基于关键拓扑变动项辨识的调度操作潮流校核方法

，，，，，

(贵州电网有限责任公司电力调度控制中心，贵州 贵阳 550002)

0 引言

调度操作潮流校核，是指根据电网实际运行状态，动态计算调度操作前后的电网潮流变化的过程，以避免由于操作不当导致运行断面越限、线路超额定容量运行等异常情况发生[1-2]。由于电网运行断面越限、线路超额定容量运行等异常情况容易导致其他运行设备过载，进而引发连锁故障[3]。为防止由于调度操作而引发的电网事故，当前调度运行相关规程中均要求调度操作应进行潮流校核[4]。

然而，每一项调度操作任务均涉及几步到几百步调度操作项，如何合理地选择最有效的关键调度操作步骤，开展调度操作潮流校核，成为该领域研究的核心问题。文献[5]评估了调度操作过程中信息通信系统所面临的操作风险，提出了一种基于模糊理论的智能电网信息通信风险评估方法。文献[6]在传统效用理论基础上，采用权重自适应调整策略，动态修正不同事故后果下的权重值，提出了一种基于改进效用理论的调度操作风险评估方法。文献[7]从数据源出发，分析了调度操作潮流校核中所涉及的数据来源，提出了多源数据融合的操作风险评估，并开发实现了辅助决策系统。文献[8]在传统的静态调度操作潮流校核基础上，进一步考虑操作过程中，电网发生N-1故障后的潮流转移，提出了一种全过程动态N-1风险评估方法。文献[9]提出了一种基于态势感知理论的运行控制方法，通过态势动态感知，实现了调度操作的全过程监视。

上述研究加深了调度操作潮流校核的研究，部分成果已在实际中得到应用，取得了一定的使用效益。然而，当前的调度操作潮流校核本质上来说还属于一种全过程的逐步扫描式校核方法[10-11]。当操作任务较为复杂，过程较多时，单一调度操作票所包含的操作指令可能超过200条，若每一步都需要进行潮流校核，则总时间可能超过30 min。尽管当前已有研究采用分布式计算等高效率计算方法，提升单次潮流校核的速度，然而对计算效率的提升并不显著[12-13]。

实际上，调度操作过程中大量的操作指令项并不会对电网潮流分布产生影响，导致上述全过程逐步扫描式校核方法存在大量无用的潮流校核步骤。因此，提升调度操作潮流校核的关键在于从庞大的操作项中辨识出关键操作项。为此，本文将剖析影响电网潮流分布的关键操作项，通过对关键操作项的潮流校核代替传统全过程逐步扫描式的辨识方法。最后通过对比本文所提出的校核方法与全过程逐步扫描式潮流校核的计算效率和计算效果，验证本文所提出方法的有效性。

1 关键拓扑变动基本概念与辨识方法

1.1 基本概念

所提出的关键拓扑变动项是指调度操作项执行前后，将导致电网拓扑结构发生较大变化，对电网潮流分布产生较大影响的操作项。电网操作前后，只有当电网拓扑连接关系发生较大变化时，才会导致电网潮流分布产生改变。之所以能够将关键拓扑变动项作为调度操作潮流校核的关键校核项，原因在于以下2个方面：

a.从电网潮流分布特性来说，当且仅当电网拓扑发生变化时，电网潮流才会出现较大幅度的改变，否则一般电网潮流呈平稳变化的过程，对调度操作潮流校核来说，对可能导致电网拓扑变化的操作项进行重点分析，实际上就能掌握电网潮流变化的要点。

b.从电网运行控制要求来说，当且仅当电网拓扑发生变化时，电网运行控制要求才会发生改变，可能产生运行断面的增减调整，而由于电网运行期间不允许出现调度操作后新增运行断面越限的情况，因此必须要求对拓扑变化后的潮流分布进行校核。

1.2 辨识方法

对调度操作项进行拓扑变化分析时，必须的基础条件在于对电网设备进行规范化编号[11]，从而能够将文本形式记录的调度操作指令中的操作对象与电网运行设备对应。在此基础上，关键拓扑变动项辨识主要经过2个步骤。

a.操作指令内容转换。当前，调度操作指令内容辨识相关的研究已经较为成熟。由于调度指令规范性较高，可直接采用神经网络、规则学习等方法，将文本形式记录的调度指令语句转化为操作对象、操作方式的内容组合方式。采用上述方法，对操作指令转换后所得到的转换模式如表1所示。

表1 典型操作指令转换结果对照

b.网络拓扑更新及对比。电网网络拓扑，是指根据电网中设备运行状态将电网网架转换为抽象的连接图形式。如图1所示，常见的转换模式为将每个变电站作为1个节点，将输电线路作为节点间的连接线，据此将其转化为点线连接形式的网络拓扑图形式。根据电网操作指令对设备运行状态的影响，改变网络拓扑图中设备的运行状态，从而调整网络图结构，掌握网络拓扑图的变化情况。

图1 电网网络拓扑图

根据电网网络拓扑图的基本结构，可以得到节点和连接线运行与停运的判定条件：对于变电站节点，与其连接的任一线路处于运行状态，该节点即处于运行状态；对于变电站节点，当且仅当所有与其连接的线路均处于停运状态，该节点处于停运状态；对于连接线，对应的线路两侧开关中任一侧处于停运状态，拓扑图中的连接线即处于停运状态；对于连接线，当且仅当线路两侧开关均处于运行状态，拓扑图中的连接线才处于运行状态。

根据转换后的调度操作指令，即可以掌握开关、刀闸等设备的动作情况，并首先可以判定线路运行状态的变化情况，在此基础上进一步结合已有的拓扑结构和线路运行状态的变化，判定电网网络拓扑是否发生变化。该操作对应的网络拓扑图变为如图2所示。

图2 更新后的电网网络拓扑图

以图1中网架结构为例，调度指令内容为“断开Sta1变电站220 kV Line1线201开关”，其调度操作对象为“Sta1变电站220 kV Line1线201开关”，操作方式为“断开开关”。该操作将导致Line1线路不能传输潮流，视为线路停运。对应到网络拓扑图中，该线路对应的连接线即判定为停运。

而在上面调度指令的基础上，若继续下令“断开Sta2变电站220 kV Line1线201开关”，则由于该线路实际上已处于停运状态，因此对网络拓扑图没有影响。该操作对应的网络拓扑图将与上一操作一致，均如图2所示。

对比上述2步调度指令，由于指令“断开Sta1变电站220 kV Line1线201开关”将导致网络拓扑图发生变化，该操作即为关键拓扑变化项；而后一步指令“断开Sta2变电站220 kV Line1线201开关”并不会导致网络拓扑变化，并不是本文所提出的关键拓扑变化项。

2 基于关键项辨识的调度操作潮流校核

2.1 实施框架

基于上述关键拓扑变化项辨识方法，本文所提出的调度操作潮流校核方法实施流程如图3所示。整个基于关键拓扑变动项辨识的调度潮流校核方法包括3个关键步骤。

图3 实施步骤

a.基础数据导入及处理。所需要导入的基础数据包括：电网模型数据，包括在运行的变电站、输电线路及其连接关系，该数据从电网能量管理系统获取；待校核的调度操作票数据，该数据主要是从电网生产管理系统中获取。在获取上述基础数据的基础上，需要根据电网模型数据生成电网网络拓扑图。

b.关键拓扑变动项辨识。基于本文所提出的调度操作票关键拓扑变动项辨识方法，逐项校验调度操作票中所涉及的各调度操作指令，判定其是否属于关键拓扑变化项，并记录各关键拓扑变化项执行前后对电网网络拓扑结构的变化情况。

c.逐项潮流校核。根据各关键拓扑变化项执行前后电网网架拓扑的变化情况，调用电网潮流计算程序包，计算变化后电网潮流分布，并根据潮流分布对运行断面是否越限、线路潮流是否超限额、是否存在重载输变电设备等项目进行校核。

2.2 系统架构

根据上述实施步骤，本文所提出的潮流校核方法可在当前电网生产管理系统中调度操作票模块基础上改造实现，改造后的系统数据传输关系如图4所示。

图4 系统架构

所涉及到的系统主要包括电网能量管理系统和电网生产管理系统，调度员可以通过服务器登陆访问与系统交互。按照实施流程其业务流程如下：

a.调度票生成。由调度员在其终端填写操作表，并传输至生产管理系统中的调度操作票模块，启动调度操作潮流校核流程。

b.调度操作潮流校核准备。调度员启动潮流校核流程后，调度操作票模块负责从能量管理系统中收取电网模型数据，并生成电网网架拓扑图等基础数据。

c.潮流校核。按照本文所提出的方法，辨识调度操作票中的关键拓扑变动项，并根据拓扑变化，调用能量管理系统中的潮流计算模块进行潮流计算分析。根据计算结果对照网架变化后的运行控制要求，得到潮流校核结果。

3 实施效益

3.1 实施情况

所提出的基于关键拓扑变动项辨识的调度操作潮流校核方法已在贵州某地区电网得到实际应用。通过对生产管理系统中的调度操作票模块进行改造，实现了对原调度操作票执行过程的关键拓扑变动项辨识、潮流计算、潮流校核。

系统改造后的数据传输架构如图4所示，该方法应用实施过程如图3所示。

3.2 实际案例分析

以某线路停电操作为例介绍该方法的实施过程，如图1所示，操作任务为将线路Line1由运行转冷备用，操作票内容如表2所示。

表2 线路停电操作票

对上述操作指令逐一进行内容转换，并进行拓扑分析后可知，第1步操作完成后该线路实际上已经不能传输潮流，在网络拓扑图中该连接线即判定为停运。后续3步操作实际上并不会改变网络拓扑图中的拓扑结构。因此该调度操作票第1步为关键拓扑变动项。根据该步操作对网络拓扑的影响，调用能量管理系统中潮流计算模块，即可计算得到操作执行后的潮流分布，并对其进行安全校核。相较于传统的逐步校核方法，能够减少75%的校核工作计算量。

3.3 实施效益分析

该模块自2018年12月完成改造后，一直使用至今，已成功用于1 340张调度操作票的潮流校核任务。与传统的全过程逐步扫描式潮流校核相比，减少校核工作量近90%，且无一例漏校核、误校核，大大提升了调度操作票潮流校核的执行效率。

4 结束语

针对传统全过程逐步扫描式调度操作潮流校核方法，提出了一种基于关键拓扑变动项辨识的潮流校核新方法。通过分析各调度操作指令对电网网络拓扑变化的影响，辨识出将对潮流分布产生影响的关键调度操作指令项。该方法能在保证潮流校核有效性的前提下，大大降低校核工作量，提升效率。同时能够在原有系统基础上改造实现，大大降低了该方法实际应用推广的难度，具有较高实际使用价值。