電網調控操作的量化風險評估指標體系的構建與應用

湯智帥 李小敏

摘要：針對電網調控操作風險通過風險理論的引入，完成了一種調控操作量化風險指標體系的構建，為有效縮小風險分析范圍，以關鍵影響設備搜索技術作為調控操作對象采用局部潮流量化分析實現敏感節點及支路的快速定位，調控操作事故集以局部拓撲相關性分析為依據進行篩選，主要針對關鍵設備完成與相關調控操作的事故集的篩選以確保事故集范圍的可控，從而使計算效率得以有效提升，系統運行狀態的變化通過該指標體系得以有效體現，反映了電網受到調控操作帶來的影響。

關鍵詞：電網調控操作;風險評估;風險差分運算;指標體系量化

中圖分類號：TM732文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0136-04

作為在國民經濟中起到重要支撐作用的能源類部門，電力行業在陜速發展的社會經濟承擔著將基礎能源支持提供給日常生產生活的作用，國民經濟的整體發展離不開具有較高發展及服務水平的電力行業的支撐，對電力行業的高度重視程度隨之不斷提高，面對不斷增加的電力需求及電力系統規模，為滿足電力系統的現代化發展需求，大數據、數據可視化、智能化等技術被不斷引入，促使了電網運行模式的不斷變革，對電網安全穩定帶來了新的挑戰，為電力調度系統提出了更高的要求，本文通過對調控操作前后風險差異進行綜合考慮完成了基于風險差分運算的量化風險指標體系的構建。

1需求分析

在電力市場深入改革的大背景下，規模不斷擴大的電力系統使電網結構呈現了新的特點，主要表現在多區域互聯的交直流混合運行、送電距離及容量增加、引入新能源等，易使傳統電網運行模式臨近安全極限，并且日益增多的操作增加了由誤操作引發的事故的發生概率，受到工作人員專業操作能力及缺少高精度工具的限制使調度決策大多只能依靠以往的工作經驗，現階段普遍采用的SCADA/EMS系統仍然以儀表式堆砌的原始數據為主，面對電網運行數據的增加傳統基于經驗積累的大數據分析方法已經難以滿足需求，尤其是在發生緊急事故的情況下極易錯過事故處理的最佳時機或者選用了不適用于本次事故的操作方式，降低了調控操作效果并增加了事故發生概率。通過量化分析調度操作風險已成為提供調控操作的重要依據，針對電網調控操作的風險評估研究已經取得了一定的進展，主要根據風險評估理論以電網運行時的調控操作風險問題掌握研究對象，通過相關風險評估指標的建立實現對事故引發后果的多方面量化（包括安全性、經濟性、電網質量等），最終實現風險評估模型的建立，以便據此提出解決措施，其中的準確評估電網運行狀態起到重要作用，但目前大多存在模型通用性低、評估效率及精度低等不足。為此本文提出一種快速評估電網運行狀態下調控操作風險的方法，位確保電網安全穩定運行提供參考。

2調控操作風險評估指標體系的構建

2.1風險評估步驟

針對目標分析系統對其風險因素進行評估是風險理論的關鍵所在，當存在具有概率分布特性且影響了該系統存在狀態的某外在因素的情況下，若系統的發展軌跡存在若干條（同樣滿足一定概率分布）則存在不確定性風險;若僅一條發展軌跡則該系統無任何不明確風險（即具有明確的影響因素）。本文設計的電網風險評估主要步驟為：先完成系統元件概率模型的建立，對于存在大量元件（包括變壓器、電源、輸配電線路等）的電力系統，各類元件均對應一個可基于馬爾可夫模型進行模擬的計算模型（側重點不同）;然后完成系統狀態的選擇及對應概率的計算，具體可選用蒙特卡羅模擬或狀態枚舉兩種選擇方法，可獲取較為準確運行結果的蒙特卡羅仿真法的計算大耗時長，本文主要使用了枚舉法;預掃描故障，采用此種方法可使所需分析的故障狀態數量及計算時間得以有效降低;接下來以實際研究對象為依據對系統故障狀態后果進行評估（即故障損失評估），主要包括最優潮流、功率平衡、電壓控制、系統連通與識別等;最后完成風險指標的計算，以上述計算結果為依據完成全局分析過程，所形成的風險評估指標可對系統運行狀態進行反映，計算指標值收到實際側重點的直接影響，對電網系統面臨的風險通過多個風險指標的使用實現全面評估效果。

2.2指標體系的構建

現有的電網運行風險評估指標大多面向某一運行狀態，本文所設計的調控操作風險評估則以電網運行受到調度操作的影響情況作為主要考慮對象，在分析調控操作風險需分別對操作前后的風險進行充分考慮，在定義電網調控操作風險指標時具體由風險指標在操作前后的變化量表示，該調控操作的量化風險指標體系基于風險差分運算，并對指數型包括工作人員專業能力、操作任務強度、時間段等在內的操作實時綜合因子進行考慮，不再受限于某一特定運行狀態，體現了系統運行狀態的變化，使調控操作對電網產生的影響得以量化體現，假設，操作前風險由R_m表示、操作后風險由R_n表示，操作前后的事故后果由I_b和I_a表示，系統狀態集合由E（C₀UC₁U{正常狀態}）表示，篩選出的事故集由C₀表示，其他類型事故集由C₁表示，C₀∩C₁非空集，系統正常狀態下及相應操作引起的后果分別由I_b，n和I_a，n表示，各事故發生概率由P表示，在C₀/C₁斷開x線路的后果由I_b，x（x∈C₀/C₁）表示，將x線路和待操作目標線路在C₀/C₁中同時斷開的后果由I_a，x表示，具體計算方法如下。

假設，操作前工作人員的工作時長由入表示，操作任務強度由S表示，同類調度令由S_av表示平均操作步數，單項令在操作票中的純粹步驟數由S₁表示、綜合令分解后的步驟數由S₂表示、逐項分解后的步驟數由S₃表示，本次操作時間段取值由t表示（0、0.5、1，分別對應6：00-18：59、19：00-23：59、00：00-05：59），人員心理狀況由e_m表示，人員風險綜合因子K_pe表達式如下。

電氣距離在待操作目標線路同C₁的事故集對應線

在對完備事故集進行考慮的基礎上完成算法計算公式的推導以確保風險指標計算的精確度，以篩選出的重要事故集為依據滿足風險評估實時性要求，構建的指標體系包括系統潮流過載、節點電壓越限等，假設，i線路的實際功率和額定功率分別由S_ci、S_N，i表示，j節點的電壓由U_cj表示，j允許電壓的極值由U_int，j和U_sup，j表示，當事故集發生c故障時，K_s，ci表示i線路的潮流過載系數、K_V，cj表示j節點的電壓越限系數，具體表達式如下。

I_S，ci表示線路過載狀態，I_V，cj表示節點電壓越限狀態，具體表達式如下。

P_c表示事故c發生的概率，R_S，ci和R_V，cj分別表示i線路的過載風險和j節點電壓越限對應的風險評估值，具體表達式如下。

C₀包含的事故數量由n_c表示，風險評估值R_S，i和R_V，j的表達式如下。

通過對各節點電壓越限及各線路潮流過載風險的排序實現風險最大線路和節點的獲取，據此執行有效的風險控制方案，系統線路數量由n₁表示，節點數量由n_b表示，事故c引起的R_S，c和R_V，c（j節點）表達式如下。

排序處理各事故的節點電壓越限風險及潮流過載實現風險最大事故的獲取，據此及時采取有效的風險控制方法，具體表達式如下。

通過上述分析判斷系統風險范圍的可接受性，據此判斷是否執行該操作。

3調控操作的實例分析

為滿足實際評估調控操作風險對實時性的需求，根據電力系統中風險理論的應用情況，建立風險評估方法，以便將風險水平信息準確高效的提供給操作人員，本文所構建的評估體系采用的算法以電網受到調控操作的影響情況為依據，先通過風險評估所需事故集的篩選實現事故集范圍的顯著縮小及計算效率的有效提高，針對事故集篩選法以IEEE-118節點為依據完成分析研究過程實現相應的事故集C₀的生成（根據電網潮流在調控操作前后的變化），風險評估的兩種主要方法如下。

3.1關鍵影響設備搜索法

該方法基于局部潮流量化分析，需先完成實際運行數據和操作指令的獲取以及操作前后潮流的對比分析，在此基礎上完成調控操作關鍵影響設備的搜索，假設，操作前后的變化由△S表示，S_N和δ_s分別表示線路額定值和閾值，在此過程調控操作主要影響線路需根據操作前后的變化量△S、S_N、δ_S間的關系進行判別，表達式如下。

△V表示操作前后電壓的變化量，δ_V表示閾值，判斷調控操作主要影響節點的依據如下。

|△V|>δ_v

以IEEE-118節點為例，兩個方案分別以8-5、30-17作為操作線路，風險評估參數分δ_s為0.2、δ_v為2x10^-2p.u.，操作時間均為20：00，包含一個單項令和一個可分解成6個單項令的綜合令，t取0.5，λ為2h，所以S=5.8，S_av=5，e_m=0.8，計算結果表明8-5線路的關鍵線路為7-12、5-6、30-17、12-17、8-30;30-17的關鍵線路為12-14、7-12、16-12、16-19、30-20。節點16的AV均屬于越限的關鍵節點（取值為1.96×10^-2p.u.、2.02×10^-2-2p.u.），兩個操作方案中線路7-12、12-17均為越限關鍵線路，通實際相符，需重點關注。

3.2重要事故集篩選法

該方法基于局部拓撲相關性分析和表現出搜索同搜索中心緊密關聯元件優勢的廣度優先搜索，基于寬度優先搜索的單源最短路徑和最小生成樹算法能夠對全部節點展開全面搜索，以IEEE-118節點為例，在獲取8-5線路的關鍵線路和節點（采用深度優先搜索方法）的基礎上通過廣度搜索獲取相應的事故集，并可知搜索深度為1，為進一步證明本文方法的有效性，設δ_s為0.3、δ_v為2×10^-2p.u.，據此完成時間分布情況的計算和風險指標誤差的獲取，計算誤差同事故數量N成反比，事故集C₀可有效滿足評估的精度要求。針對8-5線路分析其在N=1時的風險，關鍵斷面的事故線路導致了ARv的產生，線路8-30的AR_s占總體的99.7%，

13、16兩個節點的△R_v占總體的66.89%，為降低實際電壓通過斷開操作實現潮流經節點13、16的轉移;為平衡防控效果和調控手段，操作8-5線路可采取的調節手段包括：在降低10號發電機出力的同時增加1、4、6、12號發電機出力，啟用備用線路，無功功率補償相關節點（補償度為90%）。

4結語

為實現電網運行過程異常狀態的及時定位與檢修需評估電網調控操作風險，以便最大程度的降低損失，為此文章針對電網調控操作風險設計了一種快速評估體系，在考慮實時綜合因子的基礎上采用風險差分算法實現了根據操作前后風險指標的變化量快速分析風險指標的功能，有效彌補了傳統風險指標體系只面向某一特定系統運行狀態的不足，體現了運行風險動態變化過程，并以案例證明文章中評估體系的有效陸，將電網風險受到目標操作指令的影響情況以量化指標的方式提供給調控操作人員，為目標操作影響運行風險的及時判斷和針對性措施的制定提供支撐，在降低操作風險的同時提高電網調度決策工作的質量和效率。