基于云計算的配電網脆弱性分析系統的設計

摘 要：本文針對配電系統的脆弱性評估與控制問題，將云計算理論應用到配電網脆弱性的分析研究中，設計了基于云計算的配電網系統分層控制結構，并利用風險評估的風險指標實現了配電網脆弱性評估的功能。

關鍵詞：脆弱性 配電網 云計算 風險評估

中圖分類號：TP393.08文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0038-02

隨著現代化工業的發展，我國電力系統的規模越來越大，以及各種新設備的相繼使用，使電力系統變得日益復雜。現有的電力系統通常采取的是集中控制的系統結構，這就要求控制中心要從多路遠處采集數據，同時當故障發生時，控制中心將難以在短時間內對故障進行快速的有效地處理。另一方面，傳統的電力系統安全評估方法已難以適應電力系統的復雜性和隨機性，難以提供電網安全健康狀態的實時、定量和直觀的診斷信息，無法建立有效的控制和決策支持系統，無法滿足電力市場的要求，造成了電力資源的浪費。因此需要一個智能的系統實時地、隨機地對復雜的電力系統實施控制。該文提出的基于云計算的配電網脆弱性分析系統能夠定量地抓住決定安全性等級的兩個因素：事故的嚴重性和可能性。并在此基礎上引入了風險指標，從而可以對電力系統做出更詳細更安全的指標。

1 云計算配電網脆弱性分析的系統架構

電力系統的脆弱性分析目的是為了找出電力系統內外的脆弱點和薄弱區域，得出系統內各元件抗擾動和維持正常能力的程度。基于云計算的配電網脆弱性分析系統是利用自動化技術、網絡技術的高速發展，由通過Internet相互連接的多種設備和用戶組成的一個復雜實體。

從總體上看，整個系統主要由云計算控制中心、風險評估系統、分散在配電網系統中的各種存儲設備以及被云計算整合的各種計算資源所組成。其中云計算控制中心和風險評估系統是整個配電網脆弱性分析系統的核心。

云計算控制中心首先通過Internet與由大量傳感器和其他數據采集設備組成的相連接，并把采集到的各種數據信息整合成相應的計算資源。然后根據用戶設定的需求，將整合的計算資源通過Internet分配給被風險評估系統。再由風險評估系統根據相應的風險評估指標對配電網脆弱性進行分析，所獲得的風險評估結果將通過Internet重新匯總到云計算控制中心，最后再反饋給用戶。

2 云計算控制中心

配電網脆弱性分析系統利用云計算理論對比較分散的需要監控的大量信息采用分散存儲，分層控制。云計算控制中心設立中心調度所、變電站控制中心，以及用戶/線路等分層控制中心，應用分散遞階控制理論，將整個配電網復雜的控制分解為若干個相互關聯子系統的控制，使對多變量過程的控制解耦，在中心調度所設立組織層，在地區調度所、變電站控制中心設立協調層，根據配電網的特點將其劃分為線路子系統和用戶子系統等，并在子系統中設立響應層在邏輯上采用分層控制結構。

本系統的最底物理層為響應層（用戶/線路），設置在每個本地的子系統中，對現場實施預定義的控制行為。中間層是協調層（變電站控制中心），協調層運用知識庫對響應層提交的警報或故障事件進行診斷并將控制信號反饋給響應層，對各子系統中的故障進行實時處理，有效地控制故障的傳播。如果該事件的影響超過了某個預定義的極限，協調層將把這個事件提交給組織層即最高層（中心調度所）。這樣選擇配電網中的一些會影響到整體穩定性的重要負荷和線路，再結合各個變電站和調度中心，即可組成云計算控制主體結構。

3 風險評估系統

3.1 風險評估原理

風險評估理論建立在概率性方法的基礎上，是一種分析系統不確定性因素導致災害的可能性和這種災害的嚴重度相結合的理論。風險評估是指采用一系列邏輯步驟，使設計人員和安全工程師能夠以一種系統的方式檢查由于設備的使用而產生的災害，因此可以選擇適合的方法。電力系統的風險指標能夠定量地把握事故的可能性和嚴重性這兩個決定系統可靠性的因素，從而能夠比較全面的反映事故對整個電力系統的影響及相應的系統脆弱性程度。

3.2 風險評估的風險指標

該設計中風險評估定義了四種風險評估指標，分別是線路過負荷風險、變壓器過負荷風險、低電壓風險和失負荷風險。綜合風險反映的是發生事故后系統各項風險的綜合。所以將綜合風險指標定義為線路過負荷風險指標、變壓器過負荷風險指標、低電壓風險指標和失負荷風險指標四個的累加。因此綜合風險指標的計算公式為：

在此公式中，風險指標反映了電力系統的脆弱程度，電力系統在受到發生某些事故的概率和后果嚴重度的綜合表現。通過計算系統的風險指標來確定配電網的脆弱性狀況。

4 配電網脆弱性分析功能的實現

由于在本系統中確立了四種系統安全性問題，即線路過負荷風險、變壓器過負荷風險、低電壓風險和失負荷風險。此四種安全性問題是從電網安全性的不同角度對系統進行脆弱性描述，所以風險評估中針對每一個事故都要分別計算上述不同類型的風險指標。

在配電網脆弱性計算流程中，首先確立故障目標集，包含所有需要計算的可能發生故障的元件；利用已知數據計算目標集內每個故障發生的概率，并且計算每個故障發生后系統的潮流分布情況，從潮流結果中運用有效數據按照上面所建立的各種風險模型計算，求出每個故障下的各種風險指標。最后當目標集內的所有故障全部計算完后，通過風險指標的整合對系統脆弱性進行分析。

5 結語

該文提出了一種新穎的基于云計算的配電網脆弱性分析系統，并設計了適用于配電網脆弱性和安全性分析的云計算分層控制結構，同時將風險評估理論引入配電網的脆弱性分析中，為配電網的安全性和脆弱性分析提供新的理論依據，為電網的智能脆弱性分析提供了一個思路，也是未來電網脆弱性和安全性分析研究的發展趨勢。

參考文獻

[1]曹陽，高志遠.云計算模式在電力調度系統中的應用[J].中國電力，2012，45（6）：14-17

[2]劉鵬.云計算[M].北京：電子工業出版社，2011.

[3]楊旭昕，劉俊勇，季宏亮，等.電力系統云計算初探[J].四川電力技術，2010，33（3）：71-76.