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

摘 要 為了使電網可靠、安全地運行，調度員要使用合理的調度操作。目前是根據個人經驗與實時運行數據操作電網，調度操作指令從擬定到執行的操作流程完整，保證了電力調度的安全性。文中所提出的方法主要是利用狀態轉移矩陣描述調度單項序列失敗的概率技能，通過對數合成的方法分析關聯指標耦合程度。通過實際電網調度事件，對該方法的有效性與可行性進行驗證。文中所提出的風險評估方法能夠為每一步操作關聯風險指標，使操作人員能夠提前制定預防風險的措施。

關鍵詞 電網調度 調度操作 風險評估 動態N-1

中圖分類號：TN99 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）05-0056-03

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]。

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：

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]。

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。

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。

參考文獻：

[1] 洪玉娟.計及架空輸電線路并溝線夾熱過載風險的電網經濟調度模型研究[D].南京理工大學，2019.

[2] 湯奕，孫大松，周毅，周良才.含分布式電源的主配一體化電網日前-實時協調風險調度方法研究[J].智慧電力，2020，48（08）：8-14，23.

[3] 黃承波.基于智能電網調度技術支持系統的電網運行安全風險在線防控[J].通訊世界，2018（02）：226-227.

[4] 羅艷，陳子敬，高浩，粟景.面向電網實時運行風險的快速定級方法研究及應用[J].電力大數據，2020，23（05）：86-92.

[5] 滕曉畢，王健，陸燕玉，傅山.基于TRACEr失誤辨識方法的電網調度人因風險認知分析[J].微型電腦應用，2020， 36（01）：41-44.

[6] 王冠，王勝男.一種基于決策支持系統的智能化電網調度操作票系統研究[J].東北電力技術，2020，41（04）：19-22.