专利名称：一种地区电网在线风险分析系统和方法
技术领域：
本发明属于电カ系 统领域，具体涉及ー种地区电网在线供电风险分析系统和方法。
背景技术：
EMS中的安全分析模块长期以来采用的是二十世纪六十年代提出的确定性分析框架，但其并不能计及电力系统的各种随机性扰动，不能完整描述故障的不确定性。传统的电力系统可靠性分析采用了概率分析方法研究了电カ系统的不确定性，但其主要应用领域是电カ系统的长期规划，主要应用于离线分析，不能用来对电カ系统运行状况的实时判断，而运行风险分析的目的是利用当前电网的运行和设备信息预测未来一段时间(几分钟到几个小时)的系统运行风险并给出预防控制策略。因此，开展电カ系统实时在线的运行风险概率分析模型及算法研究，对于充分利用系统的输电能力而又保持合适的安全裕度非常重要。在调度部门应用运行风险分析技术的主要目的，是为了让运行调度人员明确每个决策可能承担的风险，并在风险和收益之间进行抉择。其研究目的有两个ー是定量分析电力系统运行中的不确定性因素，计算运行风险指标，这是认识过程；ニ是研究在运行调度中如何应对风险，进行合通决策，例如基于风险的最优潮流、检修计划和网络重构等，这是改造过程。因此，进行面向调度运行部门的运行风险分析非常必要。目前世界各国对电カ系统运行风险分析已进行了大量研究，但其方法大多适用于大型输电网或离线电网规划研究。地区电网属于高压配电网，通常是环网结构，开环运行，即其馈线具有辐射状的特点，故障后很可能会引起网络解列、失负荷，因此，开展适合地调特色的在线运行风险概率分析模型及其算法研究，使其成为调度员进行安全决策分析的辅助工具，对于充分利用系统的输电能力而又保持合适的安全裕度非常重要。现有的开展适合地调特色的在线运行风险概率分析模型及其算法的缺点包括I)确定性分析方法(如静态安全分析)不能计及电力系统的各种随机性扰动，不能完整描述故障的不确定性。2)室外元件的故障率或停运率未考虑天气、时间等因素。3)目前对电カ系统运行风险分析已进行了大量研究，但其方法大多适用于大型输电网或离线电网规划研究。将运行风险分析功能应用于实际系统中需要研究以下问题建立能够反映电カ系统实时运行条件的元件时变可靠性模型、构建能够详细表征实时可靠性水平的运行风险指标体系、提高算法的精确度、快速获取实时状态数据、提高计算的实时性与计算量的协调性等。在现有研究成果的基础上，本文结合地区电网在线调度需求及风险分析的自身特点，具体研究内容如下I)考虑地区电网在线供电风险分析的特点，研究地区电网在线风险分析的内容，实时数据的网络建模方法，使运行风险概率分析结果更能反映系统的实际运行情况，满足实际运行需求。
2)考虑电力系统实时运行过程中各种因素的影响，研究外部环境对室外元件停运率的影响，建立室外元件的故障可能性模型。3)为满足在线计算软件对计算速度要求，同时预想故障集又能涵盖发生频率较高且易造成供电风险的故障，进行预想故障集选取和故障分析的优化算法研究。4)基于效用理论的电カ系统故障严重程度分析模型的研究。基于效用理论建立符合电カ系统实际情况的故障严重程度分析模型，通过故障严重程度的效用函数应能够体现系统运行人员对故障后果的心理承受能力。5)对电カ系统运行中的不确定性因素进行定量分析，针对特定的风险指标对电网运行进行分析，井根据风险指标值的大小进行风险等级的划分。地区电网在线供电风险分析的指标计算主要针对稳态问题进行，计算内容包括过负荷风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标等，结合上述电カ系统元件的故障可能模型、基于效用理论的电カ系统故障严重程度分析模型，确定各种风险指标的计算方法。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了ー种地区电网在线供电风险分析系统和方法，针对地区电网调度运行辅助分析需求进行研发，基于网络拓扑及实时数据进行相关的分析判断，识别并监视电网具有潜在供电风险的特殊运行方式，结合在线静态安全分析的结果，形成风险分析的预想故障集，基于此进行系统各种风险指标的计算，对风险指标的计算综合考虑系统当前状态的概率、故障的可能性概率以及故障严重程度，帮助调度员分析、发现系统潜在的风险。为实现上述目的，本发明提供ー种地区电网在线供电风险分析系统和方法，基于D5000系统对电网风险进行分析，其包括显示单元；其特征在于，所述分析系统包括依次连接的电网运行风险监视单元、重要用户监视単元、分析単元和风险定级单元；所述电网运行风险监视单元、所述重要用户监视単元、所述分析単元和所述风险定级单元分别与所述显示单元连接。本发明提供的优选技术方案中，所述分析単元包括相互连接的故障风险分析模块和所述检修风险分析模块；所述故障风险分析模块与所述重要用户监视单元连接；所述检修风险分析模块与所述风险定级单元连接。本发明提供的第二优选技术方案中，所述电网运行风险监视単元包括相互连接的拓扑分析模块和运行风险监视模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行分析，并将分析结果传输到所述运行风险监视模块；所述运行风险监视模块根据得到的信息，识别电网中具有潜在供电风险的特殊运行方式，进行电网运行风险实时监视，并将监视结果传输到所述显示单元进行显示。本发明提供的第三优选技术方案中，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括实时数据/历史数据/未来数据、预定义的特殊运行方式、和配置的监视參数。本发明提供的第四优选技术方案中，监视參数包括监视范围和启动方式；所述监视范围根据区域、电压等级和监视类型进行划分；启动方式包括事件启动、人工启动和周期启动。本发明提供的第五优选技术方案中，所述特殊运行方式，包括单线单变、单电源变电站、串供和母线分裂运行。本发明提供的第六优选技术方案中，所述监视结果包括特殊运行方式列表及告警、特殊运行方式的查询及统计信息。本发明提供的第七优选技术方案中，特殊运行方式列表包括实时运行的特殊运行方式；查询信息是电网运行风险监视的历史计算结果；历史计算结果按时间、厂站和区域分类查找特殊运行方式；统计信息包括计算时间、计算次数和各个特殊运行方式的出现次数。本发明提供的第八优选技术方案中，所述重要用户监视単元将接收到的设备信息进行潮流计算，判断设备负荷变化情況，对超过安全阀值的超负荷设备进行实时监视，并将实时监控信息传输到所述显示単元；安全阈值是设备负载的额定值。 本发明提供的第九优选技术方案中，所述重要用户监视単元接收的设备信息包括实时数据、重要用户信息、和配置监视范围及相关參数。本发明提供的第十优选技术方案中，重要用户信息包括重要用户名称、限值及其对应线路、变压器的信息；配置的參数为重要负荷告警阈值，当负载率达到重要负荷告警阈值时，将向所述显示単元提供告警信息。本发明提供的较优选技术方案中，所述实时监控信息，包括实时运行情况列表、超负荷风险、和重要用户负荷变动监视、报警与统计信息。本发明提供的第二较优选技术方案中，所述故障风险分析模块，包括依次连接的拓扑分析模块、潮流计算模块和风险指示计算模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行拓扑分析，将拓扑分析的结果传递到所述潮流计算模块；所述潮流计算模块对拓扑分析的结果进行潮流计算；所述风险指示计算模块接收潮流计算的结果信息并对其进行风险指标计算，并将计算出的风险指标结果传输到所述显示単元。本发明提供的第三较优选技术方案中，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括实时数据、预定义的故障集、设置的潮流计算參数和风险类型。本发明提供的第四较优选技术方案中，所述风险类型包括过载风险、低电压风险和失负荷风险。本发明提供的第五较优选技术方案中，所述风险指标结果包括过载风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标和系统风险指标。本发明提供的第六较优选技术方案中，预定义的故障集包括单、多重故障和条件故障；潮流计算參数包括最大迭代次数、有功收敛精度、无功收敛精度和平衡机。本发明提供的第七较优选技术方案中，所述检修风险分析模块设置有运行风险监视模块，所述检修风险分析模块将接收到的设备信息传输到所述运行风险监视模块进行电网运行风险模拟，分析系统特殊运行方式的变化，并给出风险提示；所述检修风险分析模块将特殊运行方式列表及提示信息传输至所述显示単元。本发明提供的第八较优选技术方案中，所述风险定级单元，根据人工定义风险等级，为各级风险提示提供依据。本发明提供的第九较优选技术方案中，所述人工定义风险等级，按照严重程度由轻到重的排序为安全等级、警戒等级和过标等级。本发明提供的第十较优选技术方案中，安全等级系统无风险，可安全运行状态；警戒等级系统处于安全运行状态，但风险指标已达到安全运行的上限；过标等级系统风险指标已大于系统安全运行的上限。本发明提供的再优选技术方案中，所述显示单元为液晶显示屏。本发明提供的第二再优选技术方案中，所述液晶显示屏的分辨率为1920X1080、屏幕色彩为1600万色。本发明提供的第三再优选技术方案中，基于D5000系统对电网风险进行分析，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤(I).获取电网运行数据和系统状态；(2).进行预想故障集选取及故障分析；
(3).基于预想故障对电网造成的后果进行判断，若出现供电风险则进行步骤4，否则返回步骤2 ;(4).计算风险指标，根据指标进行风险等级提示； 其中，风险等级包括安全等级、警戒等级和过标等级。本发明提供的第四再优选技术方案中，在所述步骤I中，电网运行数据包括实时运行断面数据、历史运行断面数据和未来方式断面数据；实时运行断面数据包括重要用户数据和高危用户数据。本发明提供的第五再优选技术方案中，在所述步骤I中，根据系统元件的停运模型及实时数据，得到系统状态信息。本发明提供的第六再优选技术方案中，系统状态信息包括电网的拓扑连接关系、机组出力和负荷。本发明提供的第七再优选技术方案中，系统元件的停运模型包括输电线路的架空线路、电缆、机组、变压器、电容器和电抗器。本发明提供的第八再优选技术方案中，在所述步骤2中，选取预想故障集的方式包括全网N-1、利用可视化人机界面进行人工故障组定义、和对全网中具有潜在供电风险的特殊运行方式进行扫描监视，根据扫描结果自动形成影响供电安全的故障组列表。本发明提供的第九再优选技术方案中，所述特殊运行方式，单电源变电站、单变单线、串供和母线分裂运行。本发明提供的第十再优选技术方案中，在所述步骤2中，采用交直流混合潮流算法进行故障分析。本发明提供的更优选技术方案中，在所述步骤4中，风险指标包括线路过负荷风险、物理母线电压过低风险和失负荷风险。本发明提供的第二更优选技术方案中，在所述步骤4中，风险指标计算包括严重性计算和故障率计算。本发明提供的第三更优选技术方案中，所述线路过负荷风险和所述物理母线电压过低风险的严重性计算公式用式(I)表示Sev(Ei7Xf) = (Ax/X)2m (I)其中，ΛΧ表示线路潮流、母线电压的越限量；Χ表示线路安全运行的上限值或物理母线安全运行的下限值；2m用于克服“遮蔽”缺陷屯表示第i个故障；Xf表示系统的运行方式；所谓遮蔽是指某一个引起许多线路出现重载但并未过负荷的预想故障，该预想故障行为指标反而等于或高于只有个别线路产生过负荷的预想事故行为指标。本发明提供的第四更优选技术方案中，所述失负荷风险的严重性计算公式用式
(2)表示
权利要求
1.ー种地区电网在线风险分析系统，基于D5000系统对电网风险进行分析，其包括显示単元；其特征在于，所述分析系统包括依次连接的电网运行风险监视单元、重要用户监视单元、分析単元和风险定级单元；所述电网运行风险监视単元、所述重要用户监视単元、所述分析単元和所述风险定级单元分别与所述显示单元连接。
2.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述分析単元包括相互连接的故障风险分析模块和所述检修风险分析模块；所述故障风险分析模块与所述重要用户监视単元连接；所述检修风险分析模块与所述风险定级单元连接。
3.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述电网运行风险监视単元包括相互连接的拓扑分析模块和运行风险监视模块；所 述拓扑分析模块对接收的设备信息进行分祈，并将分析结果传输到所述运行风险监视模块；所述运行风险监视模块根据得到的信息，识别电网中具有潜在供电风险的特殊运行方式，进行电网运行风险实时监视，并将监视结果传输到所述显示単元进行显示。
4.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括实时数据/历史数据/未来数据、预定义的特殊运行方式、和配置的监视參数。
5.根据权利要求4所述的分析系统，其特征在干，监视參数包括监视范围和启动方式；所述监视范围根据区域、电压等级和监视类型进行划分；启动方式包括事件启动、人工启动和周期启动。
6.根据权利要求3所述的分析系统，其特征在干，所述特殊运行方式，包括单线单变、单电源变电站、串供和母线分裂运行。
7.根据权利要求3所述的分析系统，其特征在于，所述监视结果包括特殊运行方式列表及告警、特殊运行方式的查询及统计信息。
8.根据权利要求7所述的分析系统，其特征在干，特殊运行方式列表包括实时运行的特殊运行方式；查询信息是电网运行风险监视的历史计算结果；历史计算结果按时间、厂站和区域分类查找特殊运行方式；统计信息包括计算时间、计算次数和各个特殊运行方式的出现次数。
9.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述重要用户监视単元将接收到的设备信息进行潮流计算，判断设备负荷变化情況，对超过安全阀值的超负荷设备进行实时监视，并将实时监控信息传输到所述显示単元；安全阈值是设备负载的额定值。
10.根据权利要求9所述的分析系统，其特征在于，所述重要用户监视単元接收的设备信息包括实时数据、重要用户信息、和配置监视范围及相关參数。
11.根据权利要求10所述的分析系统，其特征在于，重要用户信息包括重要用户名称、限值及其对应线路、变压器的信息；配置的參数为重要负荷告警阈值，当负载率达到重要负荷告警阈值时，将向所述显示単元提供告警信息。
12.根据权利要求9所述的分析系统，其特征在干，所述实时监控信息，包括实时运行情况列表、超负荷风险、和重要用户负荷变动监视、报警与统计信息。
13.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述故障风险分析模块，包括依次连接的拓扑分析模块、潮流计算模块和风险指示计算模块；所述拓扑分析模块对接收的设备信息进行拓扑分析，将拓扑分析的结果传递到所述潮流计算模块；所述潮流计算模块对拓扑分析的结果进行潮流计算；所述风险指示计算模块接收潮流计算的结果信息并对其进行风险指标计算，并将计算出的风险指标结果传输到所述显示単元。
14.根据权利要求13所述的分析系统，其特征在于，所述拓扑分析模块接收的设备信息包括实时数据、预定义的故障集、设置的潮流计算參数和风险类型。
15.根据权利要求14所述的分析系统，其特征在于，所述风险类型包括过载风险、低电压风险和失负荷风险。
16.根据权利要求13所述的分析系统，其特征在于，所述风险指标结果包括过载风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标和系统风险指标。
17.根据权利要求14所述的分析系统，其特征在干，预定义的故障集包括单、多重故障和条件故障；潮流计算參数包括最大迭代次数、有功收敛精度、无功收敛精度和平衡机。
18.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述检修风险分析模块设置有运行 风险监视模块，所述检修风险分析模块将接收到的设备信息传输到所述运行风险监视模块进行电网运行风险模拟，分析系统特殊运行方式的变化，并给出风险提示；所述检修风险分析模块将特殊运行方式列表及提示信息传输至所述显示単元。
19.根据权利要求I所述的分析系统，其特征在于，所述风险定级单元，根据人工定义风险等级，为各级风险提示提供依据。
20.根据权利要求19所述的分析系统，其特征在于，所述人工定义风险等级，按照严重程度由轻到重的排序为安全等级、警戒等级和过标等级。
21.根据权利要求20所述的分析系统，其特征在干，安全等级系统无风险，可安全运行状态；警戒等级系统处于安全运行状态，但风险指标已达到安全运行的上限；过标等级系统风险指标已大于系统安全运行的上限。
22.根据权利要求1-21所述的分析系统，其特征在于，所述显示单元为液晶显示屏。
23.根据权利要求22所述的分析系统，其特征在于，所述液晶显示屏的分辨率为1920X1080、屏幕色彩为1600万色。
24.—种地区电网在线风险分析方法，基于D5000系统对电网风险进行分析，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1).获取电网运行数据和系统状态； (2).进行预想故障集选取及故障分析； (3).基于预想故障对电网造成的后果进行判断，若出现供电风险则进行步骤4，否则返回步骤2 ； (4).计算风险指标，根据指标进行风险等级提示； 其中，风险等级包括安全等级、警戒等级和过标等级。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述步骤I中，电网运行数据包括实时运行断面数据、历史运行断面数据和未来方式断面数据；实时运行断面数据包括重要用户数据和高危用户数据。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述步骤I中，根据系统元件的停运模型及实时数据，得到系统状态信息。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，系统状态信息包括电网的拓扑连接关系、机组出力和负荷。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，系统元件的停运模型包括输电线路的架空线路、电缆、机组、变压器、电容器和电抗器。
29.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，选取预想故障集的方式包括全网N-1、利用可视化人机界面进行人工故障组定义、和对全网中具有潜在供电风险的特殊运行方式进行扫描监视，根据扫描结果自动形成影响供电安全的故障组列表。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述特殊运行方式，单电源变电站、单变单线、串供和母线分裂运行。
31.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，采用交直流混合潮流算法进行故障分析。
32.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，风险指标包括线路过负荷风险、物理母线电压过低风险和失负荷风险。
33.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，风险指标计算包括严重性计算和故障率计算。
34.根据权利要求32、33所述的方法，其特征在于，所述线路过负荷风险和所述物理母线电压过低风险的严重性计算公式用式(I)表示Sev(Ei7Xf) = (Δχ/Χ)2"1 (I) 其中，ΛΧ表示线路潮流、母线电压的越限量；Χ表示线路安全运行的上限值或物理母线安全运行的下限值；2m用于克服“遮蔽”缺陷洱表示第i个故障；Xf表示系统的运行方式；所谓遮蔽是指某一个引起许多线路出现重载但并未过负荷的预想故障，该预想故障行为指标反而等于或高于只有个别线路产生过负荷的预想事故行为指标。
35.根据权利要求32、33所述的方法，其特征在于，所述失负荷风险的严重性计算公式用式⑵表不
36.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述故障率计算公式如式(3)所示
全文摘要
本发明提供了一种地区电网在线风险分析系统和方法，系统包括显示单元、电网运行风险监视单元、重要用户监视单元、分析单元和风险定级单元；所述方法包括如下步骤(1).获取电网运行数据和系统状态；(2).进行预想故障集选取及故障分析；(3).基于预想故障对电网造成的后果进行判断，若出现供电风险则进行步骤4，否则返回步骤2；(4).计算风险指标，根据指标进行风险等级提示。本发明提供的地区电网在线风险分析系统和方法，综合考虑系统当前状态的概率、故障的可能性概率以及故障严重程度，帮助调度员分析、发现系统潜在的风险。
文档编号G06Q10/04GK102737286SQ20121011985
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者张印, 李静, 罗雅迪, 贾育培, 赵昆, 陈利杰 申请人:中国电力科学研究院