基于在线平台的省级电网事故预案自动化实现方法

石辉，陈浩，张思远，周欣，邹鑫

(国网湖南省电力公司，湖南长沙410014)

基于在线平台的省级电网事故预案自动化实现方法

石辉，陈浩，张思远，周欣，邹鑫

(国网湖南省电力公司，湖南长沙410014)

提出一种省级电网事故预案自动化实现方法。依托在线安全稳定分析系统潮流分析与辅助决策功能基础，设计了完整的省级电网事故预案自动化实现流程，并系统描述了提取预测潮流、建立预想事故集、搜索控制断面、事故监视与预案匹配等功能模块的原理与方法，建立了省级同步电网事故前预案自动编写、事故时预案即时弹出、全过程安全监视的功能机制。仿真案例验证了此方法的可行性、实用性。

在线安全稳定分析系统；辅助决策；省级电网；事故预案；自动化

电网事故预案是指导事故处理、保障电网安全的重要机制，通常针对由系统检修、方式变化、气候突变、特殊时期保电等引起的高风险运行工况，根据电网实际编写相应的预控及事故应对措施。传统事故预案一般基于区域电网离线潮流，对电网进行N－1扫描或特定多重故障的暂稳、静稳分析，借助人工经验干预调整，形成控制决策〔1－2〕。该过程工作量大，而且受离线潮流及人员分析水平影响，难以保证预案的准确性、完整性及实施效果。

电网事故预案的编写依靠人工完成，而绝大部分预案最终并未得到实施，放松警惕的心理导致预案机制逐渐流于形式。与此同时，预案一般存档管理，一旦发生事故无法第一时间提供指导，不利于事故控制〔1－2〕。随着新一代调度系统及其在线分析工具的应用，电网事故预案实现全过程自动化已成为可能，其自动编写、管理、应用将大幅提升预案准确性、完整性、实用性，有效降低调度员劳动强度及事故处理风险，提高事故处理效率〔3〕。

在线安全稳定分析系统(以下简称在线系统)以大数据、精确仿真、并行计算、自动分析等为特点，具备安全分析与辅助决策功能，为省级同步电网实现事故前预案自动编写、事故时预案即时弹出、全过程安全监视提供了良好平台〔4〕。在线平台一方面基于电网目标潮流，能快速、同步实施N－1故障扫描及六类安全分析并给出相应的控制辅助决策；另一方面基于数据共享及功能程序嵌入，能整合系统潮流预测、预想事故搜集、控制断面搜索、事故监视、预案匹配等模块协同运行。鉴于此，本文提出了基于在线平台的省级电网事故预案自动化实现方法。

1 整体流程设计

电网事故预案一般由目标方式、预想事故、控制目标、控制方法等内容构成，在线平台能完成其中目标方式调整、潮流计算、预想事故六类分析、辅助决策优化任务，其余部分需通过内嵌功能程序及模型实现〔4〕。预案编制流程由人工触发、自动执行，为保证其过程灵活、可控，各功能模块相对独立，允许人工干预电网目标方式及预测潮流调整、预想事故搜集、事故预案存档等环节。鉴于在线系统紧急控制以电网动态稳定、设备不过载为目标，预防控制以保证电网进一步N－1安全为目标，事故预案依此采用两轮控制。完整的事故预案自动化实现流程如图1所示。

图1 事故预案自动化实现流程

1)根据预案的应用背景，提取电网预期目标方式及其预测负荷分布、发电计划数据建立预测潮流，并允许人工干预调整，用于对预想事故精确仿真。

2)根据科学分析或预案要求，选取并执行搜索方法，搜集可能发生的典型电网事故组成初始预想事故集，作为预案的应用对象。

3)逐一选取初始预想事故代入预测潮流，搜索控制断面并针对该预想事故进行六类分析，生成应对该事故的紧急控制辅助决策及控制目标；而后针对该事故后电网模拟执行紧急控制辅助决策，并计算潮流、搜索控制断面、进行六类分析，扫描出存在的危急N－1事故，进一步生成预防控制辅助决策及控制目标〔5－7〕。

4)整合上述初始预想事故及进一步的危急N－1事故，连同紧急控制、预防控制辅助决策与目标，生成包含目标方式、预想事故、控制目标、控制措施的事故预案。

5)采用上述方法对初始预想事故集遍历分析，形成满足要求的事故预案集，存于调度台事故监视及预案管理系统，并允许人员查看、编辑。

6)通过事故监视模块快速辨识电网跳闸故障，通过预案匹配模块快速选取相应的事故预案，并在调度台综合智能告警页面弹出该事故预案。

2 功能模块实现

2.1 提取预测潮流

获取准确的预测潮流是对目标方式电网事故精确仿真的前提。当前在线平台将省级电网负荷侧等效至220 kV母线，而主网网架及上网电源均有完整模型，因此通过220 kV母线负荷预测，结合电网开机方式、发电计划及设备停电安排，配合必要的人工干预调整，即可获得准确的电网预测潮流。

当前220 kV母线日前负荷预报已作为一项日常工作在地市级调度展开并由省级调度汇总、考核，电网日前分布负荷预测的准确率能得到保证，结合省级调度所制订的未来日前、周内、月度周期的开机方式、发电计划、检修计划，能获取准确率较高的电网日前方式预测潮流，该预测潮流适用于编制日前计划检修事故预案、保电预案等。与此同时，凭借在线平台并行计算优势，对全网220 kV母线同步进行基于历史数据、环境参数的分布负荷短期、超短期预测，结合日内开机方式、发电计划及停电安排，能获取准确率较高的电网日内方式预测潮流〔8〕，该预测潮流适用于电网方式突变、气候突变或面临运行风险时编制日内临时事故预案。

根据预案编制要求及预测潮流规模、系统硬件水平，可采取典型潮流、最大/小潮流分析模式，也可采取全日24点、96点潮流断面分析模式。

2.2 建立初始预想事故集

电网事故预案的目的是为特定方式下可能发生的典型故障提前明确控制目标与方法，为使此类预想事故代表性最强、覆盖面最广，往往需要搜索多个预想事故建立预想事故集。根据电力系统安全稳定导则，结合电网事故的普遍规律，一般事故预案应基于电网第二级安全稳定标准，应对可能破坏电网安全稳定的N－1及N－2危急事故〔1－2，9〕。上文预案编制流程指出，预案针对初始预想事故首先执行紧急控制，避免系统失稳和设备潮流越限；在此基础上分析事故后潮流，进一步执行针对危急N－1事故的预防控制，避免可能出现的系统失稳、潮流越限问题；最终预想事故由2次事故整合而来，对应该事故预案。因此，初始预想事故达到N－1标准，即可满足上述要求。对此，科学的搜索方法有以下几种:

1)N－1遍历法

根据电网稳定导则，满足N－1故障稳定是电网第一级安全稳定标准，正常运行的电网一般以此标准校核开机方式、潮流控制及稳控措施，因此N－1事故是初始预想事故集的首要内容〔9〕。采用在线平台N－1故障扫描遍历全网元件，即可达到要求。此方法能保证最终预想事故集的完备性，缺点在于计算量大，最终存在大量非危急预想事故，降低预案编制效率。

2)N－1筛选法

实际电网中，通常大部分N－1、N－2事故都不会导致安全问题，筛选出关键的N－1初始预想事故集能明显提高分析效率。在线平台通过全网六类分析及N－1故障扫描能快速筛选出导致设备过载或重载、断面越限、功角失稳、电压失稳、短路电流超标、动态弱阻尼等问题的N－1事故，在此基础上剔除重复的事故，提取危急事故构成N－1初始预想事故集，相比N－1遍历法其计算量能减少约两个数量级。此方法优点在于覆盖面较广且计算量小，能兼顾预想事故范围和预案编制效率，缺点在于不能保证最终预想事故集的完备性。

3)概率预测法

概率预测法是通过设备非停(包括跳闸或被迫停运)的历史数据，结合影响设备非停的因素，如设备所处位置、气象条件、方式设置、运行工况、老化程度、人为因素等，预测设备在目标方式下发生非停事故的相对概率，以此建立电网N－1或“N－多”初始预想事故集〔10－12〕。在对上述数据及因素量化处理、归纳统计的基础上，通过关联分析、非停概率预测，一般能推算出各类设备在预定条件下的非停相对概率；按其分类、排序后，将高概率事故组成N－1或“N－多”预想事故代入在线平台进行校核，筛选出其中的危急故障建立初始预想事故集。此方法以故障概率为指向，优点在于针对性、实用性强，缺点在于不能保证最终预想事故集的完备性，且对相关统计参数的规模、准确性要求高，难以反应随机突发事故。

4)最速故障轨迹法

最速故障轨迹法是通过搜索可能导致电网解列、失稳或崩溃的最小连锁故障集，确定对电网安全威胁最大的电网“N－多”连锁事故。分析表明，国内外电网大停电事故都是由一系列连锁故障引起的，对其中的核心、关键故障制定预案并加以预控或干预，是避免大停电事故发生的有效途径。目前常用的最速故障轨迹搜索方法有枚举法、风险分析法、故障树搜索法、模拟随机故障法等，部分已开发出专用搜索工具，如国内电网公司参与开发的TRELSS软件、连锁故障模式在线辨识软件等〔13－14〕。受基础模型、搜索算法、硬件水平限制，上述方法一般仅适用于特定规模的电网。

5)等效事故法

对于受特定设备结构、运行环境、保电要求限制的输变电系统，某些预想事故需由人为指定，以保证某一时段、某一地区的供电安全，如对大型活动或节假日保电线路，重要大用户送电线路，电厂或变电站母线，处于施工、突发事件或自然灾害影响范围的高危运行设备，带病运行的输变电设备等。对于设备工况异常、系统运行参数突变、动态稳定性恶化等电网偶发性危急故障，由于无法预见，通常可根据其事故影响，以等效事故予以描述、鉴别〔15〕。此类事故对电网的安全威胁通常难以评估，但事故可预见性低、代价高、影响恶劣，需要调度员根据实际情况作出判断，并制定相应的等效事故。此方法作为其他方法的补充，仅适用于指定的预想事故或上述方法无法搜索的事故。

上述方法的特点、适用条件各不相同，一般根据预案编制需要及软、硬件水平灵活选取、单独或组合使用。

2.3 搜索控制断面

在事故情况下，与故障或跳闸设备有一定潮流转移关系的潮流断面被视为控制断面，一般是电网稳定的薄弱点或控制的参考点，因此搜索控制断面的关键在于识别潮流断面〔16－17〕。通常潮流断面是一组具有相同潮流方向的送电通道的集合，本文采用一种基于网络自动收缩的方法识别潮流断面〔18〕。对于同一电压等级的输电线路断面，主要步骤如下: 1)选择一个合并区域作为开始的搜寻区域；2)确定搜索区域的所有功率流出线路和流入线路；

3)选择搜索区域的所有功率流出线路作为一个集合；

4)进行网络拓扑分析，判断是否将系统分为2个独立的网络；如果是，则确认是输电断面，转到“步骤1)”进行下一次搜索；否则进行“步骤5)”；

5)选择搜索区域所有功率流入线路相连的其他合并区域，和本搜索区域合并为新的搜索区域，转到“步骤2)”。

对于跨不同电压等级的电磁环网断面，主要步骤如下:

1)选择任一变电站作为开始的搜索区域；

2)确定搜索区域的所有功率流出线路和流入线路；

3)选择搜索区域的所有功率流出线路作为一个集合；

4)不考虑低电压等级网络，进行网络拓扑分析，判断是否将系统分为两个独立的网络；如果是，转到“步骤5)”；否则，进行“步骤6)”；

5)考虑低电压等级网络，进行网络拓扑分析，判断是否是不含低电压等级的高电压等级输电断面；如果是，则放弃；否则，确认是电磁环网输电断面，进而转到“步骤1)”进行下个站的搜索；

6)选择搜索区域所有功率流入线路相连的站，和本搜索区域合并为新的搜索区域，转到“步骤2)”。

2.4 事故监视与预案匹配

为实现电网事故发生时相应预案自动弹出的功能，系统必须针对电网实时方式及事故特点，迅速、准确地找到匹配的事故预案，此过程的核心在于电网事故监视与预案匹配技术。由于电网预测潮流与实际潮流难免存在偏差，一般从基于预测潮流的事故预案集中选取目标方式、事故类型、故障设备与实际电网一致，负荷水平、潮流大小尽量接近实际电网潮流的事故预案作为匹配预案弹出，所涉及的数据见表1。

根据调度台综合智能告警〔19〕，事故类型可分为跳闸类和非跳闸类，前者对应于一般保护、稳措出口跳闸类事故，后者对应于机组灭火、输变电设备被迫停运、系统振荡、潮流异常等触发系统安全告警的非跳闸类事故；同时，根据对故障设备的监视，设备事故停运可分为保护(包括稳措)跳闸与手动拉闸，用于定位设备并区别事故影响程度；全网负荷等级主要用于对应电网潮流特征，可依据冬、夏方式及峰、谷、腰荷来划分。其余数据用于协助筛选同一预想事故在不同目标潮流下的控制预案，可根据各数据量的接近程度进行综合评分、排序选定。

3 方案验证

将此方法应用于湖南省500 kV五岗线、220 kV奇变全停检修重叠石厂机组全停日前事故预案编制及管理。根据该方式典型负荷日全网分布负荷预测及开机方式、发电曲线、设备停电情况，提取负荷高峰时刻全网预测潮流，统计数据见表2。

表2 目标方式预测潮流统计数据

结合预案要求及本省在线系统硬件水平，采用N－1筛选法、概率预测法及最速故障轨迹法联合建立基于上述目标方式的初始预想事故集。首先，采用在线系统的静态安全、暂态稳定N－1故障扫描，筛选出全网存在静稳、暂稳问题的N－1危急事故集；其次，根据历年同期全网设备故障、跳闸分类统计、预测及最速故障轨迹法分析结论，结合全网同杆并架及带病运行设备信息，经在线平台安全校核，筛选出全网存在静稳、暂稳问题的N－2危急事故集。所得初始预想事故集见表3。

表3 初始预想事故集

以500 kV岗＃1T跳闸初始预想事故为例。基于上述预测潮流，首先进行岗＃1T跳闸事故后潮流六类分析；对此生成并执行紧急控制辅助决策，进行紧急控制后潮流六类分析及N－1扫描，进一步提取危急N－1事故；最后，针对危急N－1事故，生成并执行预防控制辅助决策，进行六类分析。相关分析结果见表4，控制辅助决策及其控制目标见表5。

表4 岗＃1T跳闸后经紧急、预防控制的六类分析

表5 紧急、预防控制辅助决策及控制目标

整合上述岗＃1T跳闸分析及其紧急、预防控制辅助决策与目标，最终形成针对岗＃1T＋岗＃2T跳闸，或岗＃1T＋复＃1T跳闸预想事故的控制预案，见表6。在调度DTS系统调取目标方式潮流并模拟该预想事故，经事故监视、预案匹配模块甄别，系统准确弹出该事故控制预案，控制效果对比表明该预案能实现控制目标。

表6 事故控制预案及其控制效果

4 结语

在线系统为智能调度模式下的特高压大电网提供了优秀的运行分析平台，鉴于其计算速度目前尚无法实现大电网事故实时辅助决策，而传统的事故预案机制存在多种弊端，本文将二者优势互补，提出了省级电网事故预案自动化实现方法，DTS仿真验证了本方法的可行性、实用性。本方法促进了电网事故预案的质量提升和应用高效，降低了调度员劳动强度及事故处理风险。

目前基于本方法的工具软件测试运行良好，未来可望开发出完整的应用模块投入使用。现阶段本方法的事故预案主要提供控制决策参考，尚无法自动生成故障隔离、事故恢复等内容，其智能化发展有待在线辅助决策技术的进一步突破。为全面提升事故预案对电网实时调度的决策支持，一方面需要提高在线系统计算效率，另一方面可采取日内周期触发、全自动运行的准实时预案编制机制，对此需要将相关的数据共享、模块衔接、预想事故集搜索等技术作全面的整合优化。

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Automatic implementation method of provincial power grid accident response plan

SHI Hui，CHEN Hao，ZHANG Siyuan，ZHOU Xin，ZOU Xin
(State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410014，China)

An automatic implementation method of accident response plan for the provincial power grid is proposed.Relying on the function basis of power flow analysis and decision support of online security and stability analysis system，the automatic implementation process of accident response plan for the provincial power grid is designed，and the principles and methods for extracting predicted power flow，establishing expected accident set，searching for control section，monitoring accidents and matching plans，etc，are described.The functional mechanism for provincial synchronous power grid is established that writing the response plan before the accident，pushing out the response plan after the accident，and monitoring security cover the whole process.Its feasibility and practicality is verified by the simulation case.

online security and stability analysis system；decision support；provincial power grid；accident response plan；automatic implementation

TM712

B

1008-0198(2017)01-0018-06

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.005

2016-08-12

石辉(1986)，硕士，工程师，主要从事电力调度运行与分析工作。