電網運行方式風險評估及輔助決策系統的研究

魏莉莉，詹樂貴，郭德平，馮亢亢，呼松鶴

（1.貴州電網有限責任公司銅仁供電局，貴州 銅仁 554300；2.南京德軟信息科技發展有限公司，江蘇 南京 210000）

電網運行方式主要通過聯絡線路下的斷路器分合及相關變電站主變的投入和退出進行調整。而隨著科技的發展，電力系統的規模也在不斷擴大，電網結構變得日益復雜，在電網運行方式的編排工作中需要處理的信息量大量增加。目前，由于缺少相應的運行方式的輔助編排工具，我國電網運行方式的編排和調整工作主要依靠人工進行分析和匯總，由此在增加工作量的同時，編排出的運行方式存在著一定風險。本文提出一種電網運行方式風險評估輔助決策系統，便于對電網運行方式的薄弱環節進行預判，以及對事故進行風險定級，同時給出相應的事故恢復處置預案。

1 系統架構和工作流程

圖1 系統基本框架及流程

系統的整體架構及工作流程見圖1，主要功能模塊有運行方式模擬檢驗、風險評估、恢復供電方案、輔助決策等。系統啟動后，可選擇系統的工作模式，包括在線評估和模擬校驗，模擬校驗可以手動設置開關的分合狀態和電網的各項運行數據，在線評估是通過與SCADA系統的數據接口獲取實時數據。加載運行方式后，可以對當前的運行方式進行風險評估，根據系統制定的風險等級體系對電網運行的風險進行定級，尋找失電區域的恢復供電路徑，最后輸出輔助決策信息。

2 建立風險等級體系

考慮到電網運行的特性，單一的風險指標不能完全評估電網運行的風險水平，同時為了更加直觀地體現電網風險，需要科學地對風險水平進行量化分級，最終建立一套適用于電網運行的風險等級體系。本文根據電網的實際運行情況，參考《國家電網公司安全事故調查規程》，提取出負荷百分比、重要用戶數量、電壓等級等風險指標因素，同時根據各個風險指標的限值完成風險定級。系統綜合風險指標因素及對應的限值定義了8個風險級別，調度運行人員可根據系統評估出的事故風險級別確定事故處理的緊急程度。如某開關故障造成某220kV變電站全停定義為三級風險。如由于開關故障引起失電負荷占地區電網總負荷的20～40%定義為四級風險；如由于某變電站主變意外退出造成高鐵站、機場等重要用戶失電定義為五級風險。

3 系統的主要流程模塊及其方法作用

（1）運行方式模擬校驗。我們知道過去的電網運行方式編排和調整工作主要是靠人工的計算及以往的經驗進行，工作量很大而且無法進行運行方式的模擬校驗，不能判斷電網運行方式的潛在風險，影響著電網的運行安全。為此，系統設計了模擬校驗功能，操作者可在系統中進行模擬操作，手動設定電網運行數據，比如開關分合狀態、變壓器投入狀態等，進而對設定的運行方式進行風險分析，同時以圖形的形式直觀地展示開關變位引起的失電和復電范圍。模擬校驗模式下，不會影響實際的電網運行，實現運行方式編排及調整的模擬校驗防誤操作要求。

（2）風險評估。系統的風險評估有2個步驟，分別為風險辨識、風險定級。通過分析電網運行方式的拓撲結構，在正常運行方式下假設某一開關故障，結合各設備的保護措施，綜合考慮風險事故過程中引起的開關變位、二次設備動作信息的情景分析，通過樹搜索算法綜合判斷此類故障將會引起停電負荷、停電范圍、停電重要用戶等，完成電網運行風險的辨識。分析結果通過風險等級體系的校驗，得出此風險的最高級別，完成風險定級。最終整合風險辨識和風險定級情況，輸出電網運行風險報告。

（3）恢復供電方案。系統設計的主要目的不僅是對電網運行方式的風險進行簡單評估，更重要的是針對評估出的風險進行合理預控，及事故發生后的恢復供電方案。系統在電網運行風險報告的基礎上，基于電網運行的拓撲結構，采用網絡重構的原理和方法，最終通過比較分析完成最優恢復供電路徑的選擇。

假設評估出的風險一旦轉化為故障發生，系統將迅速對電網的運行方式進行網絡拓撲，定位失電區域，針對失電區域進行電網的重構，通過模擬合上相應的開關或者投入相應的主變，判斷是否可以恢復失電區域的供電，運用此方法搜索出對應恢復供電的所有路徑，然后對這些路徑進行逐條分析，通過最優路徑的選擇依據，確定出最優的恢復供電路徑，最優路徑的選擇依據主要有以下幾點：①路徑下所需操作開關在合閘時不會超過線路所有設備的額定負載；②路徑下開關的合閘操作不會引起設備的保護誤動作；③路徑下通過開關的合閘或者變壓器的投入可以恢復的停電范圍最大；④路徑下所需復電區域離電源點最近；⑤路徑下所需操作的設備數量最少。

基于以上幾點，從下到上的優先級依次升高，通過層層篩選比較，可以選擇出一條最優的恢復供電路徑。

（4）輔助決策。系統輔助決策的輸出主要包含3個方面的內容，分別為風險報告、恢復供電方案、風險預控方案。

一是風險報告。如選取1個開關設備并對它進行風險評估，將會輸出若此開關故障后引起的停電范圍，停電負荷占總負荷的百分比，停電的重要用戶有哪些，以及這些參數與風險等級體系的對比數據，同時輸出風險等級。

二是恢復供電方案。在風險報告的界面上點擊恢復供電方案按鈕，將會輸出故障發生后對應的恢復供電解決方案。恢復供電方案是最優恢復供電路徑的選擇過程和結果。如果由于電網結構的限制，風險線路無其他備用的供電線路，將輸出相關建議，如加強風險線路的巡檢力度，或在2個變電站之間增加備用線路等；如果是恢復供電路徑下設備的額定容量達不到或者相關保護容易引起誤動而不滿足恢復供電條件的，建議增加個別設備的容量或者更改保護的限值等。

三是風險預控方案，針對不同情況、不同風險，依據電網運行情況及專家經驗，制定不同的風險預控方案。

4 結語

本文主要講述了一種電網運行方式風險評估及輔助決策系統，運行方式編排校驗模塊為運行方式的調整及編排工作提供數據支撐；風險評估模塊可以對電網運行的潛在風險進行定級；恢復供電模塊可以針對不同風險尋找最優的恢復供電路徑；輔助決策模塊是從風險評估到恢復供電路徑選擇的整個過程及結論的輸出，同時提出風險處理的防范措施，具有較高的實用性。