城市配電網(wǎng)預警方法研究綜述

李新輝,王 暉,王 成,趙 亮

（1.國網(wǎng)四平供電公司,吉林 四平136000；2.長春工程學院 3.國網(wǎng)吉林省電力有限公司,長春 130000）

城市配電網(wǎng)預警方法研究綜述

李新輝1,王 暉2,王 成1,趙 亮3

（1.國網(wǎng)四平供電公司,吉林 四平136000；2.長春工程學院 3.國網(wǎng)吉林省電力有限公司,長春 130000）

目前配電系統(tǒng)還是一個脆弱的系統(tǒng)，一旦發(fā)生大面積停電事故，后果是嚴重的，甚至是災難性的。因此，為了防止大面積停電，提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，有必要對城市配電網(wǎng)進行預警研究，本文對現(xiàn)有配電網(wǎng)預警方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和現(xiàn)有方法進行了分析研究，通過比較得出，采用神經(jīng)網(wǎng)絡算法對配電網(wǎng)進行預警分析具有高度的非線性與全局性等優(yōu)點，將成為城市配電網(wǎng)預警的研究趨勢。

配電網(wǎng)；預警方法；人工神經(jīng)網(wǎng)絡

0 前言

配電網(wǎng)是電網(wǎng)的一個重要組成部分。配電網(wǎng)直接面向用戶，是保證安全、可靠、穩(wěn)定、優(yōu)質、高效的電力供應的關鍵環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，電力用戶遭受的停電時間，80%～90%以上是由于配電系統(tǒng)原因造成的；電力系統(tǒng)損耗中約有一半產(chǎn)生在配電網(wǎng)。配電網(wǎng)結構復雜、覆蓋面廣、設備繁雜、電壓等級多樣、易受外界條件的影響，且配電系統(tǒng)投資巨大。此外，DER（分布式電源）接入的影響主要在配電網(wǎng)，與用戶互動的著眼點也在配電網(wǎng)。要實現(xiàn)智能電網(wǎng)的整體建設目標，必須給予配電網(wǎng)足夠的關注。目前，由于配電系統(tǒng)還是一個脆弱的系統(tǒng)[1]，其主要原因為：人為操作錯誤、元件故障、控制系統(tǒng)故障、通信系統(tǒng)故障、保護系統(tǒng)故障、系統(tǒng)不穩(wěn)定、自然災害和氣候條件等因素，而這些脆弱性因素對配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行構成了嚴重的威脅，一旦發(fā)生大面積的停電事故，后果將是非常嚴重的，甚至可能造成電網(wǎng)癱瘓的災難。因此，配電網(wǎng)安全預警的研究有助于防止大面積停電，提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低自然災害對電網(wǎng)造成的損失。可見，研究城市配電網(wǎng)預警及相關實際技術問題具有重要的現(xiàn)實意義和應用背景。

1 配電網(wǎng)預警國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

預警理論在電網(wǎng)中的應用主要是應用到輸電網(wǎng)安全運行，在配電網(wǎng)上的應用很少，但是已有文獻對配電網(wǎng)安全水平評估與輸電網(wǎng)安全評估的區(qū)別進行了分析，并提出了的配電網(wǎng)安全性準則[2]。目前國內(nèi)云南省在國電南瑞的OPEN-2000平臺上開發(fā)成功并集成在EMS系統(tǒng)中，設計出了OPEN-2000EMS實時安全預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可監(jiān)控線路的電流或功率是否超過靜態(tài)穩(wěn)定極限、電壓考核點的電壓越限情況等[3]；四川省電網(wǎng)實現(xiàn)了電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定預警及決策支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)的本質是通過掃描預想故障集實現(xiàn)對電網(wǎng)的安全評估及輔助決策；江西省只是提出了電網(wǎng)安全生產(chǎn)預警及應急預案，還沒有實質性的預警研究；江蘇省研究出了電網(wǎng)安全穩(wěn)定實時預警及協(xié)調(diào)防御系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要解決特高壓電網(wǎng)投運以及大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)后的江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定預警和控制，實現(xiàn)了從離線到在線、從人工調(diào)度到智能調(diào)度的發(fā)展。國外也有大量的智能電網(wǎng)的研究，其目的都是在節(jié)約能源的基礎上保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。以上對電網(wǎng)的預警研究大部分是關于輸電網(wǎng)絡，且智能化程度不高，調(diào)度人員還是得面對海量的數(shù)據(jù)信息，一時難以做出決策。

2 研究方法

常用的預警研究方法有：失敗樹預警法、案例推理預警方法、.基于概率模式分類法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）的預警方法[4-6]。

2.1 失敗樹預警法

目前，由于失敗樹分析法比較直觀，易于理解，并能對特定的問題產(chǎn)生實質性的指導，因此該方法已經(jīng)被廣泛的應用到預警領域。失敗樹預警方法是通過分析已經(jīng)發(fā)生的失敗事件的發(fā)生過程，并從中找出導致失敗的具體的因素、路徑以及控制條件，之后根據(jù)分析結果和失敗路線建立失敗樹的邏輯結構模型。

2.2 案例推理預警方法

案例推理首先要建立一個案例庫，當一個新案例出現(xiàn)時，要對該案例進行特征描述，之后根據(jù)描述的特征從案例庫中檢索相似的案例，并將其與舊案例進行對比分析來達到預警的目的。也就是說預警信息通過與案例庫中信息進行相似檢索分析達到預警的目的。根據(jù)它們之間的差異對舊案例進行調(diào)整.

2.3 基于概率模式分類法

基于概率模式分類法是從模式識別的角度對研究對象進行預警。該方法中把一個預警樣本就稱作一個預警模式，所有具有相同警度的預警樣本組成一個預警模式集。該預警方法主要是將輸入模式進行模式識別、分類的過程，也就是把新樣本與已知類別的舊樣本進行對比分析，從而確定新樣本的模式類別。

2.4 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）的預警方法

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的預警方法在預警領域應用非常廣泛。它的工作原理是通過把同一系列的樣本輸入和理想的輸出作為訓練的“樣本”對一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，并根據(jù)一定的訓練算法對網(wǎng)絡進行足夠的訓練，使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡能夠找出在“解”中的隱含關系。用訓練完的人工神經(jīng)網(wǎng)絡求解相同的問題，以達到預警目的。

3 預警方法的比較分析

失敗樹預警方法比較直觀，易于理解，并能對特定的問題產(chǎn)生實質性的指導。但是對于很多目標對象的失敗事件難有規(guī)律可尋，如企業(yè)倒閉，涉及經(jīng)濟、管理、政策、員工和領導原因引起的失敗，所以對于目標對象較難建立失敗樹。案例推理預警方法的優(yōu)點是具有記憶功能，不會重復這一問題的預警過程。案例推理預警方法對很多預警對象的知識表示還未能認識，還處于不斷完善階段。此種方法要想得到更廣泛的應用還需要對理論進行更深入的探索和研究。基于概率模式分類方法一般應用于宏觀經(jīng)濟的預警，該預警方法可以較快的將測試數(shù)據(jù)進行判別。但該方法的預警狀態(tài)偏重于定量指標，繼而忽視了定性指標，從而容易失去預警信息。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的預測方法的優(yōu)點有模糊性、高度的并行性、高度的非線性與全局性、良好的魯棒容錯性與聯(lián)想記憶功能以及良好的自適應與自學習能力等。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡對配電網(wǎng)進行預警已經(jīng)成為其發(fā)展趨勢。

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[2]劉磊.城市電網(wǎng)安全預警與保障決策支持系統(tǒng)：[碩士學位論文] [D].浙江：浙江大學，2008:18-20.

[3]楊強，徐武祥，蔡葆銳等.云南電網(wǎng)安全預警監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用[J].云南電力技術，2006(03)：15-16.

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[5]田超，沈沉，孫英云.電力應急管理中的綜合預測預警技術[J].清華大學學報，2009(43)：481-484.

[6]王紅印，張明亮，孫素琴等.大電網(wǎng)安全可靠運行4級梯度預警預控方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2008(10).