基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)的調(diào)度操作潮流校核方法

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(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴州 貴陽 550002)

0 引言

調(diào)度操作潮流校核，是指根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)計(jì)算調(diào)度操作前后的電網(wǎng)潮流變化的過程，以避免由于操作不當(dāng)導(dǎo)致運(yùn)行斷面越限、線路超額定容量運(yùn)行等異常情況發(fā)生[1-2]。由于電網(wǎng)運(yùn)行斷面越限、線路超額定容量運(yùn)行等異常情況容易導(dǎo)致其他運(yùn)行設(shè)備過載，進(jìn)而引發(fā)連鎖故障[3]。為防止由于調(diào)度操作而引發(fā)的電網(wǎng)事故，當(dāng)前調(diào)度運(yùn)行相關(guān)規(guī)程中均要求調(diào)度操作應(yīng)進(jìn)行潮流校核[4]。

然而，每一項(xiàng)調(diào)度操作任務(wù)均涉及幾步到幾百步調(diào)度操作項(xiàng)，如何合理地選擇最有效的關(guān)鍵調(diào)度操作步驟，開展調(diào)度操作潮流校核，成為該領(lǐng)域研究的核心問題。文獻(xiàn)[5]評估了調(diào)度操作過程中信息通信系統(tǒng)所面臨的操作風(fēng)險(xiǎn)，提出了一種基于模糊理論的智能電網(wǎng)信息通信風(fēng)險(xiǎn)評估方法。文獻(xiàn)[6]在傳統(tǒng)效用理論基礎(chǔ)上，采用權(quán)重自適應(yīng)調(diào)整策略，動(dòng)態(tài)修正不同事故后果下的權(quán)重值，提出了一種基于改進(jìn)效用理論的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評估方法。文獻(xiàn)[7]從數(shù)據(jù)源出發(fā)，分析了調(diào)度操作潮流校核中所涉及的數(shù)據(jù)來源，提出了多源數(shù)據(jù)融合的操作風(fēng)險(xiǎn)評估，并開發(fā)實(shí)現(xiàn)了輔助決策系統(tǒng)。文獻(xiàn)[8]在傳統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)度操作潮流校核基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮操作過程中，電網(wǎng)發(fā)生N-1故障后的潮流轉(zhuǎn)移，提出了一種全過程動(dòng)態(tài)N-1風(fēng)險(xiǎn)評估方法。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于態(tài)勢感知理論的運(yùn)行控制方法，通過態(tài)勢動(dòng)態(tài)感知，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度操作的全過程監(jiān)視。

上述研究加深了調(diào)度操作潮流校核的研究，部分成果已在實(shí)際中得到應(yīng)用，取得了一定的使用效益。然而，當(dāng)前的調(diào)度操作潮流校核本質(zhì)上來說還屬于一種全過程的逐步掃描式校核方法[10-11]。當(dāng)操作任務(wù)較為復(fù)雜，過程較多時(shí)，單一調(diào)度操作票所包含的操作指令可能超過200條，若每一步都需要進(jìn)行潮流校核，則總時(shí)間可能超過30 min。盡管當(dāng)前已有研究采用分布式計(jì)算等高效率計(jì)算方法，提升單次潮流校核的速度，然而對計(jì)算效率的提升并不顯著[12-13]。

實(shí)際上，調(diào)度操作過程中大量的操作指令項(xiàng)并不會(huì)對電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生影響，導(dǎo)致上述全過程逐步掃描式校核方法存在大量無用的潮流校核步驟。因此，提升調(diào)度操作潮流校核的關(guān)鍵在于從龐大的操作項(xiàng)中辨識(shí)出關(guān)鍵操作項(xiàng)。為此，本文將剖析影響電網(wǎng)潮流分布的關(guān)鍵操作項(xiàng)，通過對關(guān)鍵操作項(xiàng)的潮流校核代替?zhèn)鹘y(tǒng)全過程逐步掃描式的辨識(shí)方法。最后通過對比本文所提出的校核方法與全過程逐步掃描式潮流校核的計(jì)算效率和計(jì)算效果，驗(yàn)證本文所提出方法的有效性。

1 關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)基本概念與辨識(shí)方法

1.1 基本概念

所提出的關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)是指調(diào)度操作項(xiàng)執(zhí)行前后，將導(dǎo)致電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，對電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生較大影響的操作項(xiàng)。電網(wǎng)操作前后，只有當(dāng)電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系發(fā)生較大變化時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生改變。之所以能夠?qū)㈥P(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)作為調(diào)度操作潮流校核的關(guān)鍵校核項(xiàng)，原因在于以下2個(gè)方面：

a.從電網(wǎng)潮流分布特性來說，當(dāng)且僅當(dāng)電網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，電網(wǎng)潮流才會(huì)出現(xiàn)較大幅度的改變，否則一般電網(wǎng)潮流呈平穩(wěn)變化的過程，對調(diào)度操作潮流校核來說，對可能導(dǎo)致電網(wǎng)拓?fù)渥兓牟僮黜?xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)分析，實(shí)際上就能掌握電網(wǎng)潮流變化的要點(diǎn)。

b.從電網(wǎng)運(yùn)行控制要求來說，當(dāng)且僅當(dāng)電網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行控制要求才會(huì)發(fā)生改變，可能產(chǎn)生運(yùn)行斷面的增減調(diào)整，而由于電網(wǎng)運(yùn)行期間不允許出現(xiàn)調(diào)度操作后新增運(yùn)行斷面越限的情況，因此必須要求對拓?fù)渥兓蟮某绷鞣植歼M(jìn)行校核。

1.2 辨識(shí)方法

對調(diào)度操作項(xiàng)進(jìn)行拓?fù)渥兓治鰰r(shí)，必須的基礎(chǔ)條件在于對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行規(guī)范化編號(hào)[11]，從而能夠?qū)⑽谋拘问接涗浀恼{(diào)度操作指令中的操作對象與電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)主要經(jīng)過2個(gè)步驟。

a.操作指令內(nèi)容轉(zhuǎn)換。當(dāng)前，調(diào)度操作指令內(nèi)容辨識(shí)相關(guān)的研究已經(jīng)較為成熟。由于調(diào)度指令規(guī)范性較高，可直接采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則學(xué)習(xí)等方法，將文本形式記錄的調(diào)度指令語句轉(zhuǎn)化為操作對象、操作方式的內(nèi)容組合方式。采用上述方法，對操作指令轉(zhuǎn)換后所得到的轉(zhuǎn)換模式如表1所示。

表1 典型操作指令轉(zhuǎn)換結(jié)果對照

b.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓录皩Ρ取ｋ娋W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌侵父鶕?jù)電網(wǎng)中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)將電網(wǎng)網(wǎng)架轉(zhuǎn)換為抽象的連接圖形式。如圖1所示，常見的轉(zhuǎn)換模式為將每個(gè)變電站作為1個(gè)節(jié)點(diǎn)，將輸電線路作為節(jié)點(diǎn)間的連接線，據(jù)此將其轉(zhuǎn)化為點(diǎn)線連接形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形式。根據(jù)電網(wǎng)操作指令對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響，改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而調(diào)整網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)，掌握網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的變化情況。

圖1 電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的基本結(jié)構(gòu)，可以得到節(jié)點(diǎn)和連接線運(yùn)行與停運(yùn)的判定條件：對于變電站節(jié)點(diǎn)，與其連接的任一線路處于運(yùn)行狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)即處于運(yùn)行狀態(tài)；對于變電站節(jié)點(diǎn)，當(dāng)且僅當(dāng)所有與其連接的線路均處于停運(yùn)狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)處于停運(yùn)狀態(tài)；對于連接線，對應(yīng)的線路兩側(cè)開關(guān)中任一側(cè)處于停運(yùn)狀態(tài)，拓?fù)鋱D中的連接線即處于停運(yùn)狀態(tài)；對于連接線，當(dāng)且僅當(dāng)線路兩側(cè)開關(guān)均處于運(yùn)行狀態(tài)，拓?fù)鋱D中的連接線才處于運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)轉(zhuǎn)換后的調(diào)度操作指令，即可以掌握開關(guān)、刀閘等設(shè)備的動(dòng)作情況，并首先可以判定線路運(yùn)行狀態(tài)的變化情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合已有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線路運(yùn)行狀態(tài)的變化，判定電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠癜l(fā)生變化。該操作對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D變?yōu)槿鐖D2所示。

圖2 更新后的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

以圖1中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，調(diào)度指令內(nèi)容為“斷開Sta1變電站220 kV Line1線201開關(guān)”，其調(diào)度操作對象為“Sta1變電站220 kV Line1線201開關(guān)”，操作方式為“斷開開關(guān)”。該操作將導(dǎo)致Line1線路不能傳輸潮流，視為線路停運(yùn)。對應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，該線路對應(yīng)的連接線即判定為停運(yùn)。

而在上面調(diào)度指令的基礎(chǔ)上，若繼續(xù)下令“斷開Sta2變電站220 kV Line1線201開關(guān)”，則由于該線路實(shí)際上已處于停運(yùn)狀態(tài)，因此對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D沒有影響。該操作對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D將與上一操作一致，均如圖2所示。

對比上述2步調(diào)度指令，由于指令“斷開Sta1變電站220 kV Line1線201開關(guān)”將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D發(fā)生變化，該操作即為關(guān)鍵拓?fù)渥兓?xiàng)；而后一步指令“斷開Sta2變電站220 kV Line1線201開關(guān)”并不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓⒉皇潜疚乃岢龅年P(guān)鍵拓?fù)渥兓?xiàng)。

2 基于關(guān)鍵項(xiàng)辨識(shí)的調(diào)度操作潮流校核

2.1 實(shí)施框架

基于上述關(guān)鍵拓?fù)渥兓?xiàng)辨識(shí)方法，本文所提出的調(diào)度操作潮流校核方法實(shí)施流程如圖3所示。整個(gè)基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)的調(diào)度潮流校核方法包括3個(gè)關(guān)鍵步驟。

圖3 實(shí)施步驟

a.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入及處理。所需要導(dǎo)入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，包括在運(yùn)行的變電站、輸電線路及其連接關(guān)系，該數(shù)據(jù)從電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)獲取；待校核的調(diào)度操作票數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)主要是從電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中獲取。在獲取上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要根據(jù)電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)生成電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

b.關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)。基于本文所提出的調(diào)度操作票關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)方法，逐項(xiàng)校驗(yàn)調(diào)度操作票中所涉及的各調(diào)度操作指令，判定其是否屬于關(guān)鍵拓?fù)渥兓?xiàng)，并記錄各關(guān)鍵拓?fù)渥兓?xiàng)執(zhí)行前后對電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化情況。

c.逐項(xiàng)潮流校核。根據(jù)各關(guān)鍵拓?fù)渥兓?xiàng)執(zhí)行前后電網(wǎng)網(wǎng)架拓?fù)涞淖兓闆r，調(diào)用電網(wǎng)潮流計(jì)算程序包，計(jì)算變化后電網(wǎng)潮流分布，并根據(jù)潮流分布對運(yùn)行斷面是否越限、線路潮流是否超限額、是否存在重載輸變電設(shè)備等項(xiàng)目進(jìn)行校核。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)上述實(shí)施步驟，本文所提出的潮流校核方法可在當(dāng)前電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中調(diào)度操作票模塊基礎(chǔ)上改造實(shí)現(xiàn)，改造后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)

所涉及到的系統(tǒng)主要包括電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，調(diào)度員可以通過服務(wù)器登陸訪問與系統(tǒng)交互。按照實(shí)施流程其業(yè)務(wù)流程如下：

a.調(diào)度票生成。由調(diào)度員在其終端填寫操作表，并傳輸至生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的調(diào)度操作票模塊，啟動(dòng)調(diào)度操作潮流校核流程。

b.調(diào)度操作潮流校核準(zhǔn)備。調(diào)度員啟動(dòng)潮流校核流程后，調(diào)度操作票模塊負(fù)責(zé)從能量管理系統(tǒng)中收取電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，并生成電網(wǎng)網(wǎng)架拓?fù)鋱D等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

c.潮流校核。按照本文所提出的方法，辨識(shí)調(diào)度操作票中的關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)，并根據(jù)拓?fù)渥兓{(diào)用能量管理系統(tǒng)中的潮流計(jì)算模塊進(jìn)行潮流計(jì)算分析。根據(jù)計(jì)算結(jié)果對照網(wǎng)架變化后的運(yùn)行控制要求，得到潮流校核結(jié)果。

3 實(shí)施效益

3.1 實(shí)施情況

所提出的基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)的調(diào)度操作潮流校核方法已在貴州某地區(qū)電網(wǎng)得到實(shí)際應(yīng)用。通過對生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的調(diào)度操作票模塊進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了對原調(diào)度操作票執(zhí)行過程的關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)、潮流計(jì)算、潮流校核。

系統(tǒng)改造后的數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)如圖4所示，該方法應(yīng)用實(shí)施過程如圖3所示。

3.2 實(shí)際案例分析

以某線路停電操作為例介紹該方法的實(shí)施過程，如圖1所示，操作任務(wù)為將線路Line1由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用，操作票內(nèi)容如表2所示。

表2 線路停電操作票

對上述操作指令逐一進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行拓?fù)浞治龊罂芍?步操作完成后該線路實(shí)際上已經(jīng)不能傳輸潮流，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中該連接線即判定為停運(yùn)。后續(xù)3步操作實(shí)際上并不會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此該調(diào)度操作票第1步為關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)。根據(jù)該步操作對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠绊懀{(diào)用能量管理系統(tǒng)中潮流計(jì)算模塊，即可計(jì)算得到操作執(zhí)行后的潮流分布，并對其進(jìn)行安全校核。相較于傳統(tǒng)的逐步校核方法，能夠減少75%的校核工作計(jì)算量。

3.3 實(shí)施效益分析

該模塊自2018年12月完成改造后，一直使用至今，已成功用于1 340張調(diào)度操作票的潮流校核任務(wù)。與傳統(tǒng)的全過程逐步掃描式潮流校核相比，減少校核工作量近90%，且無一例漏校核、誤校核，大大提升了調(diào)度操作票潮流校核的執(zhí)行效率。

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)全過程逐步掃描式調(diào)度操作潮流校核方法，提出了一種基于關(guān)鍵拓?fù)渥儎?dòng)項(xiàng)辨識(shí)的潮流校核新方法。通過分析各調(diào)度操作指令對電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓挠绊懀孀R(shí)出將對潮流分布產(chǎn)生影響的關(guān)鍵調(diào)度操作指令項(xiàng)。該方法能在保證潮流校核有效性的前提下，大大降低校核工作量，提升效率。同時(shí)能夠在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造實(shí)現(xiàn)，大大降低了該方法實(shí)際應(yīng)用推廣的難度，具有較高實(shí)際使用價(jià)值。