調度操作風險快速評估技術

呼士召，劉嘉寧，陳 東，李雅文，盧東旭，曾 沅

（1.廣東省電力調控中心，廣州 510699；2.山東泰安供電公司，泰安 271000；3.天津大學電氣與自動化工程學院，天津 300072）

調度操作風險快速評估技術

呼士召1，劉嘉寧1，陳 東1，李雅文2，盧東旭3，曾 沅3

（1.廣東省電力調控中心，廣州 510699；2.山東泰安供電公司，泰安 271000；3.天津大學電氣與自動化工程學院，天津 300072）

調度操作可能對電網帶來風險，而當前調度人員缺乏有力的調度操作風險分析工具。本文提出一種調度操作風險快速評估技術，能夠找到對調度操作敏感的節點和線路，快速準確地計算操作前后風險變化。文中所提出的支路潮流過載指標和節點電壓越限指標能夠反映操作對電網的風險，通過對風險指標進行分析能夠指出降低操作風險的方向，為調度人員調度決策提供方便。IEEE-118測試系統算例和波蘭系統實際算例驗證了本文所提方法的有效性。

電力系統；調度操作；快速風險評估；調度決策

隨著電力市場的改革和電力系統規模的擴大[1-2]，電網更多地運行在接近安全極限[3]的工況下，調度操作更加頻繁，電網運行調度控制難度大幅提升[4]，誤操作引起的事故也較以往更為嚴重。而當前調度人員由于缺少有力的科學工具，只能依靠經驗進行調度決策[5]，這種情況下做出的決策往往不是最優操作，甚至可能是誤操作。因此，有必要提出量化調度操作風險為調度人員提供決策參考。

考慮到調度操作的實時性[6]，進行調度操作風險評估必須能夠識別關鍵事故集[7]，以減少計算時間。此外，調度操作風險指標必須能夠準確反映調度操作對電網的影響，反映電網的薄弱環節，易于調度人員理解和使用[8-9]。文獻[10]闡述了在電力系統實時安全預警中構建實時預想事故集的一般思路，給出了基于廣義加權Borda排序的預想事故排序方法并針對典型災害類型驗證了算法的可行性。文獻[11]提出以輸電元件溫度為核心的事故篩選和事故嚴重性程度排序方法，所得到的排序結果能夠提供時間信息，可以為安全控制措施的制定提供參考。文獻[12-14]分別從不同應用角度定義了系統電壓越限風險指標和線路過載風險指標，并應用典型算例證明所采用指標能夠有效準確地反映系統風險。

本文提出一種調度操作風險快速評估技術，能夠找到對調度操作敏感的節點和線路，快速準確地計算操作前后風險變化。文中所提出的線路潮流過載指標和節點電壓越限指標能夠反映操作對電網的風險，通過對風險指標進行分析能夠指出降低操作風險的方向，為運行人員調度決策提供參考。

1 調度操作風險定義

本文將調度操作前后的風險變化值作為調度操作風險，如下式所示：

式中Rb和Ra分別指系統操作前后風險，則有

式中：E是系統所有狀態集合，E=C0?C1? {正常狀態}，C0?C1=?；C0是被篩選出來的事故集；C1是其他事故集；P是各事故發生概率；Ib和Ia是操作前后的事故后果，Ib，x（x∈C0或C1）是斷開C0或者C1中第x條線路的后果，Ia，x（x∈C0或C1）則是同時斷開C0或者C1中第x條線路和待操作的目標線路的后果；Ib，n表示系統正常狀態下的后果；Ia，n表示操作引起的后果。

計算過程中，認為C1中的事故集線路與待操作的目標線路之間的電氣距離較遠，僅存在弱耦合。因此，斷開C1中的線路造成的后果與斷開目標線路造成的后果互不影響，即

而系統處于事故集C1的概率與處于其他狀態的概率之和為1，即

2 事故集生成方法

調度操作的直接影響是導致某些線路設備的投運或切除，造成系統潮流的改變。這里可利用操作前后系統潮流的變化生成合理的事故集C0，作為后續風險評估環節的基礎。具體方法如下。

（1）計算操作前后潮流。

（2）搜索關鍵設備：判定操作前后潮流變化ΔS與額定容量SN比值的絕對值超過線路潮流過載指標δS的線路為關鍵線路；判定操作前后電壓變化絕對值ΔV（p.u.）超過節點電壓越限指標δV的節點為關鍵節點。

（3）進行廣度優先搜索：以目標線路和關鍵設備為中心進行廣度優先搜索，搜索深度為N，將搜得線路作為事故集C0；N=1時，把所有與目標線路以及關鍵設備有相同節點的線路加入事故集C0；N=2時，把所有與N=1時搜索到的線路有相同節點的線路加入事故集C0；N=3，4，…時，以此類推。

其中，步驟3使用廣度優先搜索是由于預想事故線路距離目標線路越遠，則其發生事故對該操作的影響越小。計算精度的提高可以通過調高N值來實現。

該事故集分析方法的優勢在于能夠覆蓋受操作影響的線路及節點，保證風險評估的準確性，同時保證風險評估的計算效率，滿足在線應用的實時性要求。

3 調度操作風險指標

為便于調度運行人員理解和使用，調控操作風險指標應該可以量化反映電網運行安全風險程度，并滿足含義明確、清晰直觀、計算快速、準確真實的要求。因此，本文選用線路潮流過載指標和節點電壓越限指標作為調度操作風險評估的指標。

當C0中的事故c發生時，第i條線路的潮流過載系數KS，ci和第j個節點的電壓越限系數KV，cj的變化趨勢如圖1所示，其表達式為

式中：Sc，i是第i條線路的視在功率；Si，N是第i條線路的額定容量；Vc，j（p.u.）是第j個節點的電壓幅值；Vinf，j和Vsup，j是第j個節點允許的電壓上下限。

線路過載后果IS，ci和節點電壓越限后果IV，cj為

圖1 潮流過載系數和電壓越限系數Fig.1 Overload factor and voltage violation factor

第i條線路的潮流過載風險RS，ci和第j個節點的電壓越限風險RV，cj為

式中Pc是事故c發生的概率。

系統線路過載風險和節點電壓越限風險為

式中：RS和RV分別表示系統線路過載風險和節點電壓越限風險；nc是事故集C0包含的事故數量；nl和nb分別表示系統線路和節點的數量。

根據事先設定的風險標準，判斷系統風險是否超標，若超標，則尋找系統薄弱環節，制定風險防控措施，找出對系統風險排序靠前的元件。如對潮流過載風險較大的線路可新建并聯線路或調節發電機出力優化潮流分布；對電壓越限指標較大的節點可進行無功補償或調節附近發電機出口電壓等。

4 算例分析

本節算例所用程序使用matpower程序包[15]編寫，運行平臺是配置Pentium P6200@2.13 GHz CPU和4.0 GB內存的PC機1及配置Core i7-6 700HQ@ 2.6 GHz CPU和8.0 GB內存的PC機2。

4.1 IEEE-118節點測試系統

IEEE-118節點測試系統共有118個節點、186條支路、54個發電機節點，其中節點69為平衡節點。假定要操作的目標線路是8-5號線路，且參數設置為δS=0.2；δV=2×10-2p.u.；N=1。

計算操作前后潮流，對線路的|ΔS/SN|以及節點的ΔV（p.u.）進行排序，結果如表1所示。可知，線路8-30、16-17、12-16、14-15、15-17、30-17、13-15、12-14和5-6是關鍵線路，節點16是關鍵節點。進行深度優先搜索，得到事故集如圖2所示。

表1 線路的ΔS/SN以及節點的ΔV（p.u.）排序Tab.1 Rank of ΔS/SNin buses and ΔV（p.u.）at nodes

圖2 事故集C0示意Fig.2 Schematic of contingency set C0

表2對比了本文方法和傳統的“N-1”掃描方法，二者結果相差不大，而本文方法用時較少。

表2 本文方法和傳統“N-1”方法間的比較Tab.2 Comparison between the proposed method and traditional“N-1”scanning method

表3對比了不同潮流計算方法及不同配置的計算機對計算快速性的影響，可見計算機配置越高計算耗時越少，快速解耦法能保證精度且用時比牛頓弗遜迭代法少。

表3 不同計算方法、計算機配置耗時對比Tab.3 Comparison of calculation time between different methods and computer configurations

圖3所示的是事故集C0包含的事故數量、系統潮流過載風險誤差、系統電壓越限風險誤差與δS、δV的關系（N=1）。可知nc和計算時間呈正相關，而計算誤差隨著δS、δV的減小而減小，且誤差均在1%以下。

為了進一步分析本文方法性能，參數設置為δS=0.3、δV=0.02 p.u.。圖4顯示了在不同搜索深度下的事故數量、計算時間和風險誤差。計算誤差以“N-1”掃描計算結果為基準。

可見，當N增加時，nc隨之增加，計算誤差隨之減小。較小的計算誤差顯示出本文方法能夠找出對調度操作較為敏感的元件，所篩選出的事故集C0能夠滿足調度操作風險快速評估的要求。

對N=1時的風險進行分析，各事故風險排序如表4所示，各線路和各節點風險排序如表5所示。

圖3 事故數量及風險誤差的分析Fig.3 Analysis for contingency number and risk error

圖4 不同搜索深度的分析Fig.4 Analysis for different search depths

表4 各事故風險排序Tab.4 Risk rank of each contingency

表5 各線路和各節點風險排序Tab.5 Risk rank of each bus and each node

可見，事故16-17、14-15、30-17、13-15、12-16以及12-14是產生ΔRV的主要原因，分析表明這幾條線路是關鍵斷面。從表5可看出，線路8-30的ΔRS占系統ΔRS的99.83%，節點13、16、118的ΔRV占系統ΔRV的72.79%，斷開8-5線路會導致潮流轉移且經過節點13、16，從而使其電壓降低，如圖5所示。

圖5 潮流轉移和關鍵斷面Fig.5 Power flow transfer and critical sections

因此，可采取如下措施：①增加1、4、6、12號發電機出力50 MW，降低10號發電機出力200 MW，這是為了優化網絡潮流，避免潮流大規模轉移，從而降低線路負載率及提高節點電壓；②將8-30線路的備用線路投入使用（如果存在備用線路），這是為了降低過載風險較高線路的負載率；③對13、16、118號節點進行無功補償，補償度為90%，這是為了調節電壓越限風險較高節點的電壓。

各方案的風險防控效果如圖6所示，可見所制定的措施能夠明顯降低對相應的風險指標，調度人員可依據防控效果和調控代價進行平衡。

圖6 7種方案的風險Fig.6 Risk of 7 solutions

4.2 某省實際電網算例

為了驗證所提方法對實際大電網的應用效果，以某省網為例進行分析。該省電網實際系統共有1 319個節點，1752條支路。假定要操作的目標線路是12號線路，參數設置為δS=0.2，δV=1.0×10-2p.u.，N=1。

不同搜索深度下的風險和計算時間如表6所示，可見隨N的增加，風險變化較小而計算時間快速增加。

對各線路和各節點風險排序，可知線路7、9、11號的ΔRS占系統ΔRS的100%，節點73、958、776、376、777、31、412、411、404、10、811、838、49、67的ΔRV占系統ΔRV的39.63%。故可采取如下措施以降低風險：①將7，9，11線路的備用線路投入運行（如果備用線路存在）；②對節點73、958、776、376、777、31、412、411、404、10、811、838、49、67進行無功補償補償度為200%。3種方案風險如圖7所示，可見，本文所提方法亦能適用于實際大電網，且計算速度在可接受范圍。

圖7 3種方案的風險Fig.7 Risk of 3 solutions

表6 操作風險和計算時間Tab.6 Operation risk and calculation time

5 結語

本文提出了一種調度操作風險快速評估技術。IEEE-118節點測試算例及實際系統算例表明，本文算法能夠保證計算精度，也能夠保證計算的快速性，且對實際大電網亦有良好的適應性。此外，文中所提風險防控措施能夠有效降低調度操作風險。本文方法可用于實際電力系統中輔助運行人員監控調度操作風險水平。

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Fast Risk Assessment Technique for Dispatching Operations

HU Shizhao1，LIU Jianing1，CHEN Dong1，LI Yawen2，LU Dongxu3，ZENG Yuan3
（1.Dispatching and Control Center，Guangdong Power Grid，Guangzhou 510699，China；2.Shandong Tai’an Power Company，Tai’an 271000，China；3.School of Electrical Engineering and Automation，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Dispatching operations may cause risk to the power system，however，the operators lack an efficient tool to monitor the risk.A fast risk assessment technique is proposed in this paper.The nodes and buses that are sensitive to the dispatching operations can be identified to calculate the variation of the risk of the dispatching operations accurately and efficiently.The risk can be reflected by the proposed overload factor and voltage violation factor.According to the risk analysis，measures can be taken to reduce the risk，which can provide reference for the operators in making dispatching decisions.The effectiveness of the proposed approach is validated by IEEE-118 bus test system and the Polish power system.

power system；dispatching operations；fast risk assessment；dispatching decision

TM73

A

1003-8930（2016）12-0083-06

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.12.014

呼士召（1984—），男，碩士，工程師，主要從事廣東電網調度運行工作。Email：93409599@qq.com

劉嘉寧（1974—），男，碩士，高級工程師，主要從事廣東電網調度運行及管理工作。Email：ljn_guangdong@163.com

陳 東（1982—），男，本科，工程師，主要從事廣東電網調度運行及管理工作。Email：cd_guangdong@163.com

2016-05-12；

2016-06-02

廣東電網調度操作安全風險量化評估模型研究及實用系統建設研究資助項目（K-GD2012-301）