省地一體化電網事故事件風險預警分析系統設計

楊明亮，吳琛，劉旭斐，吳曉剛，黃偉，劉本希

（1.云南電力調度控制中心，昆明 650011；2.大連理工大學，遼寧 大連 116024）

0 前言

我國已經建成了世界上規模最大的互聯電網，電網裝機規模、設備數量和設備種類均居世界首位，是目前世界上最復雜的交直流互聯電網。電力安全事故嚴重危害人民生命財產安全[1]。國務院發布和實施的《電力安全事故應急處置和調查處理條例》（國務院令第599號令）對電力故障造成電網減供進行了明確的規定。開展不同時間尺度的電力事故事件風險評估及預警分析，是當前電網風險管控的重要手段[2-3]，同時能夠為電網規劃和建設提供參考。目前，電網風險預警分析及信息管理已經有大量的研究成果[4-6]，但普遍存在一些問題，導致國內省級電網在事故事件風險管理方面普遍缺乏靈活性高、實用性強的應用系統。這些問題主要表現在：

1）調規中定義的事故事件類型多，所需判斷條件繁多，判斷邏輯復雜，難以統一信息化管理。

2）隨著電網發展，事故事件上報內容和精度經常發生變化，絕大部分信息系統按照固定的項目及判別條件設計，難以適應不斷發展變化的要求。

3）已有研究一般僅針對單個調度機構，且側重于信息管理；少有面向省、地兩級用戶一體化管理的電網事故事件風險管理信息系統。

因此，迫切需要基于信息技術，開發一套省、地一體化事故事件預警信息管理系統，以解決當前事故事件預警信息上報、統計和分析比較薄弱的局面[2,4]。

本文基于J2EE技術，設計并實現了省地一體化事故事件風險預警管理系統，從事故事件管理模式出發，論述了系統的總體架構設計，并從功能的靈活性、可擴展性等方面闡述了系統采用的關鍵技術。最后以系統在云南電網中調及17個地調中的成功應用說明了系統設計的合理性以及實用性。

1 總體設計思路

1.1 事故事件類型及判別流程

南方電網以國務院發布的《電力安全事故應急處置和調查處理條例》為基礎，根據自身電網情況，編制了《中國南方電網有限責任公司電力事故事件調查規程》（Q/CSG 210020-2014）。本節以該規程為基礎，簡要說明事故事件評價依據以及判別流程。

根據故障后果嚴重程度，電力安全事故事件劃分為事故和事件兩大類，其中事故按后果嚴重程度從高到低劃分為特別重大事故、重大事故、較大事故和一般事故4級；事件劃分為一級、二級、三級、四級、五級、六級、七級和八級共8級。事故（事件）的類型判定需要根據地區類型（省級、省會、一般地級市、縣級市等）、總負荷、總用戶數、減供負荷及比例、停電用戶數、停電用戶比例以及停電時長、減供用戶等級（特級、一級、二級等）、失壓變電站電壓等級及數量等各類條件進行綜合評判。依據事故事件調查規程判定故障發生條件下造成的事故事件等級（如圖1所示），是電網開展檢修和規劃的重要依據。本文所設計的系統主要針對這種類型的事故事件。

圖1 事故事件判別基本流程

1.2 三維可擴展模式

事故事件預警信息管理在空間上需要滿足省、地兩級要求，同時考慮網調級別的上報需求；在時間上需要滿足短期、中期、長期等各種時間尺度要求；在功能上需要滿足信息上報、報表輸出、統計等各項需求。因此在系統構建上需要滿足時間、空間和功能三個維度的擴展要求，如圖2所示。

圖2 事故事件預警信息上報三維擴展分析

1）時間維：事故事件上報需要面向設備投產、檢修以及年度、三年以及特殊方式等各種狀態下的電網運行需求，因此十分有必要滿足多種時間尺度復雜擴展需求。

2）空間維：對于事故事件風險評估，需要充分發揮各級調管機構的優勢，提高事故事件預警分析效率和準確性。因此，在空間上需要考慮多級調度需求，以適應電網多層級調度管理關系。

3）功能維：在功能上，一方面需要滿足數據上報需求；另外一方面，還需要滿足各種數據量的統計分析等功能。再有，需要根據具體規程，對相應的上報數據進行事故等級判別，這些都要求系統在功能維上能夠靈活擴展。

2 系統結構和功能設計

2.1 基于J2EE的系統結構設計

考慮到上報內容繁多、事故事件評判復雜并且經常發生變化，交互性要求高，系統采用J2EE技術作為前后端交互技術[7]，并采用Java Swing實現RIA客戶端[8]。系統以滿足省地兩級用戶事故風險預警信息上報和統計為目標，以事故事件預警報表定制、預警信息上報、事故事件等級評估功能為核心，引入分級用戶權限管理、公式驅動的事故事件評估引擎等多項關鍵技術，構建了包含基礎環境層、數據服務層、業務支撐層、核心業務層的系統總體架構，詳見圖3。

圖3 系統總體架構

2.2 系統功能設計

系統功能以事故事件類別管理、自定義判別式管理為基礎，提供報表定制、方式自動掃描分析、手動上報及管理、統計查詢分析四大核心功能模塊，詳見圖4。

圖4 系統功能架構

1）基礎支撐業務：這部分主要提供基礎事故事件類別管理，包括常用的N-1、N-1-1、變電站全停等，同時也可以由用戶根據使用需求新增擴展。另外，根據事故事件判別條件多樣性以及不斷更新變化需求，提供自定義事故事件判別式功能。

2）報表定制：不同部門、不同時間尺度、不同的方案對應的報表需求可能不同，為了滿足事故事件上報多樣性需求，以元變量定義為基礎，提供報表定制功能，同時為了適應不同地區變化以及負荷變化情況，提供地區管理、地區負荷管理以及變電站負荷管理功能。

3）方式掃描分析：針對當前南方電網主要采用PSD-BPA進行電網運行方式仿真分析，為高效分析特定運行方式下的事故事件風險情況，系統提供BPA運行方式掃描分析事故事件預警信息的功能，能夠對特定方式下的線路、變壓器支路等進行N-1開斷掃描分析，統計變電站以及負荷損失，進而判別對應故障情況下可能造成的事故事件等級，實現運行方式事故風險快速分析。

4）上報及管理：除了從方式掃描分析實現事故事件預警分析外，還可以由用戶根據經驗，手動上報設備故障下可能造成的事故事件情況。在上報過程中，用戶只需選擇故障設備、造成的變電站損失情況或負荷及用戶損失情況，系統自動根據初期填報的地區負荷、用戶數以及變電站下負荷情況進行事故事件判別。

5）統計查詢分析：提供多維度統計查詢分析功能。

3 采用的關鍵技術

3.1 報表定制

事故事件使用到的數據非常復雜而且類型繁多，既有負荷損失、機組出力等數值類型，也有是、否等布爾類型，還有事故等級等選擇類型，并且隨著電網擴展以及調度管理部門對電網調度精細化要求的不斷提高，需要滿足不斷變化的數據上報需求。本文設計了一種基于“通用數據類型”方式描述多維度數據的庫表結構用于存儲所有類型數據。通過數據類型表定義數據字典id、數據類型、數據格式等信息，通過數據格式支持基本數據類型以及擴展數據類型；在此基礎上，定義報表結構，確定報表每列數據字典id（dataid）；最后，建立報表數據表。各表之間的關系如圖5所示，由此，實現報表的自定義和靈活擴展。

圖5 自定義報表數據庫實體關系示意圖

3.2 基于公式驅動的事故事件等級評估

傳統的直接在程序中實現判別算法難以適應判別式變化和擴展需求[9]。自定義公式能夠由用戶根據具體需求定義具體判別規則或流程[10]，本文基于自定義公式思想提出了一種基于公式驅動的事故事件類型評估方法（如圖6所示），具體流程如下：

圖6 公式驅動事故事件判別流程

1）在前述自定義數據以及自定義報表的基礎上，依據調規建立自定義判別公式；

2）根據報表數據表中的事故事件記錄，將具體數值（如負荷損失、用戶損失、變電站損失）代數公式；

3）調用公式引擎計算表達式結果，結果為邏輯真（true）表示滿足此事故事件判別標準，邏輯否（false）則表示不滿足。

4）對于某故障，對所有事故事件標準的判別式進行循環，從所有滿足的事故事件等級中篩選出最高等級作為該故障最終造成的事故事件等級。

3.3 向導式事故事件預警信息填報

系統支持兩種事故事件預警信息錄入方式，一種是通過方式掃描錄入，這種方法可通過運行方式掃描快速分析故障下可能造成的事故事件，另外一種是人工錄入的方式作為補充。故障下事故事件分析需要錄入的信息繁雜，并且需要根據不同的輸入信息決定后續的一些輸入信息。為了保證填報信息的正確性，系統設計向導式信息錄入方式，如圖7所示：添加新的故障下事故事件信息時，逐步給出后續需要填報的內容，保證信息錄入的連貫性和完整性。

圖7 向導式事故事件預警信息填報流程

3.4 基于廣度優先搜索事故風險掃描

當前南方電網主要采用PSD-BPA進行電網運行方式仿真分析，為了提高分析效率，系統提供BPA運行方式掃描事故事件預警分析的功能。該功能基于廣度優先搜索算法，根據篩選條件對線路或變壓器支路進行開斷掃描，逐個統計開斷后形成的孤島中的負荷損失或變電站損失數，進而判定該故障造成的事故事件等級。具體流程如圖8所示。

圖8 基于廣度優先搜索的負荷損失統計

4 應用實例

本文所介紹的方法已經在云南電網省地一體化事故事件風險預警分析系統中得到應用。云南電網是我國“西電東送”的主要電源基地，裝機規模已經超過1億kW，域內交直流混連情況復雜，局部電網網架薄弱，設備故障下事故事件風險高，影響電網安全穩定運行，是我國最復雜的省級電網之一。云南電網省地一體化事故事件風險預警分析系統自2020年投運以來支撐了省調及17個地調各類事故事件預警信息上報及評估分析，涉及三年運行方式、年度運行方式、迎峰度夏運行方式等不同時間尺度的事故事件分析，為電網檢修和規劃工作的開展提供了重要依據。系統以功能豐富、操作便捷、靈活性和擴展性良好得到了用戶的高度認可。

5 結束語

本文結合我國電網調度管理特點，設計開發了省地一體化事故事件風險預警分析系統，實現了各類故障下事故事件預警評估分析，為事故事件風險評估提供可靠依據，形成了一整套適應于省、地多級電網運行方式的風險水平評估策略，并成功應用于云南電網省調及17個地調。該系統的設計思路、關鍵技術可以為類似信息管理系統提供參考和借鑒。