CN105184521A - 一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法、装置及系统，利用当前电网拓扑数据、当前电网运行数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，生成检修时的拓扑数据，通过将电网的拓扑数据代入到“计及设备健康状态的风险评估分析模型”中进行分析，对电网运行方式的风险进行评估，从而实现包含检修时间跨度的实时电网运行风险评估，对未发生的故障进行预测和量化评估，以便电网运行和管理人员合理安排检修时序以及时采取有效措施降低电网失压，确保对用户的可靠性供电以及电力设备运行的安全性。

Description

一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电网运行方式风险评估技术领域，具体涉及一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法、装置及系统。

背景技术

随着我国工业化进程的不断加快以及经济水平的不断提高，社会用电负荷越来越大，快速增长的用电负荷给电力系统带来沉重的压力。目前，地区电网调度工作中需要人工进行运行方式的风险评估，这种方式不仅工作量大，还可能造成遗漏。为了防止人工进行运行方式评估所造成遗漏，有必要开发地区电网运行方式风险评估自动评估当前方式下的运行风险，筛选出存在事故隐患的薄弱环节并给出直观的量化评估结果，并以图形界面的形式直观显示给调度员，生成事故风险评估报告，从而及时提醒调度员采取必要措施，保障电网的安全运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法、装置及系统，以实现对电网运行方式的风险进行评估。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法，依次包括以下步骤：

步骤一：建立电网的网络拓扑模型，利用数据库中预存储的解析后的当前电网拓扑数据生成用于风险评估的电网拓扑数据；

步骤二：导入检修计划中检修设备及其停运时间，生成实时的网络拓扑模型，依据所述电网拓扑数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，将所述电网拓扑数据中与所述检修设备匹配的设备删除，将从所述数据库获取的当前电网运行数据中检修设备的状态改为检修状态；其中，当前电网运行数据包括：电压、电流、各设备的运行状态等；

步骤三：预设故障N-1扫描，对电网中运行的设备进行N-1扫描，即预设元件故障，查看故障后电网的运行状态；

步骤四：采用“点集收缩算法”寻找复电的路径L，如果在N-1扫描过程中出现失压情况，则采用“点集收缩算法”寻找复电路径；

步骤五：计算采用路径L的复电几率G_L，结合采集的电网运行历史数据评估得出各元件健康状态，通过断路器的潜在失效几率计算得出故障后失压区域复电的几率；其具体如下式：(1)～(2)所示：

$G_k=max\left\{G_L^k\right\}---\left(1\right)$

$G_L^k=\underset{i}{\overset{i\∈L}{\Π}}(1-{\mathrm{\λ}}_i)---\left(2\right)$

式中为对第k个元件故障时通过操作路径L对失压区域复电的成功几率，L为恢复失压区域的复电路径，i为该路径上的断路器，λ_i为断路器i的潜在失效几率。G_k为失压区域的复电几率，其值为所有复电路径成功率的最大值。

步骤六：采用量化风险评估算法计算电网运行风险，得出电网运行方式N-1的量化风险评估结果；采用Var风险量化评估模型给出具体的量化评估结果。其大小为：

$R=\underset{k}{\overset{k\∈D}{\Σ}}{G}_k{F}_{loss}^k---\left(3\right)$

其中R为量化的风险评估结果，G_k为对第k个元件故障时的复电成功几率，为第k个元件故障时的损失负荷大小，D为电网中所有元件的集合。其值具体大小由公式(4)求得。

$F_{loss}^k=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σf}}_{loss}& k\∈P\\ 0& k\∈T\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中P为故障后会造成负荷损失的元件集合，f_loss为存在失压情况的区域负荷，T为不会造成负荷损失的元件集合。

步骤七：给出量化评估结果和失压事故预想案例，生成检修时电网运行方式的风险评估报告。

优选的，还包括计算断路器潜在失效几率，用于计算采用路径L的复电几率GL，其方法步骤如下：

步骤一：统计断路器的额定开断次数N、额定开断电流Ie、已开断次数以及每次开断的电流大小。

步骤二：根据以上统计数据断路器的开断次数与开断电流的关系，计算出断路器目前存在的磨损，其计算公式如下式(5)所示：

$Q={\mathrm{\ΣQ}}_s=\mathrm{\Σ}\frac{S_i}{NM}---\left(5\right)$

其中Si为断路器第i次开断的磨损(由第i次开断的电流和厂商提供的参数得到)。N为该断路器的额定开断次数，M为开断额定电流时的磨损。

步骤三：统计断路器前五年的历史故障率，并取出五年中该断路器故障率的最大值λ_max与最小值λ_min。

步骤四：根据断路器的历史故障率与断路器磨损状态计算其潜在失效几率，其具体计算公式如下式(6)所示：

λ＝[(λ_max-λ_min)∑Q_s+λ_min]×100％(6)

优选的，所述解析后的当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据的获取过程包括以下步骤：

步骤一：从数据采集与监视控制系统获取当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据；其中，数据采集与监视控制(SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制。

步骤二：对所述当前电网拓扑数据进行解析；当前电网拓扑数据解析后的数据包括：电网设备参数和拓扑连接关系。

步骤三：将解析后的当前电网拓扑数据以及所述当前电网运行数据存入到所述数据库。检修时电网运行方式的风险评估数据也存入到数据库中。

一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估装置，包括：

拓扑管理模块，用于利用数据库中预存储的解析后的当前电网图谱数据生成用于风险评估的电网拓扑数据；

拓扑修改模块，用于依据所述电网拓扑数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，将所述电网拓扑数据与所述检修设备匹配的设备删除；

检修状态修改模块；用于将从所述数据库获取的当前电网运行数据中检修设备的状态改为检修状态；

拓扑生成模块，用于由删除设备后的电网拓扑数据与标注有检修状态的当前电网运行数据，生成检修时的拓扑数据；

风险评估模块，用于将所述检修时的拓扑数据与相对应的风险评估分析模型中的数据进行对比，对检修时电网运行方式的风险进行评估；

报告生成模块，用于生成检修时电网运行方式的风险评估报告。

一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统，包括：上述的风险评估装置和服务器，所述服务器包括：

数据接口模块，用于从数据采集与监视控制系统获取当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据；

数据解析模块，用于对所述当前电网拓扑数据进行解析；

数据库模块，用于将解析后的当前电网拓扑数据以及所述当前电网运行数据存入到所述数据库。

优选的，所述当前电网拓扑数据的格式为CIM文件格式。

优选的，所述当前电网运行数据的格式为E文件格式。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法、装置及系统，利用当前电网拓扑数据、当前电网运行数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，生成检修时的拓扑数据，通过将电网的拓扑数据代入到“计及设备健康状态的风险评估分析模型”中进行分析，对电网运行方式的风险进行评估，从而实现包含检修时间跨度的实时电网运行风险评估，对未发生的故障进行预测和量化评估，以便电网运行和管理人员合理安排检修时序以及时采取有效措施降低电网失压，确保对用户的可靠性供电以及电力设备运行的安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法流程图；

图2为本发明解析后的当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据的获取过程方法流程图；

图3为本发明一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估装置的结构示意图；

图4为本发明一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统的结构示意图；

图5为本发明另一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法，依次包括以下步骤：

S11：建立电网的网络拓扑模型，利用数据库中预存储的解析后的当前电网拓扑数据生成用于风险评估的电网拓扑数据；

S12：导入检修计划中检修设备及其停运时间，生成实时的网络拓扑模型，依据所述电网拓扑数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，将所述电网拓扑数据中与所述检修设备匹配的设备删除，将从所述数据库获取的当前电网运行数据中检修设备的状态改为检修状态；其中，当前电网运行数据包括：电压、电流、各设备的运行状态等；

S13：预设故障N-1扫描，对电网中运行的设备进行N-1扫描，即预设元件故障，查看故障后电网的运行状态；

S14：采用“点集收缩算法”寻找复电的路径L，如果在N-1扫描过程中出现失压情况，则采用“点集收缩算法”寻找复电路径；

S15：计算采用路径L的复电几率G_L，结合采集的电网运行历史数据评估得出各元件健康状态，通过断路器的潜在失效几率计算得出故障后失压区域复电的几率；其具体如下式：(1)～(2)所示：

$G_k=max\left\{G_L^k\right\}---\left(1\right)$

$G_L^k=\underset{i}{\overset{i\∈L}{\Π}}(1-{\mathrm{\λ}}_i)---\left(2\right)$

式中为对第k个元件故障时通过操作路径L对失压区域复电的成功几率，L为恢复失压区域的复电路径，i为该路径上的断路器，λ_i为断路器i的潜在失效几率。G_k为失压区域的复电几率，其值为所有复电路径成功率的最大值。

S16：采用量化风险评估算法计算电网运行风险，得出电网运行方式N-1的量化风险评估结果；采用Var风险量化评估模型给出具体的量化评估结果。其大小为：

$R=\underset{k}{\overset{k\∈D}{\Σ}}{G}_k{F}_{loss}^k---\left(3\right)$

其中R为量化的风险评估结果，G_k为对第k个元件故障时的复电成功几率，为第k个元件故障时的损失负荷大小，D为电网中所有元件的集合。其值具体大小由公式(4)求得。

$F_{loss}^k=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σf}}_{loss}& k\∈P\\ 0& k\∈T\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中P为故障后会造成负荷损失的元件集合，f_loss为存在失压情况的区域负荷，T为不会造成负荷损失的元件集合。

S17：给出量化评估结果和失压事故预想案例，生成检修时电网运行方式的风险评估报告。

优选的，还包括计算断路器潜在失效几率，用于计算采用路径L的复电几率GL，其方法步骤如下：

步骤一：统计断路器的额定开断次数N、额定开断电流Ie、已开断次数以及每次开断的电流大小。

步骤二：根据以上统计数据断路器的开断次数与开断电流的关系，计算出断路器目前存在的磨损，其计算公式如下式(5)所示：

$Q={\mathrm{\ΣQ}}_s=\mathrm{\Σ}\frac{S_i}{NM}---\left(5\right)$

其中Si为断路器第i次开断的磨损(由第i次开断的电流和厂商提供的参数得到)。N为该断路器的额定开断次数，M为开断额定电流时的磨损。

步骤三：统计断路器前五年的历史故障率，并取出五年中该断路器故障率的最大值λ_max与最小值λ_min。

步骤四：根据断路器的历史故障率与断路器磨损状态计算其潜在失效几率，其具体计算公式如下式(6)所示：

λ＝[(λ_max-λ_min)∑Q_s+λ_min]×100％(6)

如图2所示，上述解析后的当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据的获取过程包括以下步骤：

S21：从数据采集与监视控制系统获取当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据；其中，数据采集与监视控制(SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制。当前电网拓扑数据的格式为CIM(ComputerIntegratedManu-facturing，电子数据处理)文件格式。当前电网运行数据的格式为E文件格式。

S22：对所述当前电网拓扑数据进行解析；需要说明的一点是，当前电网拓扑数据解析后的数据包括：电网设备参数和拓扑连接关系。

S23：将解析后的当前电网拓扑数据以及所述当前电网运行数据存入到所述数据库。需要说明的一点是，检修时电网运行方式的风险评估数据也存入到数据库中。

如图3所示，一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估装置，包括：

拓扑管理模块41，用于利用数据库中预存储的解析后的当前电网图谱数据生成用于风险评估的电网拓扑数据；

拓扑修改模块42，用于依据所述电网拓扑数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，将所述电网拓扑数据与所述检修设备匹配的设备删除；

检修状态修改模块43；用于将从所述数据库获取的当前电网运行数据中检修设备的状态改为检修状态；

拓扑生成模块44，用于由删除设备后的电网拓扑数据与标注有检修状态的当前电网运行数据，生成检修时的拓扑数据；

风险评估模块45，用于将所述检修时的拓扑数据与相对应的风险评估分析模型中的数据进行对比，对检修时电网运行方式的风险进行评估；

报告生成模块46，用于生成检修时电网运行方式的风险评估报告。

如图4所示，一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统，包括：上述的风险评估装置和服务器，所述服务器包括：

数据接口模块51，用于从数据采集与监视控制系统获取当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据；

数据解析模块52，用于对所述当前电网拓扑数据进行解析；

数据库模块53，用于将解析后的当前电网拓扑数据以及所述当前电网运行数据存入到所述数据库。

优选的，所述当前电网拓扑数据的格式为CIM文件格式。

优选的，所述当前电网运行数据的格式为E文件格式。

如图5所示，为另一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统在生成风险评估报告时采用两种方式进行展现，第一种为量化评估结果，即电网整体的量化风险评估结果，由式(3)计算得出；第二种呈现方式则是展现具体的事故预想案例，对于造成严重事故后果的案例进行展现，展现内容包括：失负荷大小以及重要用户的失压统计结果。

综上可以看出，本发明利用当前电网拓扑数据、当前电网运行数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，生成实时时的拓扑数据，通过将检修时的拓扑数据代入到风险评估分析模型中进行分析，对实时电网运行方式的风险进行评估，从而实现对电网存在风险的预测，使电网调度与运行人员及时采取有效措施，确保电网的安全稳定运行。

Claims (7)

1.一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤一：建立电网的网络拓扑模型，利用数据库中预存储的解析后的当前电网拓扑数据生成用于风险评估的电网拓扑数据；

步骤二：导入检修计划中检修设备及其停运时间，生成实时的网络拓扑模型，依据所述电网拓扑数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，将所述电网拓扑数据中与所述检修设备匹配的设备删除，将从所述数据库获取的当前电网运行数据中检修设备的状态改为检修状态；其中，当前电网运行数据包括：电压、电流、各设备的运行状态等；

步骤三：预设故障N-1扫描，对电网中运行的设备进行N-1扫描，即预设元件故障，查看故障后电网的运行状态；

步骤四：采用“点集收缩算法”寻找复电的路径L，如果在N-1扫描过程中出现失压情况，则采用“点集收缩算法”寻找复电路径；

步骤五：计算采用路径L的复电几率G_L，结合采集的电网运行历史数据评估得出各元件健康状态，通过断路器的潜在失效几率计算得出故障后失压区域复电的几率；其具体如下式：(1)～(2)所示：

式中为对第k个元件故障时通过操作路径L对失压区域复电的成功几率，L为恢复失压区域的复电路径，i为该路径上的断路器，λ_i为断路器i的潜在失效几率。G_k为失压区域的复电几率，其值为所有复电路径成功率的最大值。

步骤六：采用量化风险评估算法计算电网运行风险，得出电网运行方式N-1的量化风险评估结果；采用Var风险量化评估模型给出具体的量化评估结果。其大小为：

其中R为量化的风险评估结果，G_k为对第k个元件故障时的复电成功几率，为第k个元件故障时的损失负荷大小，D为电网中所有元件的集合。其值具体大小由公式(4)求得。

式(4)中P为故障后会造成负荷损失的元件集合，f_loss为存在失压情况的区域负荷，T为不会造成负荷损失的元件集合。

步骤七：给出量化评估结果和失压事故预想案例，生成检修时电网运行方式的风险评估报告。

2.根据权利要求1所述一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法，其特征在于，还包括计算断路器潜在失效几率，用于计算采用路径L的复电几率GL，其方法步骤如下：

步骤一：统计断路器的额定开断次数N、额定开断电流Ie、已开断次数以及每次开断的电流大小。

步骤二：根据以上统计数据断路器的开断次数与开断电流的关系，计算出断路器目前存在的磨损，其计算公式如下式(5)所示：

其中Si为断路器第i次开断的磨损(由第i次开断的电流和厂商提供的参数得到)。N为该断路器的额定开断次数，M为开断额定电流时的磨损。

步骤三：统计断路器前五年的历史故障率，并取出五年中该断路器故障率的最大值λ_max与最小值λ_min。

步骤四：根据断路器的历史故障率与断路器磨损状态计算其潜在失效几率，其具体计算公式如下式(6)所示：

λ＝[(λ_max-λ_min)∑Q_s+λ_min]×100％(6)。

3.根据权利要求1所述一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估方法，其特征在于，所述解析后的当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据的获取过程包括以下步骤：

步骤一：从数据采集与监视控制系统获取当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据；其中，数据采集与监视控制(SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制。

步骤二：对所述当前电网拓扑数据进行解析；当前电网拓扑数据解析后的数据包括：电网设备参数和拓扑连接关系。

步骤三：将解析后的当前电网拓扑数据以及所述当前电网运行数据存入到所述数据库。检修时电网运行方式的风险评估数据也存入到数据库中。

4.一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估装置，其特征在于，包括：

拓扑管理模块，用于利用数据库中预存储的解析后的当前电网图谱数据生成用于风险评估的电网拓扑数据；

拓扑修改模块，用于依据所述电网拓扑数据以及导入的检修计划中检修设备及其停运时间，将所述电网拓扑数据与所述检修设备匹配的设备删除；

检修状态修改模块；用于将从所述数据库获取的当前电网运行数据中检修设备的状态改为检修状态；

拓扑生成模块，用于由删除设备后的电网拓扑数据与标注有检修状态的当前电网运行数据，生成检修时的拓扑数据；

风险评估模块，用于将所述检修时的拓扑数据与相对应的风险评估分析模型中的数据进行对比，对检修时电网运行方式的风险进行评估；

报告生成模块，用于生成检修时电网运行方式的风险评估报告。

5.一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统，其特征在于，包括：权利要求4所述的风险评估装置和服务器，所述服务器包括：

数据接口模块，用于从数据采集与监视控制系统获取当前电网拓扑数据以及当前电网运行数据；

数据解析模块，用于对所述当前电网拓扑数据进行解析；

数据库模块，用于将解析后的当前电网拓扑数据以及所述当前电网运行数据存入到所述数据库。

6.根据权利要求5所述一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统，其特征在于，所述当前电网拓扑数据的格式为CIM文件格式。

7.根据权利要求5所述一种计及设备健康状态的电网运行方式的风险评估系统，其特征在于，所述当前电网运行数据的格式为E文件格式。