CN111191872B - 一种电网多维度韧性评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种电网多维度韧性评估系统及方法，结合电网具体实际运行情况，从电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及组织管理四个维度出发，构建应对极端自然灾害的多维度韧性评估指标体系，并基于该指标体系构建电网多维度韧性评估系统，可以全方位对电网抵抗灾害的能力进行综合评价，分析韧性指标与电网运行状态的关联关系，找出提升电网韧性的关键环节，为电力系统防灾减灾规划提供有效指导。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及了一种电网多维度韧性评估系统及方法。
背景技术
从全球范围来看，极端外部灾害事件，如地震、火灾、海啸等，对电网安全可靠运行造成了灾难性损害；这类灾难发生的概率虽小，但其造成的社会经济损失却可能极为巨大；为了衡量系统应对小概率、大影响事件的安全性能，人们提出了“韧性(resilience)”的概念，韧性一般被定义为系统应对外部冲击时能够尽快返回到冲击前的状态并能够更好抵御未来灾害事件的能；具体到电力系统中，韧性是指电网遭受重大灾害(例如飓风、地震等)的情况下，是否可以减少故障过程损失，并尽快恢复到正常供电状态的能力。
目前，电力系统现有的安全评价指标大多基于可靠性指标或风险指标，这些指标反应了电网在长期运行过程中所体现出来的安全性能，本质上是基于历史数据给出安全供电能力的期望值，而对关注小概率、大影响的极端事件的韧性指标考虑较少或者是韧性指标构建比较单一，无法准确、完整地体现电网应对灾害的安全性能。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种电网多维度韧性评估系统及方法，从电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及组织管理等四个维度出发，构建多维度韧性评价指标体系，能够可靠评估电网韧性，为电力系统防灾减灾规划提供有效指导。
为实现上述目的，本发明采样如下技术方案：
一种电网多维度韧性评估系统，包括数据采集单元、分析单元、计算单元、综合评价单元和数据存储单元；所述数据采集单元的输入端与电网的设备监测系统、气象信息系统、灾害应急系统、调度管理系统、能量管理系统及生产管理系统分别相连，数据采集单元、分析单元、计算单元、综合评价单元依次相连，数据存储单元与数据采集单元、分析单元、计算单元、综合评价单元分别相连；
所述分析单元包括适应性分析模块、传播性分析模块、恢复性分析模块、防灾调度能力分析模块和电网灾害场景生成模块；适应性分析模块、传播性分析模块、恢复性分析模块、防灾调度能力分析模块分别与电网灾害场景生成模块相连；
所述计算单元包括韧性评估指标构建模块和电网可靠性评估模块；
所述综合评价单元包括韧性指标聚合评价模块、薄弱环节辨识模块、评价建议模块和应急预案生成模块；韧性指标聚合评价模块、薄弱环节辨识模块分别与评价建议模块相连，评价建议模块与应急预案生成模块相连。
一种电网多维度韧性评估方法，包括以下步骤：
S1.建立四维度韧性评估指标体系
根据电力系统的典型韧性曲线，结合当地电网具体特点，研究影响当地电网韧性曲线的关键因素，从电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理四个维度建立适用于当地灾害情况及网架特性的韧性评估指标体系；
S2.进行电网四维度数据采集
基于步骤S1中建立的四维度韧性评估指标体系，利用数据采集单元从电网的设备监测系统、气象信息系统、灾害应急系统、调度管理系统、能量管理系统及生产管理系统，采集电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理相关数据；
S3.进行进行电网应对灾害运行能力分析
分析单元根据数据采集单元采集的各维度数据，从灾害适应性、传播性、恢复性以及防灾调度能力方面对电网应对灾害运行能力进行分析，基于分析结果，利用系统状态选择方法，对当前电网运行状态进行状态选择，生成多种典型电网灾害场景；
S4.进行电网评估指标建模
基于步骤S3的分析结果，利用计算单元构建描述电网适应性、传播性、恢复性的多维度韧性指标，依据熵权法和层次分析法研究各维度因素权重，综合各因素的量化值以及权重进行电网韧性评估指标建模，同时进行电网可靠性快速评估；
S5.综合评价
利用综合评价单元对电网性能进行综合评价，给出电网韧性提升建议。
进一步的，所述步骤S1中电网网架拓扑维度，主要衡量电网自身结构的韧性，从网架重构自动化程度、关键符合保障供电能力、脆弱馈线和支路数、设备健康程度、设备故障率以及应对极端自然灾害“黑启动”能力方面评价。
进一步的，所述步骤S1中电网运行状况维度，主要衡量电网实际运行状况对整个系统韧性的影响，从负荷转供能力、线路负载率均衡程度、设备安全运行监控能力、故障识别定位及隔离能力、N-K条件下供电能力方面评价。
进一步的，所述步骤S1中灾害特性维度，基于典型灾害模型，计及灾害发展的时空特性，仿真模拟灾害发生过程，从电网灾害预警及态势发展研判能力以及灾害预想事故集切合性，分析各典型灾害特性对韧性指标的影响。
进一步的，所述步骤S1中组织管理维度，主要衡量电网公司自身应对极端自然灾害时其组织管理工作方面对电网韧性的影响，从电网公司灾前应急预案制定，灾前预防性调度措施，灾害期间人员及物资最优调配、灾后恢复供电的能力与速度方面评价。
进一步的，所述步骤S2中数据采集单元从各系统中采集数据的方式可采用FTP、Web Service、数据库和缓存库。
进一步的，所述步骤S3中系统状态选择方法可采用蒙特卡洛、状态枚举、故障树、N-k方法。
进一步的，所述步骤S5中进行电网综合评价包括对电网进行韧性指标融合分析和韧性薄弱环节辨识综合评价。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明提供的一种电网多维度韧性评估系统及方法，结合电网具体实际运行情况，从电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及组织管理四个维度出发，构建应对极端自然灾害的多维度韧性评估指标体系，并基于该指标体系构建电网多维度韧性评估系统，可以全方位对电网抵抗灾害的能力进行综合评价，分析韧性指标与电网运行状态的关联关系，找出提升网络韧性的关键环节，为电力系统防灾减灾规划提供有效指导。
附图说明
图1为本发明评估系统结构示意图；
图2为本发明评估方法流程图；
图3为电力系统的典型韧性曲线示意图；
图4为本发明四维度韧性评估指标体系示意图。
图中：1、数据采集单元；2、分析单元；3、计算单元；4、综合评价单元；5、数据存储单元；2-1、适应性分析模块；2-2、传播性分析模块；2-3、恢复性分析模块；2-4、防灾调度能力分析模块；2-5、电网灾害场景生成模块；3-1、韧性评估指标构建模块；3-2、电网可靠性评估模块；4-1、韧性指标聚合评价模块；4-2、薄弱环节辨识模块；4-3、评价建议模块；4-4、应急预案生成模块。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进，本发明并不局限于下面的实施例。
如图1所示，一种电网多维度韧性评估系统，包括数据采集单元1、分析单元2、计算单元3、综合评价单元4和数据存储单元5；数据采集单元1、分析单元2、计算单元3、综合评价单元4依次相连，数据存储单元5与数据采集单元1、分析单元2、计算单元3、综合评价单元4分别相连。
数据采集单元1的输入端与电网的设备监测系统、气象信息系统、灾害应急系统、调度管理系统、能量管理系统及生产管理系统分别相连，用于采集电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理各维度数据。
分析单元2包括适应性分析模块2-1、传播性分析模块2-2、恢复性分析模块2-3、防灾调度能力分析模块2-4和电网灾害场景生成模块2-5；适应性分析模块2-1用于分析灾害条件下电网的适应性能，传播性分析模块2-2用于分析灾害条件下事故的传播性能，恢复性分析模块2-3用于分析事故发生后电网的恢复性能，防灾调度能力分析模块2-4用于分析电网防灾调度能力；适应性分析模块2-1、传播性分析模块2-2、恢复性分析模块2-3、防灾调度能力分析模块2-4分别与电网灾害场景生成模块2-5相连，将分析结果传送至电网灾害场景生成模块2-5，电网灾害场景生成模块2-5根据分析结果，进行多种典型电网灾害场景生成。
计算单元3包括韧性评估指标构建模块3-1和电网可靠性评估模块3-2；韧性评估指标构建模块3-1用于根据数据采集单元1的采集数据以及分析单元2的分析结果，进行多维度韧性指标建模；电网可靠性评估模块3-2用于进行电网可靠性快速评估，以对比电网的可靠性与韧性程度。
综合评价单元4包括韧性指标聚合评价模块4-1、薄弱环节辨识模块4-2、评价建议模块4-3和应急预案生成模块4-4；韧性指标聚合评价模块4-1、薄弱环节辨识模块4-2分别与评价建议模块4-3相连，评价建议模块4-3与应急预案生成模块4-4相连；韧性指标聚合评价模块4-1用于进行电网韧性指标的融合分析，薄弱环节辨识模块4-2用于进行电网韧性薄弱环节综合评价；评价建议模块4-3根据韧性指标聚合评价模块4-1、薄弱环节辨识模块4-2传送的评价结果，对电网韧性提升提出建议和改进措施；应急预案生成模块4-4根据评价建议模块4-3的改进措施，改进原有电网灾害应急预案或生成新的电网灾害应急预案。
数据存储单元5用于存储数据采集单元1采集的各种数据信息以及系统评估过程中产生的各种分析结果或数据。
如图2所示，一种电网多维度韧性评估方法包括以下步骤：
S1.建立四维度韧性评估指标体系
根据电力系统的典型韧性曲线，以及当地电网具体特点，研究影响当地电网韧性曲线的关键因素，建立适用于当地灾害情况及网架特性韧性评估指标体系。
图3所示为电力系统的典型韧性曲线；t0为灾害事件开始时刻；t1为强迫停运发生时刻，t5是系统功能恢复正常的时刻，鲁棒性是指系统在灾害中保持功能的程度，迅速性是指系统功能恢复到正常状态的速度。
需要综合考虑典型韧性曲线和当地电网特点，分析影响电网韧性曲线的关键因素，本发明从电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理四个维度构建韧性评估指标体系，如图4所示。
电网网架拓扑维度，主要衡量电网自身结构的韧性，即网络抵御自然灾害的能力，从网架重构自动化程度、关键符合保障供电能力、脆弱馈线和支路数、设备健康程度、设备故障率以及应对极端自然灾害“黑启动”能力方面评价；近年来，电网的大停电事故表明，电网中存在部分脆弱节点或线路对故障的发展起到推波助澜的作用，有效辨识这些薄弱环节，以加强该区域的网架结构建设对提高电网的韧性具有重要意义。
电网运行状况维度，主要衡量电网实际运行状况对整个系统韧性的影响，从负荷转供能力、线路负载率均衡程度、设备安全运行监控能力、故障识别定位及隔离能力、N-K条件下供电能力方面评价；如果电网当前的运行状态下线路负载率均衡，负荷的转供能力强以及具有故障识别、定位和隔离功能，则电网应对灾害的韧性强。
电网灾害特性维度，基于典型灾害模型，计及灾害发展的时空特性，仿真模拟灾害发生过程，从电网灾害预警及态势发展研判能力以及灾害预想事故集切合性，分析各典型灾害特性对韧性指标的影响。
电网组织管理维度，主要衡量电网公司自身应对极端自然灾害时其组织管理工作方面对电网韧性的影响，从电网公司灾前应急预案制定，灾前预防性调度措施，灾害期间应急人员及物资最优调配、灾后恢复供电的能力与速度方面评价。
S2.进行电网四维度数据采集
基于步骤S1中建立的四维度韧性评估指标体系，利用数据采集单元1从电网的生产管理系统、能量管理系统、调度管理系统、设备监测系统、气象信息系统及灾害应急管理系统采集电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理相关数据；采集数据的方式可采用FTP、Web Service、数据库和缓存库。
S3.进行电网应对灾害运行能力分析
分析单元2根据数据采集单元1采集的各维度数据，从灾害适应性、传播性、恢复性以及防灾调度能力方面对电网应对灾害运行能力进行分析，基于分析结果，利用蒙特卡洛、状态枚举、故障树、N-k等多种系统状态选择方法，对当前电网运行状态进行状态选择，生成多种典型电网灾害场景；
S4.进行电网评估指标建模
基于步骤S3的分析结果，利用计算单元3构建描述适应性、传播性、恢复性等不同特性的多维度韧性指标，依据熵权法和层次分析法研究各维度因素权重，综合各因素的量化值以及权重进行电网韧性评估指标建模，同时进行电网可靠性快速评估，以对比电网的可靠性与韧性程度。
S5.综合评价
基于步骤S4所得到的多维度韧性指标以及指标权重，利用综合评价单元4对电网进行韧性指标的融合分析、薄弱环节辨识等综合评价，给出电网韧性提升措施建议，同时生成相应灾害应急预案。
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (7)
1.一种电网多维度韧性评估方法，其特征是：包括以下步骤：
S1. 建立四维度韧性评估指标体系
根据电力系统的典型韧性曲线，结合当地电网具体特点，研究影响当地电网韧性曲线的关键因素，从电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理四个维度建立适用于当地灾害情况及网架特性的韧性评估指标体系；
S2.进行电网四维度数据采集
基于步骤S1中建立的四维度韧性评估指标体系，利用数据采集单元（1）从电网的设备监测系统、气象信息系统、灾害应急系统、调度管理系统、能量管理系统及生产管理系统，采集电网网架拓扑、运行状况、灾害特性及电网公司组织管理相关数据；
S3. 进行电网应对灾害运行能力分析
分析单元（2）根据数据采集单元（1）采集的各维度数据，从灾害适应性、传播性、恢复性以及防灾调度能力方面对电网应对灾害运行能力进行分析，基于分析结果，利用系统状态选择方法，对当前电网运行状态进行状态选择，生成多种典型电网灾害场景；
S4.进行电网评估指标建模
基于步骤S3的分析结果，利用计算单元（3）构建描述电网适应性、传播性、恢复性的多维度韧性指标，依据熵权法和层次分析法研究各维度因素权重，综合各因素的量化值以及权重进行电网韧性评估指标建模，同时进行电网可靠性快速评估；
S5.综合评价
利用综合评价单元（4）对电网性能进行综合评价，给出电网韧性提升建议；
所述步骤S3中系统状态选择方法可采用蒙特卡洛、状态枚举、故障树、N-k方法；所述步骤S5中进行电网综合评价包括对电网进行韧性指标融合分析和韧性薄弱环节辨识综合评价。
2.如权利要求1所述的一种电网多维度韧性评估方法，其特征是：所述步骤S1中电网网架拓扑维度，主要衡量电网自身结构的韧性，从网架重构自动化程度、关键符合保障供电能力、脆弱馈线和支路数、设备健康程度、设备故障率以及应对极端自然灾害“黑启动”能力方面评价。
3.如权利要求1所述的一种电网多维度韧性评估方法，其特征是：所述步骤S1中电网运行状况维度，主要衡量电网实际运行状况对整个系统韧性的影响，从负荷转供能力、线路负载率均衡程度、设备安全运行监控能力、故障识别定位及隔离能力、N-K条件下供电能力方面评价。
4.如权利要求1所述的一种电网多维度韧性评估方法，其特征是：所述步骤S1中灾害特性维度，基于典型灾害模型，计及灾害发展的时空特性，仿真模拟灾害发生过程，从电网灾害预警及态势发展研判能力以及灾害预想事故集切合性，分析各典型灾害特性对韧性指标的影响。
5.如权利要求1所述的一种电网多维度韧性评估方法，其特征是：所述步骤S1中组织管理维度，主要衡量电网公司自身应对极端自然灾害时其组织管理工作方面对电网韧性的影响，从电网公司灾前应急预案制定，灾前预防性调度措施，灾害期间人员及物资最优调配、灾后恢复供电的能力与速度方面评价。
6.如权利要求1所述的一种电网多维度韧性评估方法，其特征是：所述步骤S2中数据采集单元（1）从各系统中采集数据的方式可采用FTP、Web Service、数据库和缓存库。
7.一种用于实现权利要求1-6任一项所述的一种电网多维度韧性评估方法的系统，其特征是：包括数据采集单元（1）、分析单元（2）、计算单元（3）、综合评价单元（4）和数据存储单元（5）；所述数据采集单元（1）的输入端与电网的设备监测系统、气象信息系统、灾害应急系统、调度管理系统、能量管理系统及生产管理系统分别相连，数据采集单元（1）、分析单元（2）、计算单元（3）、综合评价单元（4）依次相连，数据存储单元（5）与数据采集单元（1）、分析单元（2）、计算单元（3）、综合评价单元（4）分别相连；
所述分析单元（2）包括适应性分析模块（2-1）、传播性分析模块（2-2）、恢复性分析模块（2-3）、防灾调度能力分析模块（2-4）和电网灾害场景生成模块（2-5）；适应性分析模块（2-1）、传播性分析模块（2-2）、恢复性分析模块（2-3）、防灾调度能力分析模块（2-4）分别与电网灾害场景生成模块（2-5）相连；
所述计算单元（3）包括韧性评估指标构建模块（3-1）和电网可靠性评估模块（3-2）；
所述综合评价单元（4）包括韧性指标聚合评价模块（4-1）、薄弱环节辨识模块（4-2）、评价建议模块（4-3）和应急预案生成模块（4-4）；韧性指标聚合评价模块（4-1）、薄弱环节辨识模块（4-2）分别与评价建议模块（4-3）相连，评价建议模块（4-3）与应急预案生成模块（4-4）相连。
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| JP2005141334A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Toshiba Solutions Corp | 災害リスク評価システム、災害リスク評価サービス提供システム、災害リスク評価方法、災害リスク評価支援方法及び災害リスク評価サービス提供方法 |
| CN107193274A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-09-22 | 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 | 一种基于多维度综合指标的电网脆弱性评估方法 |
| CN107220775A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-29 | 东北大学 | 一种考虑信息系统作用的有源配电网多视角协同脆弱性评估方法 |
| CN109447330A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-03-08 | 东北大学 | 考虑电网弹性及适应能力的配电网风险预警方法 |
-
2019
- 2019-11-22 CN CN201911155102.XA patent/CN111191872B/zh active Active
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 电力应急体系脆弱性评估指标体系的编制;程正刚 等;华东电力;20100224;第38卷(第2期);0247-0249 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111191872A (zh) | 2020-05-22 |
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