山東電網在線預警及動態評估系統設計研究

馬 強，韓少曉，姚 光，徐 征，田大偉

（山東電力調度控制中心，山東 濟南 250001）

0 引言

山東電網是一個具有大機組、超高壓的大型省網，目前通過4回500 kV線路與華北電網相連，通過2回660 kV線路與西北網相連。如何保證山東電網安全、可靠、經濟、優質運行至關重要，傳統經驗型和分析型的電網調度無法實現大電網的智能化運行，尤其在實現多層面、多維度信息采集處理、前瞻性和智能化分析評估等方面還存在很多不足，難以使調度運行人員時刻、全景把握電網運行安全穩定水平，難以對電網安全運行薄弱環節及時進行相應預防控制。在線預警及動態評估系統［1-3］以EMS系統和調度綜合數據平臺為基礎，結合電網綜合評估的理論研究和山東省調度控制中心的業務需求，提出一套針對山東電網的調度運行動態評估及預警的理論體系，通過對電網特征指標地分析和提取，實現了對調度核心業務地量化評估，針對電網的運行狀態、調節能力以及抵御風險能力構建指標體系及健康度模型；采用智能可視化技術實現對電網自上而下地動態監視、預警。

目前，對于電網地在線預警和動態評估處于起步階段，文獻［1］從運行風險評估的角度做了一些工作，文獻［2］則從安全預警評估方面入手，但都不夠全面，將電網在線預警和動態評估作為一個整體進行系統化評估的研究工作還較少見。本文在考慮電網的安全性、可靠性、充裕度的基礎上，建立電網在線預警和動態評估指標體系，并提出了具體計算方法。

1 動態評估指標體系研究

傳統的電力系統評估主要是指電力系統的可靠性評估［4-9］，可靠性是指一個元件、設備或系統在所處運行條件下，在預定的時期內能夠充分執行其預期功能的概率，因此可靠性在本質上是一個概率隨機性問題，其最終提供給用戶的是一個量化的指標，難以指導調度運行人員對實時電網進行干預；山東電網的在線預警及動態評估體系主要針對實時系統進行實時、超前評估，提供給調度運行人員的指標有特定的物理意義，調度人員根據電網健康度指標就可以了解當前電網的運行狀態，對電網進行干預。

山東電網在線預警及動態評估系統也是從充裕度（Adequacy）和安全性（Security）兩方面對電網進行評估，通過對具體業務進行抽象，將其分為電網運行狀態評估體系、電網調節能力評估體系、電網抵御風險能力評估體系三大指標體系，圖1所示。

圖1 評估指標體系

在正常情況下對電網的運行狀態進行實時評估，主要包括電網的頻率、母線電壓、線路負載率、變壓器負載率、有功正備用/負備用、聯絡線交換功率、網間交換、輸電斷面、分區負荷等指標，圖2所示。

圖2 電網運行狀態指標

調度運行調節能力評估在電網正常狀態下，綜合有功正備用/負備用、無功容性/感性備用、AGC、低頻減載、低壓減載、全網負荷裕度、區域電壓穩定、區域負荷裕度、超短期負荷預測、靈敏度等信息，實時、超前評估電網調度運行調節能力。

圖3 全網健康度指標

電網抵御風險能力評估采用預想故障集的方式對當前電網及未來兩小時內的電網狀態進行計算，并對事故預案進行實時校驗來評估電網抵御風險的能力。

基于上述的三類評估建立全網的健康度指標模型，圖3所示。

2 系統架構

系統采用分層結構，主要功能包括數據獲取、計算預警掃描、動態評估分析、結果組織與展示、應用程序客戶端、Web服務器等，圖4所示。

圖4 系統構架

2.1 系統架構單元

基礎數據獲取。從系統外獲取電網模型數據，包括基礎的實時態電網模型數據，以及按照要求組織的研究態電網模型數據（將預測、計劃、人工調整后的信息疊加到實時態模型數據上得到）。

擴展數據。存儲EMS系統和數據平臺無法提供的配置性的數據，包括本地的業務邏輯描述信息。

指標分析提取。根據評估和預警掃描的需求，從電網模型、數據中提取指標，供其他的模塊調用。提取指標的定義可以根據評估的需求動態擴展。

基本計算服務。 在指定的電網模型上進行計算服務，并把結果組織成標準的形式。采用SOA架構，包括網絡拓撲、潮流計算分析、N-1安全計算分析、故障集安全計算分析等。

高性能計算。利用并行計算實現大規模計算的快速完成，完成靜態安全分析、電壓穩定裕度計算、全網/區域負荷裕度計算、靈敏度計算等。

掃描預警。基于電網基本的指標和計算服務器，根據預先規則進行周期預警掃描，并把結果實時反映到結果組織和展示子系統。

評估。采用動態加載插件機制，定義標準化的評估插件數據入口和結果出口，是各種健康模型和評估函數的實現容器。

結果組織與展示。把預警掃描和各種評估的結果進行可視化解釋，組織成便于客戶端訪問的數據結構，利用電網整體健康模型對各種評估的結果進行綜合評定，得到直觀的電網運行狀況評估指標。

客戶端。運行于調度員工作站的客戶端工具，提供可視化展示和基本的交互。 采用獨立應用程序的方式，使用結果組織與展示模塊提供的統一的圖形和數據。

Web服務。為評估結果的Web展示提供數據解析和網頁組織，采用兩種方式與瀏覽器進行通信：一種為SVG方式，即采用SVG方式組織展示數據；另一種采用瀏覽器插件方式組織和展示結果數據。

2.2 系統接口

系統與EMS接口。采用IEC61970標準的CIM/CIS方式訪問各態的電網模型和電網運行數據。

系統與綜合數據平臺接口。采用IEC61970標準的CIM/CIS方式獲取EMS系統之外的必需的數據，如負荷預測、超短期負荷預測、各種計劃數據等。

客戶端接口。 系統內專用接口，帶有連接的客戶端可以直接和服務連接，也可以通過訪問代理間接連接，以適應不同的網絡結構。

瀏覽器接口。通過HTTP發布評估和預警的結果。

3 應用實例與結果分析

3.1 元件運行狀態

運行狀態界面如圖5所示，可以看出元件運行狀態中元件落入橙色預警區，從右邊的雷達圖可以看出變壓器落入橙色預警區，右下角雷達圖顯示出煙臺地區落入橙色，列表顯示了越預警限的變壓器詳細信息，負載率超過85%。

圖5 運行狀態界面

3.2 調節能力

調節能力界面如圖6所示，顯示調節能力各項指標中沒有越限情況，調節能力健康度指標值為96，也說明全網調節能力比較好，健康度指標值能正確的反應全網多項調節能力水平。

圖6 調節能力界面

3.3 抵御風險

圖7 抵御風險界面

抵御風險界面如圖7所示，可以看出抵御風險中同桿并架落入告警區域，而且接近圓心，從右側上面分區雷達圖可以看出威海地區同桿并架雙回線鳳戚I、II故障造成大量母線電壓嚴重越下限。

4 結語

通過對山東電網在線預警與動態評估系統地剖析，探討了整個系統的指標體系及框架。基于安全性和充裕度所提出的三大指標體系從整體上代表了電網的健康狀態，使調度人員實現了對電網自上而下的監視，給出的指標物理意義明確，目前，該系統已在山東電力調度控制中心投運，取得了良好效果。

［1］ 吳文傳，寧遼逸，張伯明，等.電力系統在線運行風險評估與決策［J］.電力科學與技術學報，2009，24（2）：28-34.

［2］ 周韓，劉東，吳子美，等.電力系統安全預警評估指標及其應用［J］.電力系統自動化，2007，31（20）：45-48.

［3］ 田洪，張焰，張益波.地區電網運行方式評估方法［J］.電力系統保護與控制，2009,37（20）：93-98.

［4］ 張保會，王立永,譚倫農.計及風險的市場環境下電力系統安全可靠性研究［J］.電網技術，2005，29（3）：44-49.

［5］ Billinton R，Allan R.Reliability Evaluation of Power Systems［M］.New York and London：Plenum Press，1996.

［6］ 郭永基.電力系統可靠性分析［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［7］ 別朝紅，王錫凡.蒙特卡羅法在評估電力系統可靠性中的應用［J］.電力系統自動化，1997，21（6）：68-75.

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