CN109472459A - 计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，属于电力电网领域。该方法根据自动化系统中获取的设备操作任务及电网实时运行信息，以降低电网检修风险损失期望和操作人员等待时间成本为目标，实现对电网操作任务执行顺序的优化。本发明考虑电网安全及人力、物资资源等约束条件，可为调度员的操作决策提供合理化建议，有助于提高电网运行可靠性和调度公平性，适用于各级调度机构。

Description

计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法

技术领域

本发明涉及计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，属于电力电网领域。

背景技术

随着电网规模的增大，电力设备停、复电操作与日俱增，而调度机构同时执行的操作任务数量不能无限制增加，必须进行合理的管控。调度员同时面对多项操作任务时，若任务执行顺序安排不合理，可能导致如下两种不利局面：①重要操作不及时，导致停电时间延长，风险损失增加；②操作人员等待时间过长，调度部门可能面临现场人员的质疑和投诉。

对繁重的操作任务执行顺序进行优化，可有效提高电网运行可靠性，促进电网安全、稳定运行，同时能兼顾电网检修风险和操作人员等待时间两个因素，确保调度业务开展的公平性。如何量化电网检修风险和操作人员等待时间成本，进而实现操作任务执行顺序的优化，已成为调度运行管理中亟待解决的问题。

目前，优化操作任务执行顺序的方法主要有如下两类：

1)基于实时运行风险管控的电网操作任务优化方法。该类方法对电网电气连接图进行拓扑分析，通过构建电力系统树结构图，计算得出最小综合风险指标值所对应的供电路径作为电网运行在最安全状态的操作序列。

2)按照时间排序的操作任务执行顺序。这类方法主要参考计划检修和设备满足复电操作的时间确定操作顺序，即按照“先到先操作”的原则执行。

现有的电网操作任务执行顺序优化方法中，很少考虑风险的时间效应，均侧重考虑风险发生的直接后果。电网运行风险点发生故障存在随机性，应该同时考虑事故发生概率和风险延续时间。同时，风险损失期望和人员等待时间成本作为判断操作任务“优先程度”的两个重要因素，目前鲜有成果同时将以上两项指标量化并共同作为任务排序的依据。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，针对以上问题，本发明旨在实现以下目的：

(1)实现对风险损失期望和人员等待时间成本的量化，其中风险损失期望的计算将事故发生概率、后果和风险延续时间纳入考虑；

(2)将电网变动检修风险损失和人员等待时间作为判断操作任务“优先程度”的依据，实现多项任务执行顺序的优化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，该方法包括以下步骤：

S1：基础数据收集；

S2：电网变动检修风险损失计算；

S3：操作人员等待成本；

S4：操作任务顺序确定；

S5：约束条件校核。

进一步，所述步骤S1具体为：

基础数据包括操作任务信息，电网、设备状态信息、电网约束及操作人员到站情况方面，通过能量管理系统(EMS)和调度运行管理系统(OMS)自动获取；

1)操作任务信息：动态统计，每10min更新一次，调管范围内因计划检修工作需要变更设备状态的任务列表，并注明待操作设备的始、末状态要求；其中，停电设备需统计计划操作时间，事故处置、缺陷处理等紧急操作优先处置，不参与排序；

2)电网运行方式及设备状态信息：电网运行方式包含电网联络线运行状态，区域电网开口点信息、机炉运行方式；设备状态信息包含调管范围停运设备列表、缺陷信息信息；电网实时信息通过EMS系统、D5000自动化监控系统获取；

3)设备停运风险信息：调度部门在批复计划检修工作时，会对设备停运后的电网运行风险进行评估，并检修申请单中批注；设备停运的风险信息在OMS系统中获取；

4)安全约束条件：电网安全约束信息包含断面控制要求、线路热稳定极限、主变额定功率、节点电压控制要求，安全约束信息由EMS系统、D5000等自动化监控系统获取；

5)操作人员信息：监控中心、巡维中心的人员接到调度部门通知的操作任务后安排人员到站，各侧人员均到位满足操作条件后通过OMS系统向调度机构反馈等待操作人数。

进一步，所述步骤S2具体为：

电网检修风险损失期望是指电力设备检修后，电网发生“N-1”故障导致电厂弃风、弃水，用户供电中止造成的经济损失的期望值；因不可避免的因素造成的检修风险损失称为固定检修风险损失；变动检修风险损失是相对固定检修风险损失提出来的，含义是具备送电条件的电力设备因调度操作推延导致停电时间延长而增加的检修风险损失；

横坐标表示时间，其中t₀为设备停电时间，t₁、t₂分别为设备具备操作条件和实际开始操作的时刻；纵坐标表示设备检修风险损失期望，其中E_b为固定检修风险损失期望，E_v为变动检修风险损失期望；

不考虑检修工作完成时间与停电时间之间的关联，即认为停电操作时间延误不会导致动检修风险损失期望增加；

检修风险损失L_main包含三部分：

①电网发生“N-1”故障导致电厂弃水、弃风和弃光的损失L_disc；

②电网发生“N-1”故障导致用户供电中止的停电损失L_loss，即：

L_main＝L_disc+L_loss (1)

其中，

式(2)中，M、N分别表示“N-1”故障导致直接发生弃水、弃风、弃光的并网电厂集合和供电中止的用户集合；Cd_i表示电厂i单位电量的平均收益；Cl_j表示用户j损失供电导致的经济损失；Dl_j为用户j的重要等级修正系数；p_i(t)、p_j(t)分别为电厂i和用户j的负荷预测曲线；

设备风险损失以量化的风险值为指标，不仅要考虑设备故障导致的总损失，还要考虑其发生的可能性，也就是设备发生故障的概率，其表达式为：

式中，K表示检修方式下电网独立风险点的集合，F(k)表示风险点k对应设备在变动停电时段内的故障概率；F(k)的与设备健康指数相关，通过设备故障率λ(t)进行求解，其表达为：

式中，R(t)表示设备可靠度。

进一步，所述步骤S3具体为：

操作人员等待成本是指因待操作设备各侧均满足操作条件后，因调度操作延误导致现场人员等待造成的间接经济损失，与现场等待人数、时长相关，其表达式为：

式中，N_p表示等待总人数；表示单位时间人均工作价值；t₁、t₂分别表示设备满足操作条件的时刻和开始操作时刻。

进一步，所述步骤S4具体为：

为实现操作任务的排序，引入操作任务优先指数用以表征设备操作的优先程度，越大表明操作任务优先级越高，反之越低；任务优先指数与电网变动检修风险损失和人员时间成本两个因素相关，由于两者数量级的差别，需人为设定两者的影响系数；操作任务优先指数的数学模型如下：

式中，k_e、k_d分别表示变动检修风险损失和人员等待时间成本的影响系数，两者之和为1；

求解出所有待操作设备的操作任务优先指数后，对其由大至小进行排序得到初始操作任务序列表。

进一步，所述步骤S5具体为：

1)电网安全约束

①设备传输容量约束

式(7)中，P_i、Q_i分别为支路i流过的有功功率和无功功率，支路i允许流过的最大容量；

②断面控制约束

式中X_j表示断面j的实际值，表示断面j的控制值；

③节点电压约束

V_i ^min＜V_i＜V_i ^max (9)

式(9)中，V_i ^min为区域配网节点下限；V_i ^max区域配网节点上限；

2)操作人员约束

由于监控中心的人力有限，同一变电站或者监控所辖设备能同时操作的任务数量应在实际允许范围内，在确定操作任务顺序过程需考虑人力、物力限制；

式中N为同一监控中心同时可操作的任务总数；Z_max为第t时段所能同时执行的操作任务的上限；

约束条件需要根据实际情况进行考虑，物资、天气因素等约束条件根据需要增设；若约束条件校核未通过，该项操作任务暂不执行，需跳操作项任务优先指数处于次高的操作任务。

本发明的有益效果是：

(1)发明中提出了电网变动检修风险损失概念，用以量化电网检修形成风险点对应的电网经济损失的期望值；

(2)本发明构建了一种计及变动检修风险损失和人员等待时间的电网操作任务优化方法。基于该方法可实现对操作任务顺序的优化，指导调度员合理安排操作任务。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明流程图；

图2为电网固定检修风险损失期望与变动检修风险损失期望。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的技术思路是：首先，在OMS系统中采集操作任务、电网风险及人员到站信息，在EMS系统中采电网运行信息和设备状态信息；其次，对各项操作任务的电网变动检修风险损失和现场操作人员等待时长两个因素进行量化，并实现对操作任务的初始序列；最后，对任务初始序列进行相关约束校核，若通过校核则生成最终操作序列，若未通过校核则对序列进行调整后再次校核，直到通过校核为止。

按照该实施思路，本发明的实施流程如图1所示，包括如下步骤：

(1)基础数据收集

(2)电网变动检修风险损失计算

(3)操作人员等待成本

(4)操作任务顺序确定

(5)约束条件校核

(1)基础数据收集

基础数据包括操作任务信息，电网、设备状态信息，电网约束及操作人员到站情况等几方面，主要通过能量管理系统(EMS)和调度运行管理系统(OMS)自动获取。

1)操作任务信息。动态统计(每10min更新一次)调管范围内因计划检修工作需要变更设备状态的任务列表，并注明待操作设备的始、末状态要求。其中，停电设备需统计计划操作时间，事故处置、缺陷处理等紧急操作优先处置，不参与排序。目前，大部分省区的电网操作任务信息可通过OMS系统获取。

2)电网运行方式及设备状态信息。电网运行方式包含电网联络线运行状态，区域电网开口点信息、机炉运行方式等；设备状态信息包含调管范围停运设备列表、缺陷信息等信息。上述电网实时信息可通过EMS系统、D5000等自动化监控系统获取。

3)设备停运风险信息。调度部门在批复计划检修工作时，会对设备停运后的电网运行风险进行评估，并检修申请单中批注。设备停运的风险信息也可以在OMS系统中获取。

4)安全约束条件。电网安全约束信息包含断面控制要求、线路热稳定极限、主变额定功率、节点电压控制要求等，安全约束信息可由EMS系统、D5000等自动化监控系统获取。

5)操作人员信息。随着调控一体化的全面推进，绝大部分变电站已采用无人值守模式，有操作任务时才安排人员到站。监(集)控中心、巡维中心的人员接到调度部门通知的操作任务后安排人员到站，各侧人员均到位满足操作条件后通过OMS系统向调度机构反馈等待操作人数。

(2)电网变动检修风险损失期望计算

电网检修风险损失期望是指电力设备检修后，电网发生“N-1”故障导致电厂弃风、弃水，用户供电中止造成的经济损失的期望值。因检修工作开展、设备停复电操作等不可避免的因素造成的检修风险损失称为固定检修风险损失。变动检修风险损失是相对固定检修风险损失提出来的，其含义是具备送电条件的电力设备因调度操作推延导致停电时间延长而增加的检修风险损失。

图2中，横坐标表示时间，其中t₀为设备停电时间，t₁、t₂分别为设备具备操作条件和实际开始操作的时刻；纵坐标表示设备检修风险损失期望，其中E_b为固定检修风险损失期望，E_v为变动检修风险损失期望。本发明中，不考虑检修工作完成时间与停电时间之间的关联，即认为停电操作时间延误不会导致动检修风险损失期望增加。

检修风险损失(L_main)包含三部分：①电网发生“N-1”故障导致电厂弃水、弃风、弃光等的损失(L_disc)；②电网发生“N-1”故障导致用户供电中止的停电损失(L_loss)，即：

L_main＝L_disc+L_loss (1)

其中，

式(2)中，M、N分别表示“N-1”故障导致直接发生弃水、弃风、弃光的并网电厂集合和供电中止的用户集合；Cd_i表示电厂i单位电量的平均收益；Cl_j表示用户j损失供电导致的经济损失；Dl_j为用户j的重要等级修正系数；p_i(t)、p_j(t)分别为电厂i和用户j的负荷预测曲线。

设备风险损失以量化的风险值为指标，不仅要考虑设备故障导致的总损失，还要考虑其发生的可能性，也就是设备发生故障的概率，其表达式为：

式中，K表示检修方式下电网独立风险点的集合，F(k)表示风险点k对应设备在变动停电时段内的故障概率。F(k)的与设备健康指数相关，可通过设备故障率λ(t)进行求解，其表达为：

式中，R(t)表示设备可靠度，λ(t)求解公式详见文献：[1]HUGHES D,DENNIS G,WALKER J,et al.Condition based risk management(CBRM)-enabling asset conditioninformation to be central to corporate decision making[C]//Proceedings of the1st Word Congress on Engineering Asset Management.Gold Coast,Australia:WCEAM,2006:1212-1217.

[2]霍明雷,刘艳,杨林.计及风险损失的配电设备检修方式选择[J].电力系统保护与控制,42(19):100-106；

(3)操作人员等待成本

操作人员等待成本是指因待操作设备各侧均满足操作条件后，因调度操作延误导致现场人员等待造成的间接经济损失，与现场等待人数、时长相关，其表达式为：

式中，N_p表示等待总人数；表示单位时间人均工作价值；t₁、t₂分别表示设备满足操作条件的时刻和开始操作时刻。

(4)操作任务顺序确定

为了实现操作任务的排序，本发明引入操作任务优先指数用以表征设备操作的优先程度，越大表明操作任务优先级越高，反之越低。任务优先指数与电网变动检修风险损失和人员时间成本两个因素相关，由于两者数量级的差别，需人为设定两者的影响系数。操作任务优先指数的数学模型如下：

式中，k_e、k_d分别表示变动检修风险损失和人员等待时间成本的影响系数，两者之和为1。

求解出所有待操作设备的操作任务优先指数后，对其由大至小进行排序即可得到初始操作任务序列表。

(5)约束条件校核

1)电网安全约束

①设备传输容量约束

式(7)中，P_i、Q_i分别为支路i流过的有功功率和无功功率，支路i允许流过的最大容量。

②断面控制约束

式中X_j表示断面j的实际值，表示断面j的控制值；

③节点电压约束

V_i ^min＜V_i＜V_i ^max (9)

式(9)中，V_i ^min为区域配网节点下限；V_i ^max区域配网节点上限。

2)操作人员约束

由于监控(集控)中心的人力有限，同一变电站或者监控(集控)所辖设备能同时操作的任务数量应在实际允许范围内，在确定操作任务顺序过程需考虑人力、物力限制。

式中N为同一监控(集控)中心同时可操作的任务总数；Z_max为第t时段所能同时执行的操作任务的上限。

约束条件需要根据实际情况进行考虑，物资、天气因素等约束条件可根据需要增设。若约束条件校核未通过，该项操作任务暂不执行，需跳操作项任务优先指数处于次高的操作任务。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：基础数据收集；

S2：电网变动检修风险损失计算；

S3：操作人员等待成本；

S4：操作任务顺序确定；

S5：约束条件校核。

2.根据权利要求1所述的计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：

基础数据包括操作任务信息，电网、设备状态信息、电网约束及操作人员到站情况方面，通过能量管理系统(EMS)和调度运行管理系统(OMS)自动获取；

1)操作任务信息：动态统计，每10min更新一次，调管范围内因计划检修工作需要变更设备状态的任务列表，并注明待操作设备的始、末状态要求；其中，停电设备需统计计划操作时间，事故处置、缺陷处理等紧急操作优先处置，不参与排序；

2)电网运行方式及设备状态信息：电网运行方式包含电网联络线运行状态，区域电网开口点信息、机炉运行方式；设备状态信息包含调管范围停运设备列表、缺陷信息信息；电网实时信息通过EMS系统、D5000自动化监控系统获取；

3)设备停运风险信息：调度部门在批复计划检修工作时，会对设备停运后的电网运行风险进行评估，并检修申请单中批注；设备停运的风险信息在OMS系统中获取；

4)安全约束条件：电网安全约束信息包含断面控制要求、线路热稳定极限、主变额定功率、节点电压控制要求，安全约束信息由EMS系统、D5000等自动化监控系统获取；

5)操作人员信息：监控中心、巡维中心的人员接到调度部门通知的操作任务后安排人员到站，各侧人员均到位满足操作条件后通过OMS系统向调度机构反馈等待操作人数。

3.根据权利要求1所述的计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：

电网检修风险损失期望是指电力设备检修后，电网发生“N-1”故障导致电厂弃风、弃水，用户供电中止造成的经济损失的期望值；因不可避免的因素造成的检修风险损失称为固定检修风险损失；变动检修风险损失是相对固定检修风险损失提出来的，含义是具备送电条件的电力设备因调度操作推延导致停电时间延长而增加的检修风险损失；

横坐标表示时间，其中t₀为设备停电时间，t₁、t₂分别为设备具备操作条件和实际开始操作的时刻；纵坐标表示设备检修风险损失期望，其中E_b为固定检修风险损失期望，E_v为变动检修风险损失期望；

不考虑检修工作完成时间与停电时间之间的关联，即认为停电操作时间延误不会导致动检修风险损失期望增加；

检修风险损失L_main包含三部分：

①电网发生“N-1”故障导致电厂弃水、弃风和弃光的损失L_disc；

②电网发生“N-1”故障导致用户供电中止的停电损失L_loss，即：

L_main＝L_disc+L_loss (1)

其中，

式(2)中，M、N分别表示“N-1”故障导致直接发生弃水、弃风、弃光的并网电厂集合和供电中止的用户集合；Cd_i表示电厂i单位电量的平均收益；Cl_j表示用户j损失供电导致的经济损失；Dl_j为用户j的重要等级修正系数；p_i(t)、p_j(t)分别为电厂i和用户j的负荷预测曲线；

设备风险损失以量化的风险值为指标，不仅要考虑设备故障导致的总损失，还要考虑其发生的可能性，也就是设备发生故障的概率，其表达式为：

式中，K表示检修方式下电网独立风险点的集合，F(k)表示风险点k对应设备在变动停电时段内的故障概率；F(k)的与设备健康指数相关，通过设备故障率λ(t)进行求解，其表达为：

式中，R(t)表示设备可靠度。

4.根据权利要求1所述的计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：

操作人员等待成本是指因待操作设备各侧均满足操作条件后，因调度操作延误导致现场人员等待造成的间接经济损失，与现场等待人数、时长相关，其表达式为：

式中，N_p表示等待总人数；表示单位时间人均工作价值；t₁、t₂分别表示设备满足操作条件的时刻和开始操作时刻。

5.根据权利要求1所述的计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：

为实现操作任务的排序，引入操作任务优先指数用以表征设备操作的优先程度，越大表明操作任务优先级越高，反之越低；任务优先指数与电网变动检修风险损失和人员时间成本两个因素相关，由于两者数量级的差别，需人为设定两者的影响系数；操作任务优先指数的数学模型如下：

式中，k_e、k_d分别表示变动检修风险损失和人员等待时间成本的影响系数，两者之和为1；

求解出所有待操作设备的操作任务优先指数后，对其由大至小进行排序得到初始操作任务序列表。

6.根据权利要求1所述的计及变动检修风险和等待时间的电网操作任务优化方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：

1)电网安全约束

①设备传输容量约束

式(7)中，P_i、Q_i分别为支路i流过的有功功率和无功功率，支路i允许流过的最大容量；

②断面控制约束

式中X_j表示断面j的实际值，表示断面j的控制值；

③节点电压约束

V_i ^min＜V_i＜V_i ^max (9)

式(9)中，V_i ^min为区域配网节点下限；V_i ^max区域配网节点上限；

2)操作人员约束

由于监控中心的人力有限，同一变电站或者监控所辖设备能同时操作的任务数量应在实际允许范围内，在确定操作任务顺序过程需考虑人力、物力限制；

式中N为同一监控中心同时可操作的任务总数；Z_max为第t时段所能同时执行的操作任务的上限；

约束条件需要根据实际情况进行考虑，物资、天气因素等约束条件根据需要增设；若约束条件校核未通过，该项操作任务暂不执行，需跳操作项任务优先指数处于次高的操作任务。