CN105375463A - 一种基于scada系统的电网安全运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法，包括采集电力调度系统的监控运行数据，获得评价因素对应的评价指标数据集合；确定每个评价因素对应的评价指标数据在评价体系中的权重系数；根据评价指标数据和对应的权重系数得到加权和；根据加权和，确定评价等级，并根据评价等级为电网分配接入电力系统的负载额度。本发明可以更好的保障电力系统安全稳定运行，减小电动汽车负荷接入所带来的不利影响。通过SCADA系统，能够精细地对电网当下各运行参数指标进行采集与分析，并依照分析结果来控制电网的负荷量即电动汽车接入量，避免系统出现安全问题。

Description

一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，具体涉及到一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法。

背景技术

随着电网建设高速发展，电网覆盖范围不断扩大，结构日趋复杂，电网运行的稳定性、安全性和可靠性也变的更加重要。目前供电公司电力调度、自动化部门、继保、运行维护、通讯等部门虽各司其职但也需要通力协作，及时、准确的得到相关信息能大大提高其工作效率，同时各部门能发挥在各自专业领域的有势，更好的互相配合保证电网的正常运行；开放调度数据共享渠道，建立不受时间、地域限制的信息网络，加强各部门对调度工作的支持与协作，发挥各工作环节的主观能动性，为建立更为和谐、高效的工作模式打下坚实基础，是电网正常运行的重要保障。

目前SCADA监控系统中的数据信息虽能反映电网运行的状态，因此该系统应用十分广泛。SCADA系统可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

电动汽车作为能源危机和大气环境污染问题的有效解决途径，其产业规模近年来不断增大，电动汽车数量不断增多。但由于电动汽车负荷在时空、地理上的分布具有不确定性，且电动汽车充电功率较大，根据充电模式和汽车品牌不同，充电功率从几千瓦到上百千瓦不等。随着渗透率的不断提高，无序接入将会导致电力系统出现电压越限、线路过载、不平衡等严重问题，如果不对其充电行为加以控制，其大量无序接入对于电网的安全运行将带来严重挑战。

在目前技术条件下，电动汽车的充电控制是利用“峰谷电价”等经济手段作为杠杆对电动汽车充电行为进行引导。对电动汽车充电行为控制精度不高，管理较粗犷，且不能根据电网当前运行状态主动变化控制策略。虽然在整体上能够实现一定程度的负荷平移，但是可能导致在谷期电价期间新的充电高峰出现以及部分区域、部分线路的不安全运行。

同样的，电动汽车作为一种用电负载，通过电网接入电力系统中，电力系统通过对电网的额度分配来实现对电网接入负载的限定。现有的电力系统中，无法对电网的接入负载额度进行有效的分析和控制，往往是通过设定固定的接入额度来实现总体控制，但是这样对电力系统整体的功率分配不能够起到良好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法，电力系统可以根据SCADA系统中的数据，对电网的负载额度进行调整，避免无序接入造成的电压越限、线路过载等电力运行问题。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法，包括

采集电力调度系统的监控运行数据，获得评价因素对应的评价指标数据集合；

确定每个评价因素对应的评价指标数据在评价体系中的权重系数；

根据评价指标数据和对应的权重系数得到加权和；

根据所述加权和，确定评价等级，并根据所述评价等级为电网分配接入电力系统的负载额度；控制确定接入该电网的充电站内充电桩的投运数量。

优化的，评价因素包括有功裕度、电压裕度、支路参与因子和线路功率传输率。

优化的，权重系数的确定方法为：

(1)、输入评价指标的静态权重并对静态权重进行修正；

(2)、获取评价因素对应的评价指标在运行时的关键指标变化量ΔT，确定评价指标的相对重要性熵值，计算公式为：

${\mathrm{\ϵ}}_j=-k\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{\mathrm{\Δ}T}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}T}\right).ln\left(\frac{\mathrm{\Δ}T}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}T}\right)$

式中，ε_j≥0， $k=\frac{1}{\ln n}>0;$

(3)、由ε_j确定评估指标的差异性系数；计算公式为：

$g_j=\frac{1-\mathrm{\ϵ}j}{n-E_g}$

式中， $E_g=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_j,0\≤g_j\≤1,\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{g}_j=1;$

(4)、由差异性系数确定该评估指标的熵权为

$u_j=\frac{1-g_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}(1-g_j)}=\frac{1-g_j}{n-1}$

(5)、由熵权确定该评估指标的权重系数：

$A_i^j=u_j{w}_i^j/\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{u}_j{w}_i^j.$

优化的，关键指标变化量ΔT表示评价指标数据的变化量ΔQ_j、变化率ΔR_j或敏感性系数ΔS_j。

优化的，静态权重是采用群决策层次分析法或者给定值法确定。

优化的，加权和Fs的计算公式为：

$F_s=m_1{K}_p+m_2{K}_v+m_3\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{Lji}-m_4{K}_t,$

其中，m₁、m₂、m₃、m₄分别为权重系数，K_p为有功裕度，K_v为电压裕度，P_Lji为支路参与因子，K_t为线路功率传输率。

优化的，评价等级分为四级；

第一等级：Fs＞2.25；为电网分配该电网最大接入负载额度，各充电站内充电桩全部投运；

第二等级：1.5＜Fs≤2.25；为电网分配该电网最大接入负载总额度的70％～80％的负载额度，各充电站内充电桩投运70％～80％；

第三等级：0.75＜Fs≤1.5；为电网分配该电网最大接入负载总额度的50％～60％的负载额度，各充电站内充电桩投运50％～60％；

第四等级：0＜Fs≤0.75；停止向该电网提供负载额度，各充电站内充电桩均不投运。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明通过对电力系统中SCADA系统采集到的数据特别是关键数据进行分析，从数据分析对对电网运行安全水平进行评估，并依据当下评估结果对电网分配到下层的电网进行一定程度的干预管理，以此来优化电网运行状态，降低故障风险，提高系统供电可靠性。

本发明可以更好的保障电力系统安全稳定运行，减小电动汽车负荷接入所带来的不利影响。通过SCADA系统，能够精细地对电网当下各运行参数指标进行采集与分析，并依照分析结果来控制电网的负荷量即电动汽车接入量，避免系统出现安全问题。采用本发明公开的方法，能够实时对电动汽车负荷的接入进行调控。由于本发明所采取的控制手段为改变各充电站内充电桩的投运个数，对各充电站指令的下达具备同时性，可以避免由于信息延时导致的问题。同时需要建设的通信通道较少，经济性较高。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

本发明的一个实施例中提供了一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法，包括如下过程：

S101、采集电力调度系统SCADA系统中的监控运行数据，获得评价因素对应的评价指标数据集合。

评价因素是评价系统安全性的关键指标，一般情况下，SCADA系统中的监控运行数据包含了电力运行的所有相关数据，可以通过对数据的调用来实现关键评价因素的具体参数；例如与电压，电流，阻抗，功率，频率，相位等相关的参数，每个参数类型均可以作为一个评价因素，每个参数作为该评价因素的评价指标。本步骤中优选评价因素包括有功裕度、电压裕度、支路参与因子和线路功率传输率。

电网运行数据采集方法为：电力调度SCADA系统作为能量管理系统EMS的一部分，是以计算机为基础的调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。数据采集功能是由位于电网调度控制中心的主站计算机系统和位于远方电厂、变电站的RTU及相关的信息传输通道共同完成的。RTU负责采集现场由PT、CT、电度表等测到的生数据，并进行必要的处理，以适应数据通道的需要。数据信息经通道传到主站，主站计算机系统将数据转换成工程量，再提供给人机联系子系统，输出给调度运行人员。

在对电力系统运行稳定性的评价中，每个评价因素在电力系统中的重要性不相同；因此可以通过选定关键的参数类型作为评价因素来用于评价电力系统。因此，在本步骤中，首选确定了评价因素，并从SCADA系统中调用该评价因素对应的具体数据，即评价指标。

S102、确定每个评价因素对应的评价指标数据在评价体系中的权重系数。

权重系数是指具体的评价因素在整个评价体系中的重要性。当采用若干个评价指标作为评价因素的数据后，该评价因素在本次评价体系中的重要性即为其权重系数，因此，整个体系的所有评价因素的权重系数之和为1。

权重系数可以根据现有公开文献中确定相关评价因素的比例，也可以根据经验值法或者在评价体系前输入系统的参数作为权重系数。

本步骤的优化实施例中，权重系数的确定方法可以为：

(1)、输入评价指标的静态权重并对静态权重进行修正；

(2)、获取评价因素对应的评价指标在运行时的关键指标变化量ΔT，确定评价指标的相对重要性熵值，计算公式为：

${\mathrm{\ϵ}}_j=-k\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{\mathrm{\Δ}T}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}T}\right).ln\left(\frac{\mathrm{\Δ}T}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}T}\right)$

式中，ε_j≥0， $k=\frac{1}{\ln n}>0;$

(3)、由ε_j确定评估指标的差异性系数；计算公式为：

$g_j=\frac{1-\mathrm{\ϵ}j}{n-E_g}$

式中， $E_g=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_j,0\≤g_j\≤1,\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{g}_j=1;$

(4)、由差异性系数确定该评估指标的熵权为

$u_j=\frac{1-g_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}(1-g_j)}=\frac{1-g_j}{n-1}$

(5)、由熵权确定该评估指标的权重系数：

$A_i^j=u_j{w}_i^j/\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{u}_j{w}_i^j.$

在权重确定的过程只能够，关键指标变化量ΔT表示评价指标数据的变化量ΔQ_j、变化率ΔR_j或敏感性系数ΔS_j。即在修正过程中，可以采用其中一个变化量作为关键指标变化量，也可以将三个变化量ΔQ_j、变化率ΔR_j或敏感性系数ΔS_j分别计算其相对重要性熵值，然后通过求三者的平均值，将其平均值作带入差异性系数计算公式中。

本步骤中包含了静态权重，静态权重是采用群决策层次分析法或者给定值法确定；即可以根据现有技术中公开的群决策层次分析法算出相关静态权重，也可以在评价时输入给定具体的静态权重。

S103、根据评价指标数据和对应的权重系数得到加权和；加权和Fs的计算公式为：

$F_s=m_1{K}_p+m_2{K}_v+m_3\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{Lji}-m_4{K}_t,$

其中，m₁、m₂、m₃、m₄分别为权重系数，K_p为有功裕度，K_v为电压裕度，P_Lji为支路参与因子，K_t为线路功率传输率。

S104、根据所述加权和，确定评价等级，并根据所述评价等级为电网分配接入电力系统的负载额度。

从加权和公式可以得到该评价系统的评价数据，根据评价数据的大小确定评价等级；同时，由于评价等级的不相同，代表电力系统在该状态下运行的安全性、稳定性状态，因此对接入电网的负载额度可以进行调整。

S105、电动汽车负荷具备可平移负荷的属性，当区域内出现线路过载，电压越限等情况时，本发明通过控制电动汽车接入量来改变负荷情况，从而优化电网运行状态。在每个时序内调度中心根据SCADA所采集到的数据信息，对当下电网运行的安全水平等级进行评估，根据评估结果，控制中心向各充电站下达站内充电桩投运个数指令，以此来改变负荷量，避免电网安全问题的发生；并根据实际情况分析，评价体级可以分为四级；

第一等级：Fs＞2.25；为电网分配该电网最大接入负载额度，各充电站内充电桩全部投运；

第二等级：1.5＜Fs≤2.25；为电网分配该电网最大接入负载总额度的70％～80％的负载额度，各充电站内充电桩投运70％～80％；

第三等级：0.75＜Fs≤1.5；为电网分配该电网最大接入负载总额度的50％～60％的负载额度，各充电站内充电桩投运50％～60％；

第四等级：0＜Fs≤0.75；停止向该电网提供负载额度，各充电站内充电桩均不投运。

综上所述，本发明使用SCADA技术，建立电网安全指标综合评价体系为电动汽车负荷的调配提供精细指导；并可以根据电网运行状态，通过向充电站下达指令，对电动汽车接入进行主动控制；也可以通过改变电动汽车充电站内充电桩投运个数改变电网的负荷接入状态。

Claims (8)

1.一种基于SCADA系统的电网安全运行控制方法，包括

采集电力调度系统的监控运行数据，获得评价因素对应的评价指标数据集合；

确定每个评价因素对应的评价指标数据在评价体系中的权重系数；

根据评价指标数据和对应的权重系数得到加权和；

根据所述加权和，确定评价等级，并根据所述评价等级为电网分配接入电力系统的负载额度，控制确定接入该电网的充电站内充电桩的投运数量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述评价因素包括有功裕度、电压裕度、支路参与因子和线路功率传输率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述权重系数的确定方法为：

(1)、输入评价指标的静态权重并对静态权重进行修正；

(2)、获取评价因素对应的评价指标在运行时的关键指标变化量ΔT，确定评价指标的相对重要性熵值，计算公式为：

${\mathrm{\ϵ}}_j=-k\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{\mathrm{\Δ}T}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}T}\right).ln\left(\frac{\mathrm{\Δ}T}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\Δ}T}\right)$

式中，ε_j≥0， $k=\frac{1}{\ln n}>0;$

(3)、由ε_j确定评估指标的差异性系数；计算公式为：

$g_j=\frac{1-\mathrm{\ϵ}j}{n-E_g}$

式中， $E_g=\underset{y=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_j,$ 0≤g_j≤1， $\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{g}_j=1;$

(4)、由差异性系数确定该评估指标的熵权为

$u_j=\frac{1-g_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}(1-g_j)}=\frac{1-g_j}{n-1}$

(5)、由熵权确定该评估指标的权重系数：

$A_i^j=u_j{w}_i^j/\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{u}_j{w}_i^j.$

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述关键指标变化量ΔT表示评价指标数据的变化量ΔQ_j、变化率ΔR_j或敏感性系数ΔS_j。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述静态权重是采用群决策层次分析法或者给定值法确定。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加权和Fs的计算公式为：

$F_s=m_1{K}_p+m_2{K}_v+m_3\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{Lji}-m_4{K}_t,$

其中，m₁、m₂、m₃、m₄分别为权重系数，K_p为有功裕度，K_v为电压裕度，P_Lji为支路参与因子，K_t为线路功率传输率。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述评价等级分为四级；

第一等级：Fs＞2.25；

第二等级：1.5＜Fs≤2.25；

第三等级：0.75＜Fs≤1.5；

第四等级：0＜Fs≤0.75。

8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于：当所述评价等级为

第一等级时，为电网分配该电网最大接入负载额度，各充电站内充电桩全部投运；

第二等级时，为电网分配该电网最大接入负载总额度的70％～80％的负载额度，各充电站内充电桩投运70％～80％；

第三等级时，，为电网分配该电网最大接入负载总额度的50％～60％的负载额度，各充电站内充电桩投运50％～60％；

第四等级时，停止向该电网提供负载额度，各充电站内充电桩均不投运。