一种基于有向无环图的电网事故分析模型研究

李斌 张杰 任莹

[摘 要] 电力电网系统作为世界上最为复杂的系统之一，对性能、安全性、稳定性和可靠性等要求都非常高。电网被看成节点和边构成的网络节点系统，本文通过基于有向无环图，构建了电网事故分析模型，并采用调度SCADA实时数据，构建了一种电网事故发展演化分析的故障诊断方法，通过图论方法构建一个支持电网结构的分析模型，对于电网事故的发生判定及演化影响都具有重要的价值和意义。

[关键词] 有向无环图；电网事故；连接拓扑；图算法；路径选择

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 09. 075

[中图分类号] TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2019）09- 0167- 02

0 引 言

电网是电力系统的核心，是电力系统安全稳定运行的基础，一旦发生电网事故，就可能引发大面积停电事件，造成较大的经济损失和社会影响。电网事故的发生通常是因各类电网风险未得到有效控制而引发的，因此建立常态、有效的电网风险控制机制，对电力系统安全稳定运行具有重要意义。

随着电网的日益发展，结构越来越复杂，当电网中某一个节点发生故障时，海量数据将涌入调度控制中心，同时变电站也会出现大量的警报信息，针对这些错综复杂信息的分析及可能演化的事故，都给变电站和调度中心都带来了巨大的困难，目前调度中心主要还是通过电话，人工多方联系变电站现场人员或者等待现场人员到场确认后，才能够获取事故处理的必要信息，事故的分析更多地依赖经验及个人技能水平，目前已无法满足调度自动化和智能化发展的需求。

针对电网故障的判定和分析，主要通过数据采集和监控系统（SCADA）获得的断路器开合动作、母线遥测等信息进行判定分析，主要使用专家系统、优化算法、因果关系、数据网格等方法进行判定分析，这些方法对于在复杂电网，大规模系统的诊断中存在一定困难，本文充分利用SCADA的遥测遥信数据，提出一种基于有向无环图（DAG）的电网事故分析方法，能够有效解决上述问题。

1 基于有向无环图的事故分析原理

有向无环图DAG与数组、排列、区块链一样，也是一种数据结构。与区块链不同，DAG将最长链共识改成最重链共识，每个新加入的单元，不仅仅只加入长链里的一个区块，而是加入到之前的所有区块。DAG中的每个新单元，验证并确认其父单元，以及父单元的父单元，慢慢可达创世单元。随着时间递增，所有交易的区块链相互连接，形成图状结构，图1是一个网状的DAG结构。

2 基于DAG的事故分析模型设计

2.1 有向无环图DAG定义

电网连接中各个节点由带有方向的弧连接，表示各个事件节点之间的因果关系，其中图2中（a）表示某故障节点向外扩展；（b）表示故障的传递路径为单向不闭合；（c）表示节点之间通过断路器进行开合动作。有向无环图DAG定义如图2所示。

2.2 DAG事故模型设计

以电网内设备连接拓扑关系为基础数据模型，以有向图为基本数学模型，采用分层结构，将电网线路信息映射成DAG事故模型图，如图3所示，模型图的生成过程如下：

（1）事故节点，包括名称、类型、连接点、连接类型；（2）设备节点，是电网中的某一种设备，例如导线、变压器、母线等；（3）连接节点，将多个设备连接起来的节点，随着当前网络状态变化而改变；（4）按照预先定义的搜索策略，完成以事故节点为中心的各关联节点数据建立；（5）按照预先定义的路径和图遍历算法，完成DAG事故模型的构建。

3 事故分析模型的判定分析

电网事故的分析判定过程，原则上是对系统中的每个任务，按照当前电网中的连接关系和状态值，赋予相应的优先级，从而生成节点调度列表，通过顺序执行节点任务步骤直至所有节点任务调度完毕为止，如图4所示，模型的主要过程如下：

（1）以事故节点为起点，从调度列表中取出关联的连接节点；（2）计算每个连接节点的优先调度PR值；（3）为每个节点构造一个包括本身节点和所有有关的后继节点列表，按照PR值排序；（4）以递增的PR值对列表进行重新排序，根据连接顺序生成一个调度列表；（5）节点任务节点列表非空时，转步骤6，否则调度任务结束；（6）取节点任务列表首节点V0，并以依此求出相邻节点V1和V2的Etv1、Etv2值；（7）比较Etv1和Etv2值中的较大值，确定为下一步的路徑；（8）经过遍历 DAG 图求得所有节点任务和路径的优先级，得以确定关键路径；（9）其中调度过程中节点的优先权固定不变，网络中的关键路径也是不变的，电网的不同状态下，需要再次计算，关键路径随着网络状态不断变化。

4 事故诊断系统流程图设计（如图5所示）

在电网事故诊断分析系统中实现了基于DAG有向无环图的事故分析判定模型，系统主要面向地区调度应用，故障诊断主要的技术要点包括基础网架拓扑信息获取，基于5分钟实时SCADA遥测遥信数据，采用DAG事故模型分析模拟，分层智能化故障分析。

5 结 论

本文基于有向无环图，构建了电网事故分析模型，采用调度SCADA实时数据，构建了一种电网事故发展演化分析的故障诊断方法。本方法适用于大型复杂电网的事故的诊断，能对含分布式电源的电网进行事故的快速定位和演化分析，并且容错能力强，不仅能够快速准确对事故定级，还能进一步诊断事故的影响范围和演化发展，本文针对电网事故的诊断分析，为下一步深入研究电网事故演化和影响，提供了借鉴意义。

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