山东电网在线预警及动态评估系统设计研究

马 强，韩少晓，姚 光，徐 征，田大伟

（山东电力调度控制中心，山东 济南 250001）

0 引言

山东电网是一个具有大机组、超高压的大型省网，目前通过4回500 kV线路与华北电网相连，通过2回660 kV线路与西北网相连。如何保证山东电网安全、可靠、经济、优质运行至关重要，传统经验型和分析型的电网调度无法实现大电网的智能化运行，尤其在实现多层面、多维度信息采集处理、前瞻性和智能化分析评估等方面还存在很多不足，难以使调度运行人员时刻、全景把握电网运行安全稳定水平，难以对电网安全运行薄弱环节及时进行相应预防控制。在线预警及动态评估系统［1-3］以EMS系统和调度综合数据平台为基础，结合电网综合评估的理论研究和山东省调度控制中心的业务需求，提出一套针对山东电网的调度运行动态评估及预警的理论体系，通过对电网特征指标地分析和提取，实现了对调度核心业务地量化评估，针对电网的运行状态、调节能力以及抵御风险能力构建指标体系及健康度模型；采用智能可视化技术实现对电网自上而下地动态监视、预警。

目前，对于电网地在线预警和动态评估处于起步阶段，文献［1］从运行风险评估的角度做了一些工作，文献［2］则从安全预警评估方面入手，但都不够全面，将电网在线预警和动态评估作为一个整体进行系统化评估的研究工作还较少见。本文在考虑电网的安全性、可靠性、充裕度的基础上，建立电网在线预警和动态评估指标体系，并提出了具体计算方法。

1 动态评估指标体系研究

传统的电力系统评估主要是指电力系统的可靠性评估［4-9］，可靠性是指一个元件、设备或系统在所处运行条件下，在预定的时期内能够充分执行其预期功能的概率，因此可靠性在本质上是一个概率随机性问题，其最终提供给用户的是一个量化的指标，难以指导调度运行人员对实时电网进行干预；山东电网的在线预警及动态评估体系主要针对实时系统进行实时、超前评估，提供给调度运行人员的指标有特定的物理意义，调度人员根据电网健康度指标就可以了解当前电网的运行状态，对电网进行干预。

山东电网在线预警及动态评估系统也是从充裕度（Adequacy）和安全性（Security）两方面对电网进行评估，通过对具体业务进行抽象，将其分为电网运行状态评估体系、电网调节能力评估体系、电网抵御风险能力评估体系三大指标体系，图1所示。

图1 评估指标体系

在正常情况下对电网的运行状态进行实时评估，主要包括电网的频率、母线电压、线路负载率、变压器负载率、有功正备用/负备用、联络线交换功率、网间交换、输电断面、分区负荷等指标，图2所示。

图2 电网运行状态指标

调度运行调节能力评估在电网正常状态下，综合有功正备用/负备用、无功容性/感性备用、AGC、低频减载、低压减载、全网负荷裕度、区域电压稳定、区域负荷裕度、超短期负荷预测、灵敏度等信息，实时、超前评估电网调度运行调节能力。

图3 全网健康度指标

电网抵御风险能力评估采用预想故障集的方式对当前电网及未来两小时内的电网状态进行计算，并对事故预案进行实时校验来评估电网抵御风险的能力。

基于上述的三类评估建立全网的健康度指标模型，图3所示。

2 系统架构

系统采用分层结构，主要功能包括数据获取、计算预警扫描、动态评估分析、结果组织与展示、应用程序客户端、Web服务器等，图4所示。

图4 系统构架

2.1 系统架构单元

基础数据获取。从系统外获取电网模型数据，包括基础的实时态电网模型数据，以及按照要求组织的研究态电网模型数据（将预测、计划、人工调整后的信息叠加到实时态模型数据上得到）。

扩展数据。存储EMS系统和数据平台无法提供的配置性的数据，包括本地的业务逻辑描述信息。

指标分析提取。根据评估和预警扫描的需求，从电网模型、数据中提取指标，供其他的模块调用。提取指标的定义可以根据评估的需求动态扩展。

基本计算服务。 在指定的电网模型上进行计算服务，并把结果组织成标准的形式。采用SOA架构，包括网络拓扑、潮流计算分析、N-1安全计算分析、故障集安全计算分析等。

高性能计算。利用并行计算实现大规模计算的快速完成，完成静态安全分析、电压稳定裕度计算、全网/区域负荷裕度计算、灵敏度计算等。

扫描预警。基于电网基本的指标和计算服务器，根据预先规则进行周期预警扫描，并把结果实时反映到结果组织和展示子系统。

评估。采用动态加载插件机制，定义标准化的评估插件数据入口和结果出口，是各种健康模型和评估函数的实现容器。

结果组织与展示。把预警扫描和各种评估的结果进行可视化解释，组织成便于客户端访问的数据结构，利用电网整体健康模型对各种评估的结果进行综合评定，得到直观的电网运行状况评估指标。

客户端。运行于调度员工作站的客户端工具，提供可视化展示和基本的交互。 采用独立应用程序的方式，使用结果组织与展示模块提供的统一的图形和数据。

Web服务。为评估结果的Web展示提供数据解析和网页组织，采用两种方式与浏览器进行通信：一种为SVG方式，即采用SVG方式组织展示数据；另一种采用浏览器插件方式组织和展示结果数据。

2.2 系统接口

系统与EMS接口。采用IEC61970标准的CIM/CIS方式访问各态的电网模型和电网运行数据。

系统与综合数据平台接口。采用IEC61970标准的CIM/CIS方式获取EMS系统之外的必需的数据，如负荷预测、超短期负荷预测、各种计划数据等。

客户端接口。 系统内专用接口，带有连接的客户端可以直接和服务连接，也可以通过访问代理间接连接，以适应不同的网络结构。

浏览器接口。通过HTTP发布评估和预警的结果。

3 应用实例与结果分析

3.1 元件运行状态

运行状态界面如图5所示，可以看出元件运行状态中元件落入橙色预警区，从右边的雷达图可以看出变压器落入橙色预警区，右下角雷达图显示出烟台地区落入橙色，列表显示了越预警限的变压器详细信息，负载率超过85%。

图5 运行状态界面

3.2 调节能力

调节能力界面如图6所示，显示调节能力各项指标中没有越限情况，调节能力健康度指标值为96，也说明全网调节能力比较好，健康度指标值能正确的反应全网多项调节能力水平。

图6 调节能力界面

3.3 抵御风险

图7 抵御风险界面

抵御风险界面如图7所示，可以看出抵御风险中同杆并架落入告警区域，而且接近圆心，从右侧上面分区雷达图可以看出威海地区同杆并架双回线凤戚I、II故障造成大量母线电压严重越下限。

4 结语

通过对山东电网在线预警与动态评估系统地剖析，探讨了整个系统的指标体系及框架。基于安全性和充裕度所提出的三大指标体系从整体上代表了电网的健康状态，使调度人员实现了对电网自上而下的监视，给出的指标物理意义明确，目前，该系统已在山东电力调度控制中心投运，取得了良好效果。

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