电网风险智能评估系统设计研究

李 霞，孟圆杰

（大理供电局，云南 大理 671000）

0 引言

随着经济飞速发展，电网规模不断扩大，电力设备不断增多，电网运行方式也越来越复杂，基建、技改、电力设备检修任务随之也愈发繁重，再加上各种极端气候的影响，电网安全稳定运行形势严峻。必须采取合理的方法，全面、科学地进行电网运行风险分析，发现电网潜在薄弱环节，帮助电网运行人员清晰、快速地识别风险，并迅速采取应对措施以降低电网风险，从而达到防御电力灾变的目的。

然而，目前电网风险分析工作大都通过人工分析来实现，实时评估及预警和策略应对的手段相较落后。基准风险的评估主要依据年度运行方式，运行方式和负荷数据都相对固定，不能随着电网建设规模变化得到及时更新，对基准风险辨别的准确性、实时性较差；基于问题的风险评估主要根据系统试验、设备检修、设备异常等非正常方式进行风险辨识，除此之外，还需对比检修工作下不同运行方式的风险，寻找最佳运行方式，以安排检修工作下对电网影响最小的运行方式，人工辨识、耗时长、浪费大量人力资源且全面性、精准性较差；实时风险主要由调度员根据电网运行的实时故障（设备异常、故障跳闸、紧急抢修等）进行风险分析评估，不确定性大，且电网事故跳闸时，电网运行人员除了关注电网实时风险外还要兼顾信息汇报、事故处置，风险评估效率低下[1]。因此，设计研发电网风险的智能分析与自动评级系统尤为重要，可以大大提高电网运行人员对风险分析的效率，提高风险分析科学、全面性，帮助电网运行人员更好掌握电网薄弱环节，并为风险管控提供参考。

1 系统构架

电网风险智能分析系统设置有SCADA系统接口，用以实现数据交互，从SCADA系统中获取电网模型。从PI数据库中获取电网运行的实时数据及设备运行的历史数据，主要为负荷量，用来帮助后续进行风险定级。各片区用户数、风险定级标准等相关信息则保存在系统服务器的数据库中。系统通过WEB界面实现风险评估、运行方式安排等相关用户操作。为保证数据安全，用户可通过防火墙访问系统，系统构架如图1所示。

图1 系统构架

2 系统功能设计

该系统具备以下几个功能：①模拟运行方式调整。在检修工作前，用户通过WEB终端模拟设备检修，检修设备可设置为一个或多个，可调整运行方式（不改变电力系统实际运行方式，仅作运行方式模拟）；②过载计算。系统可以根据电网接线图、线路最大载流量、变压器容量等信息，启动潮流计算，与既定数据进行对比校验，判断是否存在过载情况；③关键薄弱环节辨识功能。根据电网风险、设备故障率自动辨别电网中存在的薄弱环节，用户可手动置入薄弱环节；④风险分析功能。对检修情况下不同运行方式下的风险后果进行分析，计算得到薄弱环节N-1情况下的电网事件等级及电网风险等级；对比不同运行方式下的风险评估结果，得到最优运行方式；⑤备自投功能检测。在进行薄弱环节故障后风险评估过程中，系统需要检查备自投装置是否满足动作条件，若满足动作条件则进行电网负荷转移，恢复部分负荷，若不具备备自投动作条件则视为负荷损失。功能设计如图2所示。

图2 功能设计

3 系统关键技术

3.1 局部拓扑计算

电网风险智能分析系统在模拟断开检修设备，或变更局部电网运行方式时，仅需要对发生变位的厂站的拓扑模型进行更新，不需要对所有厂站重新进行拓扑计算。利用“深度优先搜索法”搜索电网所有设备（“全设备集”）的最小路集，并存储元件控制的子路径集，按照检修前运行方式把所有设备的最小路集分为连通路径集A1和备用路径集A2。根据当日检修情况形成一个序列表，依据该序列依次修改拓扑图，从连通路径集中去除由于检修断开的路径完成“减”，在连通路径集中加上预置连通的备用路径完成“增”，进而完成适应电网局部拓扑变化的连通最小路的快速搜索[2]。

3.2 潮流计算

潮流计算模块主要用于模拟计算不同运行方式下的电网潮流，通过潮流计算得到可能出现线路过载或变压器过载的设备，并对这些设备进行预警。目前电力系统用于潮流计算的非线性方程没有办法直接求解得到结果，只能通过不断迭代来求解，使用较多的为牛顿法及PQ分解法。牛顿-拉夫逊算法收敛速度较快，收敛性较好[3]，本系统在进行潮流计算时，将采用牛顿-拉夫逊算法。通过地区35kV及以上电网进行验正，算法鲁棒性良好，计算速度快。

3.3 风险评估体系

风险评估是通过分析电网风险的危害和风险发生的可能性，综合评估风险的大小，确定风险的等级。用户可录入切合当地电网的风险评估标准作为风险库，本系统将根据《中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程》《大理电网运行安全风险量化评估管理规范》中电力生产安全事件等级划分、风险评级标准作为风险库[4]。录入损失负荷占比，损失用户数，失压变电站数目几个维度作为电力生产安全事件等级判别标准。在做风险评估时，还需加入评估时段天气情况、设备健康程度、设备类型等因素，共同确定电网风险等级。风险评估流程如图3所示。

图3 风险评估流程

4 结论

本文设计研究的电网风险智能分析系统通过模拟不同运行方式，根据当前方式进行潮流计算，可以对过载设备进行预警；基于大理地区适用的风险评估标准，根据用户设置检修状态下运行方式，智能地进行风险分析评估，大大提高风险分析效率，风险分析效率提高5倍；风险评估的参量可根据设备实际情况设置，提高了风险分析准确性、实时性、全面性，提高了风险管控措施全面、精准、合理性；为电网运行人员进行风险管控提供参考，保障供电可靠性、安全性；且系统提供了可视化、易操作的界面，支持用户对接线图、参数进行修改维护，可扩展性、灵活性、适用性强。