CN110175770A - 一种电网运行风险监视的可视化展示方法和展示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网运行风险监视的可视化展示方法和展示系统。其中，可视化展示方法包括如下步骤：1、确定电网运行中的内部影响因素和外部影响因素，组成风险来源；2、获取每一种风险影响因素的发生概率和风险危害值；3、建立风险评估体系，计算每一种风险影响因素的风险值；4、对监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值取最大值，作为所述监控地区的风险值；5、将风险值划分为多个等级，在电子地图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值等级。该方法兼顾电网运行中的内部因素和外部因素，可以对电网运行的风险进行更加全面的评估，并进行可视化展示。
Description
技术领域
本发明属于电网运行监控技术领域，具体涉及一种能够可视化监视电网运行风险的方法和系统。
背景技术
国内电网已发展成为新型的特高压交直流混联大电网。电网送受端、交直流、上下级间的耦合日趋紧密，交直流连锁故障风险日益凸显，传统的经验型调度模式难以满足大电网安全运行需要。同时，电网调度运行中在调度模式、安全管理模式、清洁能源消纳方式等面临巨大压力，对电网调度运行的精益化管理提出了更高要求。
关于电网的运行风险评估，国外学者已经做了大量的研究工作，并且取得了一定成果。国际大电网会议(CIGRE)发表了关于风险规划技术和工具的评述。北美电力可靠性委员会(NERC)发布了关于风险评估概念和框架的白皮书，试图建立量化内在风险和评估风险事件的方法，为标准制定、根源分析和事故分析提供依据，但是运行风险评估在电网中并未实用化。以上研究侧重于电网本身的风险，对电网外部环境导致的电网运行风险关注不够。
目前国内主要采用确定性方法进行安全性评估，对于保证电网安全稳定运行发挥了极为重要的作用。确定性方法以发生人为规定的预想故障场景(通常为N-1)后电网仍保持安全稳定运行为核心依据，仅限于人为梳理可能导致严重减供负荷的风险事件，明确重点运维设备，并没有引入概率分析和建立风险指标体系，未能反映不确定因素影响、各方面的风险程度和设备以外的风险成因。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电网运行风险监视的可视化展示方法，该方法兼顾电网运行中的内部因素和外部因素，可以对电网运行的风险进行更加全面的评估，并进行可视化展示。
技术方案：本发明一方面提供了一种电网运行风险监视的可视化展示方法，包括如下步骤：
(1)确定电网运行中的内部影响因素和外部影响因素，组成风险来源S＝{Si}；i＝1,2,…,N；N为风险影响因素种类数目；
(2)计算每一种风险影响因素Si的发生概率Pi和风险危害值Xi；
(3)建立风险评估体系，计算每一种风险影响因素的风险值Ri；
(4)对监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值取最大值，作为所述监控地区的风险值R；
(5)当Pi<1时，将风险值R划分为多个等级；当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别；在电子地图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值等级。
所述电网运行中的内部影响因素包括设备故障、系统运行工况。
所述电网运行中的外部影响因素包括自然环境恶化、人为失误。
每一种风险影响因素Si的发生概率Pi的计算方法为：
其中Qi＝ai×bi×ci×di×ei×fi×gi×hi×li×wi，ai为风险影响因素Si的设备类型因数，bi为Si的故障类别因数，ci为Si的历史数据统计因数，di为天气影响因数，ei为设备缺陷影响因数，fi为检修管理因数，gi为检修时间因数，hi为现场施工因数，li为控制措施因数，wi为操作风险因数。
每一种风险影响因素Si的风险危害值Xi获取方法包括如下步骤：
确定风险影响因素Si能够直接导致的事故，构成预想事故集其中为Si能够直接导致的事故，j＝1,2,…m，m为Si能够直接导致的事故总数；
计算的风险危害值其中表示事故的危害严重程度分值，表示事故的社会影响因数，表示事故的损失负荷或用户性质因数；
计算Si的风险危害值Xi，其中xi＝αi×βi×γi，αi表示Si的危害严重程度分值，βi表示Si的社会影响因数，γi表示Si的损失负荷或用户性质因数。
另一方面，本发明提供了一种电网运行风险监视的可视化展示系统，包括：电网风险信息采集模块、电网风险评估模块、可视化展示模块；
所述电网风险信息采集模块用于采集电网运行中的风险影响因素Si，获取每一种风险影响因素Si的发生概率Pi和风险危害值Xi；i＝1,2,…,N，N为风险影响因素种类数目；
电网风险评估模块用于建立风险评估体系，计算监控地区的风险值R及对应的风险值等级；
其中所述监控地区的风险值R为监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值Ri的最大值Rimax，风险值Ri的计算如下：
当Pi<1时，将风险值R划分为多个等级；当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别；
可视化展示模块根据监控地区的风险值R得到风险值等级，在全景图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值等级。
可视化展示模块的展示方式包括：列表、仪表盘、雷达图、棒图、饼图、趋势图、动画、等高线图中的一种或多种。
作为一种优化，所述电网运行风险监视的可视化展示系统还包括：电网架构展示模块、电网实时运行指标展示模块、电网实时应用分析结果展示模块、电网发展规划信息展示模块、变电站集中监控信息展示模块、电网运行检修信息展示模块中的一种或多种。
有益效果：与现有技术相比，本发明公开的电网运行风险监视的可视化展示方法与展示系统，通过分析电网运行中的内部因素和外部因素，建立风险评估体系，对电网运行风险进行综合量化评估，并将结果进行可视化展示，为电网调度运行提供精细化辅助决策，提升电网风险防御能力，满足电网调度运行人员全面了解、掌握电网运行风险的需要，为防范电网事故的发生提供技术支撑，是保障电力系统安全稳定运行的基础。
附图说明
图1为本发明公开的电网运行风险监视的可视化展示方法的流程图；
图2为本发明公开的电网运行风险监视的可视化展示系统的架构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1所示，一种电网运行风险监视的可视化展示方法，包括如下步骤：
步骤1、确定电网运行中的内部影响因素和外部影响因素，组成风险来源S＝{Si}；i＝1,2,…,N；N为风险影响因素种类数目；
电网运行中的内部影响因素包括设备故障、系统运行工况；外部影响因素包括自然环境恶化、人为失误。
电网运行风险信息采集，电网安全稳定运行受到多种不确定因素影响(即风险来源)，可从设备、自然环境、运行工况和人的因素等多视角全方面的进行风险分析评估。主要采集内容包括外部环境、系统运行信息、设备信息和人员操作信息；其中外部环境包括气象实况、微气象、雷电、恶劣天气预警等；系统运行信息包括网络拓扑、节点电压、节点负荷、发电出力、线路和变压器潮流、检修计划、负荷变动等；设备信息包括设备参数、历史故障情况、所属管辖单位等；人员操作信息包括工作票，检修计划等。将各类采集到的信息按照风险辨识和风险评估环节所需格式进行加工、转换和存储，保证数据的有效和充分。
步骤2、计算每一种风险影响因素Si的发生概率Pi和风险危害值Xi；
每一种风险影响因素Si的发生概率Pi的计算方法为：
其中Qi＝ai×bi×ci×di×ei×fi×gi×hi×li×wi，ai为风险影响因素Si的设备类型因数，bi为Si的故障类别因数，ci为Si的历史数据统计因数，di为天气影响因数，ei为设备缺陷影响因数，fi为检修管理因数，gi为检修时间因数，hi为现场施工因数，li为控制措施因数，wi为操作风险因数。
各种风险影响因素的设备类型因数、故障类别因数、历史数据统计因数、天气影响因数、设备缺陷影响因数、检修管理因数、检修时间因数、现场施工因数、控制措施因数、操作风险因数在《中国南方电网有限责任公司企业标准》中有具体的定义，可以通过查表获取。
每一种风险影响因素Si的风险危害值Xi获取方法包括如下步骤：
确定风险影响因素Si能够直接导致的事故，构成预想事故集其中为Si能够直接导致的事故，j＝1,2,…m，m为Si能够直接导致的事故总数；
计算的风险危害值其中表示事故的危害严重程度分值，表示事故的社会影响因数，表示事故的损失负荷或用户性质因数；
计算Si的风险危害值Xi，其中xi＝αi×βi×γi，αi表示Si的危害严重程度分值，βi表示Si的社会影响因数，γi表示Si的损失负荷或用户性质因数。
各种事故或风险的危害严重程度分值、社会影响因数、损失负荷或用户性质因数在《中国南方电网有限责任公司企业标准》中有具体的定义，可以通过查表获取。
步骤3、建立风险评估体系，计算每一种风险影响因素的风险值Ri；
步骤4、对监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值取最大值，作为所述监控地区的风险值R；
步骤5、当Pi<1时，将风险值R划分为多个等级；当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别；在电子地图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值等级。
本实施例中，根据电网风险值大小，电网风险分为六级，具体划分标准如下：
a.Ⅰ级风险：风险值≥1500；
b.Ⅱ级风险：800≤风险值＜1500；
c.Ⅲ级风险：120≤风险值＜800；
d.Ⅳ级风险：20≤风险值＜120；
e.Ⅴ级风险：5≤风险值＜20；
f.Ⅵ级风险：0≤风险值＜5。
当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别Ⅰ级。
如图2所示，本发明公开的电网运行风险监视的可视化展示系统包括：电网风险信息采集模块2、电网风险评估模块1、可视化展示模块；
其中电网风险信息采集模块用于采集电网运行中的风险影响因素Si，获取每一种风险影响因素Si的发生概率Pi和风险危害值Xi；
各类数据来源于不同的数据源，包括SCADA/能量管理系统(EMS)、暂态稳定分析(TSA)、广域测量系统(WAMS)、调度管理系统(OMS)、调度交易计划系统(TMS)、生产管理系统(PMS)、综合数据平台(IDP)、雷电定位、覆冰监测等应用系统。
电网风险评估模块用于建立风险评估体系，计算监控地区的风险值R及对应的风险值等级；其中所述监控地区的风险值R为监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值Ri的最大值，风险值Ri的计算如下：
当Pi<1时，将风险值R划分为多个等级；当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别；
所述可视化展示模块在电子地图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值R及对应的风险值等级。
本实施例中，可视化展示模块对不同风险值等级采用不同颜色进行显示，具体为：
Ⅰ级风险：红色；Ⅱ级风险：橙色；Ⅲ级风险：黄色；Ⅳ级风险：蓝色；Ⅴ级风险：白色；Ⅵ级风险：透明色。
可视化展示模块的展示方式包括：列表、仪表盘、雷达图、棒图、饼图、趋势图、动画、等高线图中的一种或多种。
本发明公开的电网运行风险监视的可视化展示系统还包括：电网架构展示模块、电网实时运行指标展示模块、电网实时应用分析结果展示模块、电网发展规划信息展示模块、变电站集中监控信息展示模块、电网运行检修信息展示模块中的一种或多种。
(一)、电网架构展示模块
电网架构展示模块展示的内容包括地理潮流图和电气潮流图。在地理潮流图中展示厂站的分布和线路信息，在电气潮流图中主要展示厂站和线路之间的连接关系和潮流走向。线路信息包括线路中的功率，潮流流向，越限情况等。
(二)、电网实时运行指标展示模块
电网实时运行指标展示模块展示的内容包括电网频率，电压等高线，发电构成，重要断面监视，旋转备用，电网及分区负荷、出力、送受电对比，设备的故障、越限信息(线路的电流重载、变电站重载)等，具体展示方式如下：
1、电网频率：实时展示频率数据的变化范围，当数值超过50Hz±0.2Hz时，进行越限告警提示，可采用曲线或音频棒图来展示；
2、电压等高线：展示区域范围内的电压分布情况，采用不同的颜色显示不同等级的电压，便于发现处于异常范围内的电压；
3、发电构成：展示不同类型的发电数量，以显示不同类型的发电在总发电中的比重，可以采用饼图或棒图来展示；
4、电网及分区负荷、出力、送受电对比：展示各区域的负荷、出力、送受电情况，突出三者之间的关系，可以采用棒图或曲线来展示；
5、负荷：展示各区域的实时负荷信息，以便调控人员及时了解当前负荷状况，可以采用棒图或曲线来展示；
6、重要断面监视：展示断面的当前值和限值，实现越限告警及接近限值预警，可以采用信息表格或棒图来展示；
7、旋转备用：展示上旋备和下旋备，需要表达出旋备和当前出力的关系，可以采用饼图或刻度盘来表示；
8、设备的故障：当故障发生时在潮流图上放大显示故障设备间隔图或故障线路两侧开关间隔图、凸显本次故障所影响范围以及所导致的潮流变化，自动搜索并凸显故障设备或者线路的供电路径，将故障影响范围提示调度员；屏幕左侧作为联动区，协同展示故障详细信息(故障三维简报以及厂站图、间隔图联动)，包括线路跳闸、发电机故障、变压器故障、母线故障等多种故障形式的可视化展示；
9、越限信息：当越限发生时在一体化潮流图上自动用棒图展示断面当前值和限值，以及调节断面的厂站灵敏度排序，并且可附加闪烁定位等效果提示调度员注意；联动区详细展示越限断面的构成情况和调节断面的具体方法，显示辅助决策具体调节机组及调节容量。
(三)、电网实时应用分析结果展示模块
电网实时应用分析结果展示模块展示的内容包括网络分析、安全稳定分析与预警、自动发电量控制(AGC)等应用。网络分析展示的内容包括状态估计计算结果、静态安全分析计算结果等，具体展示方式如下：
1、状态估计计算结果：展示状态估计计算的合格率，并对计算结果进行优良提示，可以采用刻度盘进行展示；
2、静态安全分析计算结果：展示有害开断的个数，设备越限的个数，越限的百分比，可以采用刻度盘进行展示；
3、安全稳定分析与预警展示内容包括暂态稳定分析、稳定裕度分析、小干扰分析、短路电流分析、电压稳定分析等，具体展示方式如下：
(3-1)暂态稳定分析：展示暂态稳定状态下失稳故障的个数，可采用表格进行展示；
(3-2)稳定裕度分析：展示断面的越限百分比，可采用曲线、等半径饼图或雷达图来展示；
(3-3)小干扰分析：展示系统在小干扰作用下的阻尼比，振荡的机组，最低阻尼比及对应的频率，可采用曲线进行展示；
(3-4)短路电流分析：展示最大短路电流元件和短路电流值，单相短路电流和三相短路电流，可采用曲线进行展示；
(3-5)电压稳定分析：展示电压的有功裕度，灵敏度最大母线，最低电压母线，可采用曲线进行展示。
4、自动发电量控制(AGC)：展示区域控制误差(ACE)考核指标，可采用曲线进行展示。
(四)、电网发展规划信息展示模块
电网发展规划信息展示模块展示的内容主要包括装机及发电情况、用电情况和输变电情况。
1、装机及发电情况：装机及发电情况展示包括装机情况和发电情况；装机情况展示的内容包括各类统调电厂个数、总装机容量、统调装机容量、装机增长情况、各类电源装机容量占比、各类型电厂的分布情况；发电情况展示的内容包括各类电厂的当前出力，总出力，各类能源发电量占比，发电量增长情况；装机及发电情况可以采用饼图、柱形图、气泡图等可视化图元来展示；
2、用电情况：用电情况展示的内容包括负荷分布情况，实时用电信息，各产业用电占比，各产业电量增长情况，各区域实时负荷，各区域最高负荷对比；用电情况可以采用饼图、柱形图、气泡图等可视化图元来展示；
3、输变电情况：电网输变电情况展示的内容包括电网的网架结构，潮流图，线路长度增长情况，线路条数增长情况，变电站个数增长情况，变电站容量增长情况；输变电情况可以采用地理潮流图、电气潮流图、柱形图等可视化图元或可视化展示手段来展示。
(五)、变电站集中监控信息展示模块
变电站集中监控信息展示模块展示的内容包括厂站信息、设备状态、告警信息和工业视频。
1、厂站信息：厂站信息展示的内容包括变电站画面、厂站的设备间隔图、变电站设备运行监测等信息；厂站信息可以采用二维单线图、间隔图、三维虚拟现实图形等可视化展示手段来展示；
2、设备状态：设备状态展示的内容包括主变负载率、线路负载率、主变功率因素、主变的油温等信息；设备状态可以采用信息表格、饼图、温度计图元等可视化展示手段来展示；
3、告警信息：告警信息展示的内容包括各变电站的事故、异常、越限、变位等信息，各类型告警信号数量统计，各厂站告警数量排行；告警信息可以采用柱形图、信息表格等可视化图元来展示；
4、工业视频：工业视频展示的内容是所监控的厂站的视频信息；工业视频可以采用视频画面来展示。
(六)、电网运行检修信息展示模块
电网运行检修信息展示模块展示内容包括线路检修和设备检修。
1、线路检修：线路检修展示的内容包括线路检修的时间和检修进度，发电厂变电站的接线方式；
2、线路检修可以采用甘特图、厂站检修接线图等可视化手段来展示；
3、设备检修：设备检修展示的内容包括检修设备的总容量和总台数，设备的检修时间和检修进度；
4、设备检修信息可以采用甘特图来展示。
电网运行时，以风险来源为基础，遴选风险发生场景，对相应的风险因素进行实时监视与评估，当监测到风险时，以可视化的方式告知风险预警信息，同时给出风险管控措施，供电网运行维护人员参考和决策。同时，通过风险评估可以控制风险，用最小代价将风险控制在可接受范围内，以小的控制代价使风险最大程度降低是优化控制决策的目标。对于反映电网运行风险的数据进行分类，结合可视化展示图元和可视化展示手段制定可视化展示方案，依据展示要求进行信息展示。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种电网运行风险监视的可视化展示方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定电网运行中的内部影响因素和外部影响因素，组成风险来源S＝{Si}；i＝1,2,…,N；N为风险影响因素种类数目；
(2)计算每一种风险影响因素Si的发生概率Pi和风险危害值Xi；
(3)建立风险评估体系，计算每一种风险影响因素的风险值Ri；
(4)对监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值Ri取最大值，作为所述监控地区的风险值R；
(5)当Pi<1时，将风险值R划分为多个等级；当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别；在电子地图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值等级。
2.根据权利要求1所述的电网运行风险监视的可视化展示方法，其特征在于，所述电网运行中的内部影响因素包括设备故障、系统运行工况。
3.根据权利要求1所述的电网运行风险监视的可视化展示方法，其特征在于，所述电网运行中的外部影响因素包括自然环境恶化、人为失误。
4.根据权利要求1所述的电网运行风险监视的可视化展示方法，其特征在于，每一种风险影响因素Si的发生概率Pi的计算方法为：
其中Qi＝ai×bi×ci×di×ei×fi×gi×hi×li×wi，ai为风险影响因素Si的设备类型因数，bi为Si的故障类别因数，ci为Si的历史数据统计因数，di为天气影响因数，ei为设备缺陷影响因数，fi为检修管理因数，gi为检修时间因数，hi为现场施工因数，li为控制措施因数，wi为操作风险因数。
5.根据权利要求1所述的电网运行风险监视的可视化展示方法，其特征在于，每一种风险影响因素Si的风险危害值Xi获取方法包括如下步骤：
确定风险影响因素Si能够直接导致的事故，构成预想事故集其中为Si能够直接导致的事故，j＝1,2,…m，m为Si能够直接导致的事故总数；
计算的风险危害值其中表示事故的危害严重程度分值，表示事故的社会影响因数，表示事故的损失负荷或用户性质因数；
计算Si的风险危害值Xi，其中xi＝αi×βi×γi，αi表示Si的危害严重程度分值，βi表示Si的社会影响因数，γi表示Si的损失负荷或用户性质因数。
6.一种电网运行风险监视的可视化展示系统，其特征在于，包括：电网风险信息采集模块、电网风险评估模块、可视化展示模块；
所述电网风险信息采集模块用于采集电网运行中的风险影响因素Si，获取每一种风险影响因素Si的发生概率Pi和风险危害值Xi；i＝1,2,…,N，N为风险影响因素种类数目；
所述电网风险评估模块用于建立风险评估体系，计算监控地区的风险值R及对应的风险值等级；
其中所述监控地区的风险值R为监控地区的电网运行所有风险影响因素的风险值Ri的最大值，风险值Ri的计算如下：
当Pi<1时，将风险值R划分为多个等级；当Pi＝1时，风险值R等级设为最高级别；
所述可视化展示模块在电子地图中显示所述监控地区的电网运行中风险影响因素的风险值R及对应的风险值等级。
7.根据权利要求6所述的电网运行风险监视的可视化展示系统，其特征在于，可视化展示模块的展示方式包括：列表、仪表盘、雷达图、棒图、饼图、趋势图、动画、等高线图中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的电网运行风险监视的可视化展示系统，其特征在于，还包括：电网架构展示模块、电网实时运行指标展示模块、电网实时应用分析结果展示模块、电网发展规划信息展示模块、变电站集中监控信息展示模块、电网运行检修信息展示模块中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的电网运行风险监视的可视化展示系统，其特征在于，可视化展示模块对不同风险值等级采用不同颜色进行显示。
10.根据权利要求6所述的电网运行风险监视的可视化展示系统，其特征在于，所述电子地图为全景图。
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