基于電網調度操作全過程的動態N-1風險評估技術分析

黃 潔

（國網湖南省電力有限公司湘西供電分公司，湖南湘西 416000）

1 電網調度操作風險評估框架

調度操作全過程風險包括：其一，如果調度操作開關操作失敗，會導致電網風險的出現，比如關聯母線故障導致的母線欠壓；其二，執行調度方案后，系統N-1 故障導致的運行風險；其三，執行調度方案之后長時間運行目標網絡，電網存在潮流越限、電壓越限等風險。后兩者為成功調度操作后的電網運行風險，要共同考慮，文中對風險評估過程中發生故障概率與損失進行考慮。基于××電網運行經驗與技術需求，設計調度操作過程中風險評估框架如圖1 所示[1]。

圖1 調度操作過程中風險評估框架

故障分析還要對電網運行過程中及開關操作失敗導致出現的N-1 故障風險進行考慮，具體為：

其一，調度方案運行風險。在調度目標完成之后，電網運行風險評估主要包括：電網N-1 故障后的運行風險，要全面分析N-1 故障的損失、概率和潮流；電網是否出現設備重載、電壓越限、潮流越限等風險。

其二，刀閘與斷路器操作失敗的故障導致開關操作全過程風險，在對調度方案開關操作序列執行的過程中，如果操作出現故障就會導致電網出現風險，所以要對每步操作的失敗概率與關聯母線故障進行分析，以此定量評估操作失敗導致的電網損失[2]。對于指定的調度方案，假如能夠使開關操作序列順利執行，表示達成調度目標；相反，在任何開關操作出現關聯母線故障或者拒動時，工作人員將停止后續操作，無法完成預定調度目標，因為每步調度操作成功和后續執行相關。文中使用狀態轉移矩陣創建非記憶性狀態序列模型，并且對各操作故障場景中潮流分布、電網拓撲與故障損失進行分析，之后，通過故障損失與概率對開關操作流程風險進行計算。

其三，為了對調度操作全過程風險進行綜合考慮，首先，要對電網運行與開關操作導致的后果嚴重度指標進行統一，文中將潮流越限、負荷損失、設備重載、電壓越限等作為指標[3]。

2 設備故障時變概率模型

暴露型設備故障模型。文中充分考慮天氣原因導致暴露型設備故障，首先，通過歷史統計數據實現暴露型設備時變故障模型的創建，瞬時狀態概率方程為：

式中，Pi(t)為t 時間在i 狀態中的瞬時概率，μ(t)為故障狀態到運行轉移速率函數，λ(t)為運行狀態到故障轉移率函數[4]。

表1 為天氣類型分類，不同天氣所對應設備出現故障停運次數比例公式：

表1 天氣類型分類

Wi 為i 天氣狀態下出現故障比例，T 與λ0 表示全部天氣狀態持續總時間和歷史統計平均故障率，λi 與Ti 表示i天氣狀態下平均故障率與持續時間。

已知設備故障率計算公式如式（3）所示：

式中i 為考慮時間天氣情況時，通過歷史數據統計中得到Wi、T、Ti 與λ0。

3 算例分析

利用IEEE-RTS 測試系統對文中方法進行驗證，分析電網歷史數據，設置調度操作成功率與失敗率分別為0.98、0.02，表2 為開關與刀閘故障導致失敗操作幾率，其中的1～23 為各線路，24 為母線[5]。

以綜合調度為例，假如因為某原因線路要通過上述模型計算風險，得出風險指標為27.56、14.36、1.35。以此表示具有較大的電壓越限風險，所以要提請調度員在操作執行過程中實現電壓預控措施的制定。

3.1 操作風險分析

因為線路側刀閘的中斷為不帶電操作，并沒有操作風險，操作風險為母線側刀閘與開關操作。針對電壓越限風險指標RU 與支路過載風險指標RO，表2 中的1、4 步風險比2、5 步大。第1 步開關爆炸和第4 步刀閘瓷瓶斷裂會使母線15 失壓，將與其相連接的設備切除。母線15 失壓切除設備比母線24 要多，提高了對潮流的影響，所以存在高風險。母線15 和負荷連接，那么導致的母線失壓會降低負荷。所以，整體調度中要注意第1 步和第4 步的風險，從而使系統能夠穩定安全的運行[6]。

表2 開關與刀閘故障導致失敗操作幾率

3.2 操作風險來源

因為操作成功或失敗后發展狀態導致調度操作風險，對于線路15～24 從運行到冷備操作，表3 為操作風險來源。

通過表3 可以看出來，潮流與電壓越限風險為正常的操作狀態，也就是正常操作之后系統的高風險，因為操作失敗會導致出現負荷削減。

表3 操作風險來源

其實，操作失敗與成功之后的發展狀態，對于導致系統電壓越限與支路過載比操作成功的指標大，但是發生概率比較小，所以總指標占比小。針對負荷削減風險指標，在失敗操作極端情況中會導致母線失壓，從而削減負荷，所以操作失敗會出現負荷削減。

3.3 開關操作風險

（1）將母聯開關合上，如果此操作拒動，將停止后續操作，不會改變原本的電網結構；如果此操作開關爆炸，母線失壓，后續操作停止，則全站失壓。

（2）斷開電站開關，導致拒動失敗和開關爆炸，拒動停止后續操作，電站環網運行，也就是第一個操作后的電網狀態，爆炸會導致電站全站失壓。

實際調度操作會更加復雜，為了避免電網合環運行，撤銷步驟1。為了使電網狀態空間降低，文中只是執行調度方案到目標的過程，對調度單項序列失敗導致的損失考慮，忽視后續風險處理。基于實際電網風險的定級規則，設置220kV 負荷損失指標重要程度為5，設置110kV 負荷重要性程度為1。

4 結語

文中提出對調度操作全過程考慮的動態N-1風險評估技術框架，分析開關操作和目標電網N-1 故障導致的關聯母線N-1風險。此風險評估技術被應用到實際供電局中，提供穩定運行階段與貫穿開關操作量化風險值，能夠使調度員對最終調度方案作出選擇。