步骤主要是计及多因素影响的配电网风险评估数学模型研究，综合各种影响配电网风险概率的影响，各种因素之间严格上其相互耦合。比如气象温度与用电负荷的大小，彼此之间有关联性，温度高的时候用电负荷也增加；但是为了降低问题的复杂度，认为影响风险概率的因素相互独立。
P b 为线路故障的基准概率，取决于线路的自身特征与投运时间，如图1所示，其故障率的分布为一碗状曲线，对图1曲线进行拟合，拟合后的计算公式如下：
式中：P 1 为稳定运行期的故障概率；P 2 为初始运行期的最大概率，其为；t 1 为初始运行期与稳定运行期的交汇点；t 2 为稳定运行期与损耗期的交汇点，α、β分别为待定参数，由实际条件给出。P 1 ，P 2 为故障统计值，其近似计算如下：
式中：T i 1 为线路统计样本的故障时间；N 1 为样本空间；同理求解P 2 。
当前运行状态下的线路失效概率P f 利用双曲正切函数来拟合，表示为线路随系统潮流变化的停运概率P f (S)：
式中：S为系统当前运行状下的线路的视在功率；S max 为线路允许通过的视在功率的上阈值；P f,0 为线路停运概率的统计值；μ、γ分别为待定参数，由实际条件给出，潮流变化曲线如图2所示。
故障后果值Sev：
其中：
式中：C N 为故障所损失负荷的所在区域的影响系数(0<C N ≤1)；N1为故障后失电的配变数目；N2为系统总配变数目；ω为负荷的等级（0<ω≤1），S为负荷的大小；μ 1 ，μ 2 为权重系数，μ 1 +μ 2 =1。
4）根据风险的计算结果，分析影响风险增大的原因，并由风险报表生成单元基于概率与后果的双重因素生成预测分析报表，其中，预测分析报表通过二维平面的形式展现，并进行区域颜色对比分析，便于预警决策方案的制定。
配电网风险预警与决策的总体框架如图3所示，将风险评估后的结果进行展示，展示内容包括单个预想故障线路的风险值，以及整个系统的总风险。
本实施例中，对于系统中的预想故障线路集的风险，以二维平面的形式进行展现，其中横轴为风险概率，纵轴为风险后果值，如图4所示；具体应用时，可以用绿黄红的3个区域进行展示，其中绿色区域的线路表示风险较低，不需要关注，位于图表左下角，黄色区域的线路则要重点关注，位于图表中间部分，红色区域的线路则要马上处理，位于图表右上角，风险评估的流程图如图5所示。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种智能配电网在线风险评估方法, 其特征在于：包括如下步骤:
1）建立智能配电网在线风险评估系统，系统包括采样单元、数据分析单元和风险报表生成单元，其中，采样单元包括人机交互接口，并分别与电网信息数据平台连接，既可以采集在线以历史电网信息数据，又可以人工录入实时数据信息；数据分析单元包括预测模型生成及计算单元，风险报表生成单元用来导出预测值并生成预测分析报表；
2）由采样单元进行风险评估信息的收集与整理，主要是风险概率因素与风险后果因素的确定与归集，并根据两者的权重乘积算出风险参数；
3）通过数据分析单元进行风险评估数学模型的研究和建立，风险评估计及多因素影响，其配电网风险概率为： ，该基础计算表达式中：P b 为线路老化失效概率；P f 为当前运行状态下的线路失效概率；C w 为气象影响系数(C w ≥1)，气象预警的等级不同确定不同的系数值；C d 为线路缺陷影响系数(C d ≥1)，根据无缺陷，一般缺陷，重大缺陷，严重缺陷确定系数值，并最终计算出预想故障线路风险以及系统总风险；
4）根据风险的计算结果，分析影响风险增大的原因，并由风险报表生成单元基于概率与后果的双重因素生成预测分析报表，其中，预测分析报表通过二维平面的形式展现，并进行区域颜色对比分析，便于预警决策方案的制定。
2.如权利要求1所述的一种智能配电网在线风险评估方法,其特征在于：在步骤1）中，所述电网信息数据平台包括电网数据库与对外系统接口，所述电网数据库后台连接电网GIS平台,并将电网信息数据构建为数据存储层，提供通用数据存储服务,并提供基于标准的通用数据交换, 实现信息互联和信息访问；所述对外系统接口分别与省电力气象监测平台、省电力配电监测系统连接，所述采样单元采集信息包括全省温度，风速，落雷类气象信息与配电线路跳闸情况、负荷情况、线路铭牌类参数信息，所述人机交互接口可以提供查询功能，并可以输入区域影响系数。
3.如权利要求1所述的一种智能配电网在线风险评估方法,其特征在于：在步骤2）中，所述风险概率因素包括气象因素、实时负荷大小、线路自身缺陷、线路老化失效；所述风险后果因素包括故障后负荷损耗量、负荷的重要系数、区域影响系数；所述风险参数为概率因素与后果因素的系数乘积，即：，式中：R为风险；P r 为事件E i 或电力线路D i 的风险概率；Sev为事件E i 或电力线路D i 所带来的后果值。
4.如权利要求1所述的一种智能配电网在线风险评估方法,其特征在于：在步骤3）中，所述线路老化失效概率P b 取决于线路的自身特征与投运时间，其故障率的分布为一碗状曲线，所述当前运行状态下的线路失效概率P f 利用双曲正切函数来拟合，表示为线路随系统潮流变化的停运概率。
5.如权利要求1所述的一种智能配电网在线风险评估方法,其特征在于：所述采样单元包括可以与所述电网信息数据平台连接的多路通信通道，所述通信通道采用无线传输或有限光纤连接。
6.如权利要求1所述的一种智能配电网在线风险评估方法,其特征在于：所述风险报表生成单元包括仿真制图软件，所述预测模型生成及计算单元包括处理器芯片。
7.如权利要求6所述的一种智能配电网在线风险评估方法,其特征在于：所述仿真制图软件包括matlab仿真程序，所述处理器芯片为单片机或DSP芯片。
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