一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法與流程
2023-05-23 00:24:16 1
本發明涉及電力系統智能分析與控制技術領域，尤指一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法。
背景技術：
電網規模日益擴大和電網大規模互聯是現代電力系統發展的一個趨勢，大電網實現了大範圍的資源優化，提高了供電可靠性，取得了顯著的經濟效益，但同時也給電網安全穩定運行帶來了新的挑戰，網絡中不確定性因素增多，隱性故障不易察覺，事故發展的機制更加複雜，局部故障可能激發電網的脆弱環節，引起連鎖故障，造成故障範圍擴大，甚至威脅到全網安全。為了確保大電網的安全運行，需要對整個電網的內外部的狀況進行全面分析，找出脆弱環節並及時採取合理的預防措施，以將大停電事故發生的可能降到最低。近年來的頻繁大面積停電事故說明了傳統的電網安全分析方法的不足，需要尋找能全面評估大電網的外部威脅和內部缺陷的新的安全分析方法。隨著電力系統安全風險分析方法的發展，人們開始把脆弱性概念引入到電力系統中，以找出電力系統的薄弱環節，並採取相應的預防措施改善系統的運行狀態，預防大面積停電事故的發生，同時為電網的安全穩定運行以及早期預警提供有價值的參考。
技術實現要素：
本發明提供一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法，該方法可以促進調度生產管理水平和工作效率的進一步提高，加速調控一體化建設的進程，提高企業的調度技術水平。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：
一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法，建立電網脆弱性評估的多維度綜合指標，分三個部分評估電網脆弱性，其中包括設備脆弱性評估、網絡脆弱性評估、運行脆弱性評估。調控運行人員可通過本地調度控制系統的可視化潮流圖實現對電網脆弱設備或電網脆弱環節的重點監視，方便調控運行人員及時處理可能影響電網安全的脆弱因素。
本發明的工作原理為：
在智能電網調度控制系統中，周期性的從資料庫獲取設備越限信息、設備檢修信息、設備動作信息、設備故障信息，同時統計在過去一段時間(可設置)內的設備越限次數、設備檢修次數、設備動作次數、設備故障次數，根據設備脆弱性評估規則，量化設備脆弱性指標。設備越限次數與設備脆弱程度關係如下：
其中hd1表示設備越限脆弱程度，kd1表示過去一段時間內設備越限次數。設備檢修次數以及設備脆弱程度關係如下：
其中hd2表示設備檢修脆弱程度，kd2表示過去一段時間內設備檢修次數。設備動作次數以及設備脆弱程度關係如下：
其中hd3表示設備動作脆弱程度，kd3表示過去一段時間內設備非故障情況下的動作次數。設備故障次數以及設備脆弱程度關係如下：
其中hd4表示設備故障脆弱程度，kd4表示過去一段時間內設備故障次數。綜合以上4個指標得出設備脆弱性指標如下：
kd＝max(kd1,kd2,kd3,kd4
根據電網實時運行狀態，運用拓撲分析技術，搜索網絡中聯繫薄弱的線路；在電網實時運行狀態的基礎上，根據預想故障集，分析故障是否造成解列。其中聯繫薄弱的線路，是指斷開該線路將造成網絡解列。解列形成的各個子網需至少包含約定數目節點(可設置約定節點數目)，節點電壓滿足約定要求(可設置約定節點電壓)，且子網的負荷和發電總量大於門檻值(門檻值可設置)。通過逐個分析滿足條件的節點(線路)故障後的網絡性能(系統發電量、系統負荷、系統頻率)的變化，得出相應的網絡脆弱性評估結果。
綜合評估系統實時運行脆弱性，首先分析穩定裕度脆弱性，針對電網在線評估的靜態安全分析、暫態穩定分析、小幹擾穩定分析、靜態電壓分析、短路電流計算、極限計算6大類分析結果，綜合歷史運行信息，考慮各類安全穩定評估結果影響電網的後果，將6大類分析結果進行權值量化，並匯總分析給出系統穩定裕度脆弱性的評估結果：
將每類指標量化結果(包含靜態、暫態、小幹擾、電壓穩定、短路電流、極限計算在內的共6個裕度)為x1，x2，x3，x4，x5，x6：
若各項指標均安全，則綜合指標y＝ax1+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6，其中a+b+c+d+e+f+g＝1為權重係數，權重係數根據電網實際情況進行配置；若任何一項不安全，則y＝min{x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7}。
穩定裕度脆弱性評估告警分為安全、警戒、風險(閾值可以根據電網實際要求進行配置)。以下為穩定裕度脆弱性指標計算方法：
長期運行脆弱性分析，根據電網運行歷史記錄信息，採用統計分析的方法，對歷史數據進行有效挖掘，對電網在線評估的6大類分析結果進行分析，當電網某一指標長期處於預警門檻值之下時，即：低於預警門檻值次數/運行分析次數>閾值，則進行告警提示，如電網中某一斷面1年之中有90％的時間段運行在重載情況下，其裕度低於門檻值(如小於10％)，門檻值及閥值可根據實際運行需要進行設置，則認為該斷面為高風險斷面，需要重點關注，即為脆弱點。
同時針對電網設定的預想故障集、自然災害引發設備多重嚴重故障和連鎖故障等問題，考慮二、三道防線自動裝置的動作情況，進行失負荷量的統計分析。根據減供負荷比例與事故風險評級標準(事故評級標準由調度控制中心劃定)，確定故障風險等級。綜合考慮電網穩定裕度脆弱性指標和事故風險等級得到系統實時運行脆弱性指標。
在得到系統設備脆弱性評估結果、網絡脆弱性評估結果、運行脆弱性評估結果後，在本地智能電網調度控制系統的集中監控畫面的電網地理潮流圖上分三個頁面進行展示。以列表形式羅列脆弱性評估的詳細信息，以貼片形式標註脆弱設備的等級以及地理位置，支持脆弱設備的定位。
多維度脆弱性評估是將系統的脆弱性、安全性、和經濟性結合起來分析系統的安全穩定狀況，通過量化的脆弱性指標和系統風險指標，定量評估系統運行的安全穩定水平，通過建立系統穩定性水平和運行參數之間的關係來指導調度決策。多維度脆弱性評估包含信息採集、脆弱源辨識、風險及脆弱性評估、風險預警、輔助決策等環節。從能量管理系統ems、調度管理系統oms、生產管理系統pms、氣象信息系統、設備監測系統、網絡發令系統等獲取所需的信息，考慮了氣象環境、設備工況、設備狀態、電網結構等風險因素。能夠為調度運行人員及時掌握電網脆弱源和脆弱度狀況、電網運行風險水平和優化控制風險決策提供支持，進一步增強安全生產的預控和驅動能力。電網的運行安全管理能從「事後分析型」向「事前防範型」轉變，做到對電網運行風險的預測感知，以實現電網安全性、經濟性與可靠性相互協調。
與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是：
本發明的一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法，結合調度運行部門的職責，從掌握電網脆弱度水平和降低電網運行風險的角度出發，對於有針對性地預警和保護電網脆弱環節，具有重要實用價值，可彌補已有大電網安全性研究的不足，有效提高電網安全運行水平與風險防範能力。
附圖說明
圖1為本發明的一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法的數據流程圖。
具體實施方式
附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，並不代表實際產品的尺寸；
對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。
圖1為本發明的一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法的數據流程圖。
本發明的基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法處理流程分為五個部分，即信息採集模塊、設備脆弱性評估模塊、網絡脆弱性評估模塊、運行脆弱性評估模塊、電網脆弱性綜合展示模塊。
本發明的處理流程為：
信息採集模塊獲取設備脆弱性評估所需要的設備越限信息、設備檢修信息、設備動作信息、設備故障信息；網絡脆弱性評估所需要的電網運行實時數據、電網模型數據；運行脆弱性評估所需要的電網實時分析結果(靜態、暫態、動態、小幹擾、短路電流、靜態電壓穩定、極限計算)、外部氣象數據信息。
設備脆弱性評估模塊統計過去一段時間內的設備越限次數、設備檢修次數、設備動作次數、設備故障次數，根據設備脆弱性評估規則得到設備脆弱性指標。
網絡脆弱性評估模塊根據電網實時運行狀態，以及電網模型數據，逐個分析每個節點(線路)，在電網實時運行狀態的基礎上，根據預想故障集，分析節點(線路)故障是否造成解列。對於解列形成的各個子網滿足包含約定數目節點(節點電壓滿足約定要求)，且子網的負荷和發電總量大於門檻值的故障，根據網絡性能的變化,得出相應的脆弱性評估結果。
運行脆弱性評估模塊根據電網實時運行狀態，以及預想故障集，分析電網是否存在斷面越限、電壓失穩和暫態、動態穩定問題，並結合歷史信息進行運行脆弱性評估，針對存在失負荷的情況，給出風險評級，指出電網運行的薄弱點。同時整合氣象災害性信息與電網運行狀態數據，並進行實時分析，將電網的靜態、動態和暫態信息集成在一起，並實現統一時標、綜合管理，實現功角、頻率、電壓的在線分析，找出電網自身存在的脆弱環節。提出基於裕度和權重的量化指標，得到運行脆弱性評估結果。
電網脆弱性綜合展示模塊基於可視化展示脆弱性評估結果，其中設備脆弱性、網絡結構脆弱性、運行脆弱性分別在不同的頁面進行展示，支持脆弱設備定位，設備脆弱程度以不同顏色的貼片在潮流圖上進行展示，支持點擊脆弱設備查看脆弱性詳細信息。
一種基於多維度綜合指標的電網脆弱性評估方法，建立電網脆弱性評估的多維度綜合指標，分三個部分評估電網脆弱性，其中包括設備脆弱性評估、網絡脆弱性評估、運行脆弱性評估。調控運行人員可通過本地調度控制系統的可視化潮流圖實現對電網脆弱設備或電網脆弱環節的重點監視，方便調控運行人員及時處理可能影響電網安全的脆弱因素。
本發明的工作原理為：
在智能電網調度控制系統中，周期性的從資料庫獲取設備越限信息、設備檢修信息、設備動作信息、設備故障信息，同時統計在過去一段時間(可設置)內的設備越限次數、設備檢修次數、設備動作次數、設備故障次數，根據設備脆弱性評估規則，量化設備脆弱性指標。設備越限次數與設備脆弱程度關係如下：
其中hd1表示設備越限脆弱程度，kd1表示過去一段時間內設備越限次數。設備檢修次數以及設備脆弱程度關係如下：
其中hd2表示設備檢修脆弱程度，kd2表示過去一段時間內設備檢修次數。設備動作次數以及設備脆弱程度關係如下：
其中hd3表示設備動作脆弱程度，kd3表示過去一段時間內設備非故障情況下的動作次數。設備故障次數以及設備脆弱程度關係如下：
其中hd4表示設備故障脆弱程度，kd4表示過去一段時間內設備故障次數。綜合以上4個指標得出設備脆弱性指標如下：
kd＝max(kd1,kd2,kd3,kd4)
根據電網實時運行狀態，運用拓撲分析技術，搜索網絡中聯繫薄弱的線路；在電網實時運行狀態的基礎上，根據預想故障集，分析故障是否造成解列。其中聯繫薄弱的線路，是指斷開該線路將造成網絡解列。解列形成的各個子網需至少包含約定數目節點(可設置約定節點數目)，節點電壓滿足約定要求(可設置約定節點電壓)，且子網的負荷和發電總量大於門檻值(門檻值可設置)。通過逐個分析滿足條件的節點(線路)故障後的網絡性能(系統發電量、系統負荷、系統頻率)的變化，得出相應的網絡脆弱性評估結果。
綜合評估系統實時運行脆弱性，首先分析穩定裕度脆弱性，針對電網在線評估的靜態安全分析、暫態穩定分析、小幹擾穩定分析、靜態電壓分析、短路電流計算、極限計算6大類分析結果，綜合歷史運行信息，考慮各類安全穩定評估結果影響電網的後果，將6大類分析結果進行權值量化，並匯總分析給出系統穩定裕度脆弱性的評估結果：
將每類指標量化結果(包含靜態、暫態、小幹擾、電壓穩定、短路電流、極限計算在內的共6個裕度)為x1，x2，x3，x4，x5，x6：
若各項指標均安全，則綜合指標y＝ax1+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6，其中a+b+c+d+e+f+g＝1為權重係數，權重係數根據電網實際情況進行配置；若任何一項不安全，則y＝min{x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7}。
穩定裕度脆弱性評估告警分為安全、警戒、風險(閾值可以根據電網實際要求進行配置)。以下為穩定裕度脆弱性指標計算方法：
長期運行脆弱性分析，根據電網運行歷史記錄信息，採用統計分析的方法，對歷史數據進行有效挖掘，對電網在線評估的6大類分析結果進行分析，當電網某一指標長期處於預警門檻值之下時，即：低於預警門檻值次數/運行分析次數>閾值，則進行告警提示，如電網中某一斷面1年之中有90％的時間段運行在重載情況下，其裕度低於門檻值(如小於10％)，門檻值及閥值可根據實際運行需要進行設置，則認為該斷面為高風險斷面，需要重點關注，即為脆弱點。
同時針對電網設定的預想故障集、自然災害引發設備多重嚴重故障和連鎖故障等問題，考慮二、三道防線自動裝置的動作情況，進行失負荷量的統計分析。根據減供負荷比例與事故風險評級標準(事故評級標準由調度控制中心劃定)，確定故障風險等級。綜合考慮電網穩定裕度脆弱性指標和事故風險等級得到系統實時運行脆弱性指標。
在得到系統設備脆弱性評估結果、網絡脆弱性評估結果、運行脆弱性評估結果後，在本地智能電網調度控制系統的集中監控畫面的電網地理潮流圖上分三個頁面進行展示。以列表形式羅列脆弱性評估的詳細信息，以貼片形式標註脆弱設備的等級以及地理位置，支持脆弱設備的定位。
多維度脆弱性評估是將系統的脆弱性、安全性、和經濟性結合起來分析系統的安全穩定狀況，通過量化的脆弱性指標和系統風險指標，定量評估系統運行的安全穩定水平，通過建立系統穩定性水平和運行參數之間的關係來指導調度決策。多維度脆弱性評估包含信息採集、脆弱源辨識、風險及脆弱性評估、風險預警、輔助決策等環節。從能量管理系統ems、調度管理系統oms、生產管理系統pms、氣象信息系統、設備監測系統、網絡發令系統等獲取所需的信息，考慮了氣象環境、設備工況、設備狀態、電網結構等風險因素。能夠為調度運行人員及時掌握電網脆弱源和脆弱度狀況、電網運行風險水平和優化控制風險決策提供支持，進一步增強安全生產的預控和驅動能力。電網的運行安全管理能從「事後分析型」向「事前防範型」轉變，做到對電網運行風險的預測感知，以實現電網安全性、經濟性與可靠性相互協調。
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。