CN107193274A - 一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法。属于电力系统智能分析与控制技术领域，其特征在于：建立电网脆弱性评估的多维度综合指标，分三个部分评估电网脆弱性，其中包括设备脆弱性评估、网络脆弱性评估、运行脆弱性评估。调控运行人员可通过本地调度控制系统的可视化潮流图实现对电网脆弱设备或电网脆弱环节的重点监视，方便调控运行人员及时处理可能影响电网安全的脆弱因素。

Description

一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统智能分析与控制技术领域，尤指一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法。

背景技术

电网规模日益扩大和电网大规模互联是现代电力系统发展的一个趋势，大电网实现了大范围的资源优化，提高了供电可靠性，取得了显著的经济效益，但同时也给电网安全稳定运行带来了新的挑战，网络中不确定性因素增多，隐性故障不易察觉，事故发展的机制更加复杂，局部故障可能激发电网的脆弱环节，引起连锁故障，造成故障范围扩大，甚至威胁到全网安全。为了确保大电网的安全运行，需要对整个电网的内外部的状况进行全面分析，找出脆弱环节并及时采取合理的预防措施，以将大停电事故发生的可能降到最低。近年来的频繁大面积停电事故说明了传统的电网安全分析方法的不足，需要寻找能全面评估大电网的外部威胁和内部缺陷的新的安全分析方法。随着电力系统安全风险分析方法的发展，人们开始把脆弱性概念引入到电力系统中，以找出电力系统的薄弱环节，并采取相应的预防措施改善系统的运行状态，预防大面积停电事故的发生，同时为电网的安全稳定运行以及早期预警提供有价值的参考。

发明内容

本发明提供一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，该方法可以促进调度生产管理水平和工作效率的进一步提高，加速调控一体化建设的进程，提高企业的调度技术水平。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，建立电网脆弱性评估的多维度综合指标，分三个部分评估电网脆弱性，其中包括设备脆弱性评估、网络脆弱性评估、运行脆弱性评估。调控运行人员可通过本地调度控制系统的可视化潮流图实现对电网脆弱设备或电网脆弱环节的重点监视，方便调控运行人员及时处理可能影响电网安全的脆弱因素。

本发明的工作原理为：

在智能电网调度控制系统中，周期性的从数据库获取设备越限信息、设备检修信息、设备动作信息、设备故障信息，同时统计在过去一段时间(可设置)内的设备越限次数、设备检修次数、设备动作次数、设备故障次数，根据设备脆弱性评估规则，量化设备脆弱性指标。设备越限次数与设备脆弱程度关系如下：

其中H_D1表示设备越限脆弱程度，K_D1表示过去一段时间内设备越限次数。设备检修次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D2表示设备检修脆弱程度，K_D2表示过去一段时间内设备检修次数。设备动作次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D3表示设备动作脆弱程度，K_D3表示过去一段时间内设备非故障情况下的动作次数。设备故障次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D4表示设备故障脆弱程度，K_D4表示过去一段时间内设备故障次数。综合以上4个指标得出设备脆弱性指标如下：

K_D＝Max(K_D1,K_D2,K_D3,K_D4

根据电网实时运行状态，运用拓扑分析技术，搜索网络中联系薄弱的线路；在电网实时运行状态的基础上，根据预想故障集，分析故障是否造成解列。其中联系薄弱的线路，是指断开该线路将造成网络解列。解列形成的各个子网需至少包含约定数目节点(可设置约定节点数目)，节点电压满足约定要求(可设置约定节点电压)，且子网的负荷和发电总量大于门槛值(门槛值可设置)。通过逐个分析满足条件的节点(线路)故障后的网络性能(系统发电量、系统负荷、系统频率)的变化，得出相应的网络脆弱性评估结果。

综合评估系统实时运行脆弱性，首先分析稳定裕度脆弱性，针对电网在线评估的静态安全分析、暂态稳定分析、小干扰稳定分析、静态电压分析、短路电流计算、极限计算6大类分析结果，综合历史运行信息，考虑各类安全稳定评估结果影响电网的后果，将6大类分析结果进行权值量化，并汇总分析给出系统稳定裕度脆弱性的评估结果：

将每类指标量化结果(包含静态、暂态、小干扰、电压稳定、短路电流、极限计算在内的共6个裕度)为X1，X2，X3，X4，X5，X6：

若各项指标均安全，则综合指标Y＝AX1+BX2+CX3+DX4+EX5+FX6，其中A+B+C+D+E+F+G＝1为权重系数，权重系数根据电网实际情况进行配置；若任何一项不安全，则Y＝min{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7}。

稳定裕度脆弱性评估告警分为安全、警戒、风险(阈值可以根据电网实际要求进行配置)。以下为稳定裕度脆弱性指标计算方法：

长期运行脆弱性分析，根据电网运行历史记录信息，采用统计分析的方法，对历史数据进行有效挖掘，对电网在线评估的6大类分析结果进行分析，当电网某一指标长期处于预警门槛值之下时，即：低于预警门槛值次数/运行分析次数>阈值，则进行告警提示，如电网中某一断面1年之中有90％的时间段运行在重载情况下，其裕度低于门槛值(如小于10％)，门槛值及阀值可根据实际运行需要进行设置，则认为该断面为高风险断面，需要重点关注，即为脆弱点。

同时针对电网设定的预想故障集、自然灾害引发设备多重严重故障和连锁故障等问题，考虑二、三道防线自动装置的动作情况，进行失负荷量的统计分析。根据减供负荷比例与事故风险评级标准(事故评级标准由调度控制中心划定)，确定故障风险等级。综合考虑电网稳定裕度脆弱性指标和事故风险等级得到系统实时运行脆弱性指标。

在得到系统设备脆弱性评估结果、网络脆弱性评估结果、运行脆弱性评估结果后，在本地智能电网调度控制系统的集中监控画面的电网地理潮流图上分三个页面进行展示。以列表形式罗列脆弱性评估的详细信息，以贴片形式标注脆弱设备的等级以及地理位置，支持脆弱设备的定位。

多维度脆弱性评估是将系统的脆弱性、安全性、和经济性结合起来分析系统的安全稳定状况，通过量化的脆弱性指标和系统风险指标，定量评估系统运行的安全稳定水平，通过建立系统稳定性水平和运行参数之间的关系来指导调度决策。多维度脆弱性评估包含信息采集、脆弱源辨识、风险及脆弱性评估、风险预警、辅助决策等环节。从能量管理系统EMS、调度管理系统OMS、生产管理系统PMS、气象信息系统、设备监测系统、网络发令系统等获取所需的信息，考虑了气象环境、设备工况、设备状态、电网结构等风险因素。能够为调度运行人员及时掌握电网脆弱源和脆弱度状况、电网运行风险水平和优化控制风险决策提供支持，进一步增强安全生产的预控和驱动能力。电网的运行安全管理能从“事后分析型”向“事前防范型”转变，做到对电网运行风险的预测感知，以实现电网安全性、经济性与可靠性相互协调。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，结合调度运行部门的职责，从掌握电网脆弱度水平和降低电网运行风险的角度出发，对于有针对性地预警和保护电网脆弱环节，具有重要实用价值，可弥补已有大电网安全性研究的不足，有效提高电网安全运行水平与风险防范能力。

附图说明

图1为本发明的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法的数据流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

图1为本发明的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法的数据流程图。

本发明的基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法处理流程分为五个部分，即信息采集模块、设备脆弱性评估模块、网络脆弱性评估模块、运行脆弱性评估模块、电网脆弱性综合展示模块。

本发明的处理流程为：

信息采集模块获取设备脆弱性评估所需要的设备越限信息、设备检修信息、设备动作信息、设备故障信息；网络脆弱性评估所需要的电网运行实时数据、电网模型数据；运行脆弱性评估所需要的电网实时分析结果(静态、暂态、动态、小干扰、短路电流、静态电压稳定、极限计算)、外部气象数据信息。

设备脆弱性评估模块统计过去一段时间内的设备越限次数、设备检修次数、设备动作次数、设备故障次数，根据设备脆弱性评估规则得到设备脆弱性指标。

网络脆弱性评估模块根据电网实时运行状态，以及电网模型数据，逐个分析每个节点(线路)，在电网实时运行状态的基础上，根据预想故障集，分析节点(线路)故障是否造成解列。对于解列形成的各个子网满足包含约定数目节点(节点电压满足约定要求)，且子网的负荷和发电总量大于门槛值的故障，根据网络性能的变化,得出相应的脆弱性评估结果。

运行脆弱性评估模块根据电网实时运行状态，以及预想故障集，分析电网是否存在断面越限、电压失稳和暂态、动态稳定问题，并结合历史信息进行运行脆弱性评估，针对存在失负荷的情况，给出风险评级，指出电网运行的薄弱点。同时整合气象灾害性信息与电网运行状态数据，并进行实时分析，将电网的静态、动态和暂态信息集成在一起，并实现统一时标、综合管理，实现功角、频率、电压的在线分析，找出电网自身存在的脆弱环节。提出基于裕度和权重的量化指标，得到运行脆弱性评估结果。

电网脆弱性综合展示模块基于可视化展示脆弱性评估结果，其中设备脆弱性、网络结构脆弱性、运行脆弱性分别在不同的页面进行展示，支持脆弱设备定位，设备脆弱程度以不同颜色的贴片在潮流图上进行展示，支持点击脆弱设备查看脆弱性详细信息。

一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，建立电网脆弱性评估的多维度综合指标，分三个部分评估电网脆弱性，其中包括设备脆弱性评估、网络脆弱性评估、运行脆弱性评估。调控运行人员可通过本地调度控制系统的可视化潮流图实现对电网脆弱设备或电网脆弱环节的重点监视，方便调控运行人员及时处理可能影响电网安全的脆弱因素。

本发明的工作原理为：

在智能电网调度控制系统中，周期性的从数据库获取设备越限信息、设备检修信息、设备动作信息、设备故障信息，同时统计在过去一段时间(可设置)内的设备越限次数、设备检修次数、设备动作次数、设备故障次数，根据设备脆弱性评估规则，量化设备脆弱性指标。设备越限次数与设备脆弱程度关系如下：

其中H_D1表示设备越限脆弱程度，K_D1表示过去一段时间内设备越限次数。设备检修次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D2表示设备检修脆弱程度，K_D2表示过去一段时间内设备检修次数。设备动作次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D3表示设备动作脆弱程度，K_D3表示过去一段时间内设备非故障情况下的动作次数。设备故障次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D4表示设备故障脆弱程度，K_D4表示过去一段时间内设备故障次数。综合以上4个指标得出设备脆弱性指标如下：

K_D＝Max(K_D1,K_D2,K_D3,K_D4)

根据电网实时运行状态，运用拓扑分析技术，搜索网络中联系薄弱的线路；在电网实时运行状态的基础上，根据预想故障集，分析故障是否造成解列。其中联系薄弱的线路，是指断开该线路将造成网络解列。解列形成的各个子网需至少包含约定数目节点(可设置约定节点数目)，节点电压满足约定要求(可设置约定节点电压)，且子网的负荷和发电总量大于门槛值(门槛值可设置)。通过逐个分析满足条件的节点(线路)故障后的网络性能(系统发电量、系统负荷、系统频率)的变化，得出相应的网络脆弱性评估结果。

综合评估系统实时运行脆弱性，首先分析稳定裕度脆弱性，针对电网在线评估的静态安全分析、暂态稳定分析、小干扰稳定分析、静态电压分析、短路电流计算、极限计算6大类分析结果，综合历史运行信息，考虑各类安全稳定评估结果影响电网的后果，将6大类分析结果进行权值量化，并汇总分析给出系统稳定裕度脆弱性的评估结果：

将每类指标量化结果(包含静态、暂态、小干扰、电压稳定、短路电流、极限计算在内的共6个裕度)为X1，X2，X3，X4，X5，X6：

若各项指标均安全，则综合指标Y＝AX1+BX2+CX3+DX4+EX5+FX6，其中A+B+C+D+E+F+G＝1为权重系数，权重系数根据电网实际情况进行配置；若任何一项不安全，则Y＝min{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7}。

稳定裕度脆弱性评估告警分为安全、警戒、风险(阈值可以根据电网实际要求进行配置)。以下为稳定裕度脆弱性指标计算方法：

长期运行脆弱性分析，根据电网运行历史记录信息，采用统计分析的方法，对历史数据进行有效挖掘，对电网在线评估的6大类分析结果进行分析，当电网某一指标长期处于预警门槛值之下时，即：低于预警门槛值次数/运行分析次数>阈值，则进行告警提示，如电网中某一断面1年之中有90％的时间段运行在重载情况下，其裕度低于门槛值(如小于10％)，门槛值及阀值可根据实际运行需要进行设置，则认为该断面为高风险断面，需要重点关注，即为脆弱点。

同时针对电网设定的预想故障集、自然灾害引发设备多重严重故障和连锁故障等问题，考虑二、三道防线自动装置的动作情况，进行失负荷量的统计分析。根据减供负荷比例与事故风险评级标准(事故评级标准由调度控制中心划定)，确定故障风险等级。综合考虑电网稳定裕度脆弱性指标和事故风险等级得到系统实时运行脆弱性指标。

在得到系统设备脆弱性评估结果、网络脆弱性评估结果、运行脆弱性评估结果后，在本地智能电网调度控制系统的集中监控画面的电网地理潮流图上分三个页面进行展示。以列表形式罗列脆弱性评估的详细信息，以贴片形式标注脆弱设备的等级以及地理位置，支持脆弱设备的定位。

多维度脆弱性评估是将系统的脆弱性、安全性、和经济性结合起来分析系统的安全稳定状况，通过量化的脆弱性指标和系统风险指标，定量评估系统运行的安全稳定水平，通过建立系统稳定性水平和运行参数之间的关系来指导调度决策。多维度脆弱性评估包含信息采集、脆弱源辨识、风险及脆弱性评估、风险预警、辅助决策等环节。从能量管理系统EMS、调度管理系统OMS、生产管理系统PMS、气象信息系统、设备监测系统、网络发令系统等获取所需的信息，考虑了气象环境、设备工况、设备状态、电网结构等风险因素。能够为调度运行人员及时掌握电网脆弱源和脆弱度状况、电网运行风险水平和优化控制风险决策提供支持，进一步增强安全生产的预控和驱动能力。电网的运行安全管理能从“事后分析型”向“事前防范型”转变，做到对电网运行风险的预测感知，以实现电网安全性、经济性与可靠性相互协调。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，建立电网脆弱性评估的多维度综合指标，并在本地智能电网调度控制系统的集中监控画面的电网地理潮流图上展示评估结果，以贴片形式标注脆弱设备的等级以及地理位置，多维度综合指标包括评估电网脆弱性，包括设备脆弱性评估、网络脆弱性评估和运行脆弱性评估，具体为：

设备脆弱性评估：读取调度控制系统的数据库，统计设备在过去一段时间内的越限次数、计划检修次数、故障次数、设备所连开关动作次数，计算设备脆弱性评估指标，得到设备脆弱等级；

网络脆弱性评估：根据电网实时运行状态，运用拓扑分析技术，搜索网络中联系薄弱的线路；在电网实时运行状态的基础上，根据预想故障集，分析故障是否造成解列；根据故障后的网络性能的变化，得出相应的脆弱性评估结果；

运行脆弱性评估：根据气象灾害性信息与电网实时运行状态，以及预想故障集，采用量化分析技术，分析电网是否存在断面越限、电压失稳和静态、暂态、动态稳定问题，并结合历史信息进行运行脆弱性评估，针对存在失负荷的情况，给出风险评级，指出电网运行的薄弱点。

2.根据权利要求1所述的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，设备脆弱性评估的输入信息，包含如下内容：

设备越限信息，按照发生时间、设备ID、越限状态、越限值进行描述；

设备检修信息，按照设备ID、计划开始时间、计划结束时间、实际开始时间、实际结束时间进行描述；

设备故障信息，安装故障时间、设备ID、故障相位、重合情况进行描述；

设备动作信息，按照发生时间、设备ID、开关状态进行描述；

其中设备越限次数与设备脆弱程度关系如下：

其中H_D1表示设备越限脆弱程度，K_D1表示过去一段时间内设备越限次数；

设备检修次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D2表示设备检修脆弱程度，K_D2表示过去一段时间内设备检修次数；设备动作次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D3表示设备动作脆弱程度，K_D3表示过去一段时间内设备非故障情况下的动作次数；设备故障次数以及设备脆弱程度关系如下：

其中H_D4表示设备故障脆弱程度，K_D4表示过去一段时间内设备故障次数；综合以上4个指标得出设备脆弱性指标如下：

K_D＝Max(K_D1,K_D2,K_D3,K_D4)。

3.根据权利要求2所述的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，设备脆弱性评估的输出信息为设备脆弱度信息，该信息按照设备ID、脆弱等级、脆弱情况备注进行描述。

4.根据权利要求1所述的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，网络脆弱性评估的输入信息，包含如下内容：

电网实时运行数据；

电网模型数据；

最小孤岛节点组成个数。

5.根据权利要求4所述的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，网络脆弱性评估的输出信息，包含如下内容：

网络薄弱关键设备；

孤岛组成设备；

孤岛设备个数；

孤岛发电总量信息；

孤岛负荷总量信息；

孤网稳定频率。

6.根据权利要求1所述的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，运行脆弱性评估的输入信息，包含如下内容：

电网实时分析结果，包括静态、暂态、动态、小干扰、短路电流、静态电压稳定、极限计算；

电网二、三道防线策略校核结果；

考虑自然灾害的风险评估结果；

连锁故障风险评估结果；

事故风险评级规则。

7.根据权利要求6所述的一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法，其特征在于，运行脆弱性评估的输出信息，包含如下内容：

电网实时运行脆弱性量化指标；

电网长期运行脆弱性信息；

电网事故后安全稳定裕度信息；

电网实时运行风险等级；

电网事故后切负荷总量；

电网事故减供负荷比例。