基于關鍵拓撲變動項辨識的調度操作潮流校核方法

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(貴州電網有限責任公司電力調度控制中心，貴州 貴陽 550002)

0 引言

調度操作潮流校核，是指根據電網實際運行狀態，動態計算調度操作前后的電網潮流變化的過程，以避免由于操作不當導致運行斷面越限、線路超額定容量運行等異常情況發生[1-2]。由于電網運行斷面越限、線路超額定容量運行等異常情況容易導致其他運行設備過載，進而引發連鎖故障[3]。為防止由于調度操作而引發的電網事故，當前調度運行相關規程中均要求調度操作應進行潮流校核[4]。

然而，每一項調度操作任務均涉及幾步到幾百步調度操作項，如何合理地選擇最有效的關鍵調度操作步驟，開展調度操作潮流校核，成為該領域研究的核心問題。文獻[5]評估了調度操作過程中信息通信系統所面臨的操作風險，提出了一種基于模糊理論的智能電網信息通信風險評估方法。文獻[6]在傳統效用理論基礎上，采用權重自適應調整策略，動態修正不同事故后果下的權重值，提出了一種基于改進效用理論的調度操作風險評估方法。文獻[7]從數據源出發，分析了調度操作潮流校核中所涉及的數據來源，提出了多源數據融合的操作風險評估，并開發實現了輔助決策系統。文獻[8]在傳統的靜態調度操作潮流校核基礎上，進一步考慮操作過程中，電網發生N-1故障后的潮流轉移，提出了一種全過程動態N-1風險評估方法。文獻[9]提出了一種基于態勢感知理論的運行控制方法，通過態勢動態感知，實現了調度操作的全過程監視。

上述研究加深了調度操作潮流校核的研究，部分成果已在實際中得到應用，取得了一定的使用效益。然而，當前的調度操作潮流校核本質上來說還屬于一種全過程的逐步掃描式校核方法[10-11]。當操作任務較為復雜，過程較多時，單一調度操作票所包含的操作指令可能超過200條，若每一步都需要進行潮流校核，則總時間可能超過30 min。盡管當前已有研究采用分布式計算等高效率計算方法，提升單次潮流校核的速度，然而對計算效率的提升并不顯著[12-13]。

實際上，調度操作過程中大量的操作指令項并不會對電網潮流分布產生影響，導致上述全過程逐步掃描式校核方法存在大量無用的潮流校核步驟。因此，提升調度操作潮流校核的關鍵在于從龐大的操作項中辨識出關鍵操作項。為此，本文將剖析影響電網潮流分布的關鍵操作項，通過對關鍵操作項的潮流校核代替傳統全過程逐步掃描式的辨識方法。最后通過對比本文所提出的校核方法與全過程逐步掃描式潮流校核的計算效率和計算效果，驗證本文所提出方法的有效性。

1 關鍵拓撲變動基本概念與辨識方法

1.1 基本概念

所提出的關鍵拓撲變動項是指調度操作項執行前后，將導致電網拓撲結構發生較大變化，對電網潮流分布產生較大影響的操作項。電網操作前后，只有當電網拓撲連接關系發生較大變化時，才會導致電網潮流分布產生改變。之所以能夠將關鍵拓撲變動項作為調度操作潮流校核的關鍵校核項，原因在于以下2個方面：

a.從電網潮流分布特性來說，當且僅當電網拓撲發生變化時，電網潮流才會出現較大幅度的改變，否則一般電網潮流呈平穩變化的過程，對調度操作潮流校核來說，對可能導致電網拓撲變化的操作項進行重點分析，實際上就能掌握電網潮流變化的要點。

b.從電網運行控制要求來說，當且僅當電網拓撲發生變化時，電網運行控制要求才會發生改變，可能產生運行斷面的增減調整，而由于電網運行期間不允許出現調度操作后新增運行斷面越限的情況，因此必須要求對拓撲變化后的潮流分布進行校核。

1.2 辨識方法

對調度操作項進行拓撲變化分析時，必須的基礎條件在于對電網設備進行規范化編號[11]，從而能夠將文本形式記錄的調度操作指令中的操作對象與電網運行設備對應。在此基礎上，關鍵拓撲變動項辨識主要經過2個步驟。

a.操作指令內容轉換。當前，調度操作指令內容辨識相關的研究已經較為成熟。由于調度指令規范性較高，可直接采用神經網絡、規則學習等方法，將文本形式記錄的調度指令語句轉化為操作對象、操作方式的內容組合方式。采用上述方法，對操作指令轉換后所得到的轉換模式如表1所示。

表1 典型操作指令轉換結果對照

b.網絡拓撲更新及對比。電網網絡拓撲，是指根據電網中設備運行狀態將電網網架轉換為抽象的連接圖形式。如圖1所示，常見的轉換模式為將每個變電站作為1個節點，將輸電線路作為節點間的連接線，據此將其轉化為點線連接形式的網絡拓撲圖形式。根據電網操作指令對設備運行狀態的影響，改變網絡拓撲圖中設備的運行狀態，從而調整網絡圖結構，掌握網絡拓撲圖的變化情況。

圖1 電網網絡拓撲圖

根據電網網絡拓撲圖的基本結構，可以得到節點和連接線運行與停運的判定條件：對于變電站節點，與其連接的任一線路處于運行狀態，該節點即處于運行狀態；對于變電站節點，當且僅當所有與其連接的線路均處于停運狀態，該節點處于停運狀態；對于連接線，對應的線路兩側開關中任一側處于停運狀態，拓撲圖中的連接線即處于停運狀態；對于連接線，當且僅當線路兩側開關均處于運行狀態，拓撲圖中的連接線才處于運行狀態。

根據轉換后的調度操作指令，即可以掌握開關、刀閘等設備的動作情況，并首先可以判定線路運行狀態的變化情況，在此基礎上進一步結合已有的拓撲結構和線路運行狀態的變化，判定電網網絡拓撲是否發生變化。該操作對應的網絡拓撲圖變為如圖2所示。

圖2 更新后的電網網絡拓撲圖

以圖1中網架結構為例，調度指令內容為“斷開Sta1變電站220 kV Line1線201開關”，其調度操作對象為“Sta1變電站220 kV Line1線201開關”，操作方式為“斷開開關”。該操作將導致Line1線路不能傳輸潮流，視為線路停運。對應到網絡拓撲圖中，該線路對應的連接線即判定為停運。

而在上面調度指令的基礎上，若繼續下令“斷開Sta2變電站220 kV Line1線201開關”，則由于該線路實際上已處于停運狀態，因此對網絡拓撲圖沒有影響。該操作對應的網絡拓撲圖將與上一操作一致，均如圖2所示。

對比上述2步調度指令，由于指令“斷開Sta1變電站220 kV Line1線201開關”將導致網絡拓撲圖發生變化，該操作即為關鍵拓撲變化項；而后一步指令“斷開Sta2變電站220 kV Line1線201開關”并不會導致網絡拓撲變化，并不是本文所提出的關鍵拓撲變化項。

2 基于關鍵項辨識的調度操作潮流校核

2.1 實施框架

基于上述關鍵拓撲變化項辨識方法，本文所提出的調度操作潮流校核方法實施流程如圖3所示。整個基于關鍵拓撲變動項辨識的調度潮流校核方法包括3個關鍵步驟。

圖3 實施步驟

a.基礎數據導入及處理。所需要導入的基礎數據包括：電網模型數據，包括在運行的變電站、輸電線路及其連接關系，該數據從電網能量管理系統獲取；待校核的調度操作票數據，該數據主要是從電網生產管理系統中獲取。在獲取上述基礎數據的基礎上，需要根據電網模型數據生成電網網絡拓撲圖。

b.關鍵拓撲變動項辨識。基于本文所提出的調度操作票關鍵拓撲變動項辨識方法，逐項校驗調度操作票中所涉及的各調度操作指令，判定其是否屬于關鍵拓撲變化項，并記錄各關鍵拓撲變化項執行前后對電網網絡拓撲結構的變化情況。

c.逐項潮流校核。根據各關鍵拓撲變化項執行前后電網網架拓撲的變化情況，調用電網潮流計算程序包，計算變化后電網潮流分布，并根據潮流分布對運行斷面是否越限、線路潮流是否超限額、是否存在重載輸變電設備等項目進行校核。

2.2 系統架構

根據上述實施步驟，本文所提出的潮流校核方法可在當前電網生產管理系統中調度操作票模塊基礎上改造實現，改造后的系統數據傳輸關系如圖4所示。

圖4 系統架構

所涉及到的系統主要包括電網能量管理系統和電網生產管理系統，調度員可以通過服務器登陸訪問與系統交互。按照實施流程其業務流程如下：

a.調度票生成。由調度員在其終端填寫操作表，并傳輸至生產管理系統中的調度操作票模塊，啟動調度操作潮流校核流程。

b.調度操作潮流校核準備。調度員啟動潮流校核流程后，調度操作票模塊負責從能量管理系統中收取電網模型數據，并生成電網網架拓撲圖等基礎數據。

c.潮流校核。按照本文所提出的方法，辨識調度操作票中的關鍵拓撲變動項，并根據拓撲變化，調用能量管理系統中的潮流計算模塊進行潮流計算分析。根據計算結果對照網架變化后的運行控制要求，得到潮流校核結果。

3 實施效益

3.1 實施情況

所提出的基于關鍵拓撲變動項辨識的調度操作潮流校核方法已在貴州某地區電網得到實際應用。通過對生產管理系統中的調度操作票模塊進行改造，實現了對原調度操作票執行過程的關鍵拓撲變動項辨識、潮流計算、潮流校核。

系統改造后的數據傳輸架構如圖4所示，該方法應用實施過程如圖3所示。

3.2 實際案例分析

以某線路停電操作為例介紹該方法的實施過程，如圖1所示，操作任務為將線路Line1由運行轉冷備用，操作票內容如表2所示。

表2 線路停電操作票

對上述操作指令逐一進行內容轉換，并進行拓撲分析后可知，第1步操作完成后該線路實際上已經不能傳輸潮流，在網絡拓撲圖中該連接線即判定為停運。后續3步操作實際上并不會改變網絡拓撲圖中的拓撲結構。因此該調度操作票第1步為關鍵拓撲變動項。根據該步操作對網絡拓撲的影響，調用能量管理系統中潮流計算模塊，即可計算得到操作執行后的潮流分布，并對其進行安全校核。相較于傳統的逐步校核方法，能夠減少75%的校核工作計算量。

3.3 實施效益分析

該模塊自2018年12月完成改造后，一直使用至今，已成功用于1 340張調度操作票的潮流校核任務。與傳統的全過程逐步掃描式潮流校核相比，減少校核工作量近90%，且無一例漏校核、誤校核，大大提升了調度操作票潮流校核的執行效率。

4 結束語

針對傳統全過程逐步掃描式調度操作潮流校核方法，提出了一種基于關鍵拓撲變動項辨識的潮流校核新方法。通過分析各調度操作指令對電網網絡拓撲變化的影響，辨識出將對潮流分布產生影響的關鍵調度操作指令項。該方法能在保證潮流校核有效性的前提下，大大降低校核工作量，提升效率。同時能夠在原有系統基礎上改造實現，大大降低了該方法實際應用推廣的難度，具有較高實際使用價值。