電網風險智能評估系統設計研究

李 霞，孟圓杰

（大理供電局，云南 大理 671000）

0 引言

隨著經濟飛速發展，電網規模不斷擴大，電力設備不斷增多，電網運行方式也越來越復雜，基建、技改、電力設備檢修任務隨之也愈發繁重，再加上各種極端氣候的影響，電網安全穩定運行形勢嚴峻。必須采取合理的方法，全面、科學地進行電網運行風險分析，發現電網潛在薄弱環節，幫助電網運行人員清晰、快速地識別風險，并迅速采取應對措施以降低電網風險，從而達到防御電力災變的目的。

然而，目前電網風險分析工作大都通過人工分析來實現，實時評估及預警和策略應對的手段相較落后。基準風險的評估主要依據年度運行方式，運行方式和負荷數據都相對固定，不能隨著電網建設規模變化得到及時更新，對基準風險辨別的準確性、實時性較差；基于問題的風險評估主要根據系統試驗、設備檢修、設備異常等非正常方式進行風險辨識，除此之外，還需對比檢修工作下不同運行方式的風險，尋找最佳運行方式，以安排檢修工作下對電網影響最小的運行方式，人工辨識、耗時長、浪費大量人力資源且全面性、精準性較差；實時風險主要由調度員根據電網運行的實時故障（設備異常、故障跳閘、緊急搶修等）進行風險分析評估，不確定性大，且電網事故跳閘時，電網運行人員除了關注電網實時風險外還要兼顧信息匯報、事故處置，風險評估效率低下[1]。因此，設計研發電網風險的智能分析與自動評級系統尤為重要，可以大大提高電網運行人員對風險分析的效率，提高風險分析科學、全面性，幫助電網運行人員更好掌握電網薄弱環節，并為風險管控提供參考。

1 系統構架

電網風險智能分析系統設置有SCADA系統接口，用以實現數據交互，從SCADA系統中獲取電網模型。從PI數據庫中獲取電網運行的實時數據及設備運行的歷史數據，主要為負荷量，用來幫助后續進行風險定級。各片區用戶數、風險定級標準等相關信息則保存在系統服務器的數據庫中。系統通過WEB界面實現風險評估、運行方式安排等相關用戶操作。為保證數據安全，用戶可通過防火墻訪問系統，系統構架如圖1所示。

圖1 系統構架

2 系統功能設計

該系統具備以下幾個功能：①模擬運行方式調整。在檢修工作前，用戶通過WEB終端模擬設備檢修，檢修設備可設置為一個或多個，可調整運行方式（不改變電力系統實際運行方式，僅作運行方式模擬）；②過載計算。系統可以根據電網接線圖、線路最大載流量、變壓器容量等信息，啟動潮流計算，與既定數據進行對比校驗，判斷是否存在過載情況；③關鍵薄弱環節辨識功能。根據電網風險、設備故障率自動辨別電網中存在的薄弱環節，用戶可手動置入薄弱環節；④風險分析功能。對檢修情況下不同運行方式下的風險后果進行分析，計算得到薄弱環節N-1情況下的電網事件等級及電網風險等級；對比不同運行方式下的風險評估結果，得到最優運行方式；⑤備自投功能檢測。在進行薄弱環節故障后風險評估過程中，系統需要檢查備自投裝置是否滿足動作條件，若滿足動作條件則進行電網負荷轉移，恢復部分負荷，若不具備備自投動作條件則視為負荷損失。功能設計如圖2所示。

圖2 功能設計

3 系統關鍵技術

3.1 局部拓撲計算

電網風險智能分析系統在模擬斷開檢修設備，或變更局部電網運行方式時，僅需要對發生變位的廠站的拓撲模型進行更新，不需要對所有廠站重新進行拓撲計算。利用“深度優先搜索法”搜索電網所有設備（“全設備集”）的最小路集，并存儲元件控制的子路徑集，按照檢修前運行方式把所有設備的最小路集分為連通路徑集A1和備用路徑集A2。根據當日檢修情況形成一個序列表，依據該序列依次修改拓撲圖，從連通路徑集中去除由于檢修斷開的路徑完成“減”，在連通路徑集中加上預置連通的備用路徑完成“增”，進而完成適應電網局部拓撲變化的連通最小路的快速搜索[2]。

3.2 潮流計算

潮流計算模塊主要用于模擬計算不同運行方式下的電網潮流，通過潮流計算得到可能出現線路過載或變壓器過載的設備，并對這些設備進行預警。目前電力系統用于潮流計算的非線性方程沒有辦法直接求解得到結果，只能通過不斷迭代來求解，使用較多的為牛頓法及PQ分解法。牛頓-拉夫遜算法收斂速度較快，收斂性較好[3]，本系統在進行潮流計算時，將采用牛頓-拉夫遜算法。通過地區35kV及以上電網進行驗正，算法魯棒性良好，計算速度快。

3.3 風險評估體系

風險評估是通過分析電網風險的危害和風險發生的可能性，綜合評估風險的大小，確定風險的等級。用戶可錄入切合當地電網的風險評估標準作為風險庫，本系統將根據《中國南方電網有限責任公司電力事故事件調查規程》《大理電網運行安全風險量化評估管理規范》中電力生產安全事件等級劃分、風險評級標準作為風險庫[4]。錄入損失負荷占比，損失用戶數，失壓變電站數目幾個維度作為電力生產安全事件等級判別標準。在做風險評估時，還需加入評估時段天氣情況、設備健康程度、設備類型等因素，共同確定電網風險等級。風險評估流程如圖3所示。

圖3 風險評估流程

4 結論

本文設計研究的電網風險智能分析系統通過模擬不同運行方式，根據當前方式進行潮流計算，可以對過載設備進行預警；基于大理地區適用的風險評估標準，根據用戶設置檢修狀態下運行方式，智能地進行風險分析評估，大大提高風險分析效率，風險分析效率提高5倍；風險評估的參量可根據設備實際情況設置，提高了風險分析準確性、實時性、全面性，提高了風險管控措施全面、精準、合理性；為電網運行人員進行風險管控提供參考，保障供電可靠性、安全性；且系統提供了可視化、易操作的界面，支持用戶對接線圖、參數進行修改維護，可擴展性、靈活性、適用性強。