基于预想故障序列的安全稳定软件研究

李鹏飞，赵翠玲，牛得存，林泽源

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

基于预想故障序列的安全稳定软件研究

李鹏飞，赵翠玲，牛得存，林泽源

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

针对当前进行电网安全稳定研究时事故预演方式效率低下、人因影响大的问题，提出了基于预想故障序列的自动化安稳软件的开发方案，介绍了该方案的原理和主要功能，并通过实际案例仿真，验证了该软件的高效性和准确性，提高了工作效率。

预想故障序列；区域电网；安全稳定计算；快速仿真软件

0 引言

目前国内外进行电网安全稳定研究时，主要采用人工方式，利用BPA软件对预想事故逐一预演，进行N-2安全稳定分析。由于电网的规模逐步扩大，导致运行方式复杂多样，预想故障集数量庞大，故障种类繁多，加之人工分析方式耗时耗力，获得分析结果的时间较长，拖延了电网运行方式的制定时间。同时，根据人工操作经验来设定故障集，在经验不足的情况下，会遗漏重要的事故元件组，造成电网长时间带隐患运行，威胁电网安全。

建立基于预想故障序列算法的知识库，开发预想故障序列专家系统；综合故障序列、潮流序列和电压越限序列等各种指标，形成推荐预想故障序列；将预想故障序列算法融入“基于BPA的安全稳定分析计算软件”的研发。将每次软件运行计算结果纳入知识库，作为下一次计算的预想故障筛选和排序的比较对象，从而使软件具有自学习功能，同时还能避免因人工经验限制遗漏重要事故元件组，提高了安全稳定分析的正确率。

1 预想故障管理模块

N-2安全稳定评估中非常重要的内容是预想故障的筛选和排序，即对筛选出来的预想故障根据预想故障的严重程度进行快而准的排序，再进行安全稳定分析。

快速故障筛选的基本任务是采用某种简化的快速方法，在较短的时间内把绝大多数预想故障快速过滤掉，同时正确识别出预想故障集中所有可能导致系统失稳或系统状态严重越限的预想故障，以便对其进行更详细的稳定分析。

该软件对预想故障的筛选和排序主要手段是融入预想故障序列算法和建立预想故障管理模块。

1.1 预想故障管理模块的功能

预想故障管理模块是N-2安全稳定分析的前期数据处理模块，其主要功能是根据系统的各种运行状态，根据专家知识库内的故障模板，自动生成预想故障，并对生成的预想故障按指标进行筛选和排序。

该模块除了提供自动生成的预想故障外，还提供人工接口，分析人员可以根据系统运行的实际情况设置特定的故障或多重故障以及改变排序结果。预想故障管理流程如图1所示。

1.2 预想故障管理模块的特点

(1) 有限集。电力系统的故障多种多样，不可能分析每一个故障对系统的影响。预想故障管理模块不区分事故的起因，只针对其造成的后果区分事故，只要导致系统失稳的故障，都用来评估系统的稳定性。

(2) 量化指标。传统系统失稳判据是当电压或频率低于某一个值，并且持续时间超过一定值时认为该故障引起系统失稳。这对于评估时间有限的稳定仿真评估来说是比较费时的。本研究在分析过程中，引入电压或频率的变化率，线路功率、节点电压越限情况作为稳定量化指标，应用这些量化指标来反应系统的稳定性，并利用该指标更新专家知识库，对其进行预想故障的筛选和排序。

图1 预想故障管理流程

(3) 自我完善。在安稳分析系统的不断运行过程中，根据评估指标的反馈，可以不断调整预想故障集，不断使之完善。

2 预想故障序列的自动生成

软件开发了预想故障管理模块，其主要目的是生成仿真所需要的预想故障集，并在存储数据集的知识库中进行筛选和排序，从而得到预想故障序列。

2.1 预想故障自动生成规则

实时电网可能发生的事故有多种可能性，但所有事故都是由简单的元件和切除规则按照一定的时序组合而成的。该软件根据《电力系统安全稳定控制技术导则》规定的III类故障进行仿真，并生成相应的故障集。

为了能够生成实际系统中的各种预想故障，该模块的功能主要是根据《电力系统安全稳定导则》中规定的3个稳定级别来评估运行状态的稳定程度：1级标准事故集中，考虑继保正确动作；2级标准事故集中，考虑继保正确动作和必要的切机切负荷操作；3级标准事故集中，还要考虑解列操作。

2.2 预想故障自动生成流程

预想故障的自动生成流程是根据导则的规定扫描网络并分配故障类型，形成3级评估标准所对应的3个预想故障集。要具备的功能包括：读取网络拓扑、扫描重要的元器件及根据稳定导则分配预想故障。在生成预想故障前，根据规定做好各级故障定义，然后通过程序实现预想故障集的自动生成。预想故障集自动生成功能流程如图2所示。

预想故障集生成后，如果电网结构没有发生大的改变，例如发电机的投停、线路检修等，那预想故障集也不会有很大的变化。生成的预想故障集还有人工接口，由分析人员自行定义其所要关心的故障或多重故障。

图2 预想故障集自动生成功能流程

2.3 预想故障的筛选和排序

预想故障的筛选就是从较大的预想故障集中快速而准确地挑选出对系统的安全稳定影响比较大的预想故障，再进行详细分析。对最有可能引起系统失稳或对重要设备运行会产生越限的预想故障，应该首先分析。预想故障的筛选有2部分，包括有效性校验和稳定故障剔除，其中有效性校验主要完成对自动生成预想故障的初步剔除，排除明显不合理的预想故障。

安全稳定分析需在一定的时间周期内完成，除了增加硬件以提高计算能力外，还需在确保分析对象完备性的基础上尽可能地压缩预想故障集的容量。

预想故障分析采取的策略是根据知识库把后果比较轻微的预想故障剔除，只对造成严重后果的预想故障进行详尽的分析，也就得到了仿真需要的预想故障序列。

3 实际案例仿真分析

以某地区500 kV变电站为例，用该软件进行安稳仿真测试。

3.1 故障序列的形成

以2018年为计算水平年，采用2018年当地电网规划数据，对站点500 kV站及与其直接相连的变电站区域内发生N-1和N-2故障。对各种组合形成的故障集进行安全稳定仿真。

对故障集按照故障概率、潮流越限程度、电压越限程度、潮流电压越限加权、线路阻尼比等进行排序，生成故障序列表，纳入知识库中，为下一次安全稳定仿真提供预想故障序列表。通过软件仿真，得到本次仿真的发生越限的薄弱线路和本次哪些会导致失稳或邻近失稳的案例。

从软件生成的报告文件中，不仅完整地获得了所有仿真案例的稳定/失稳情况以及相应的曲线图，而且在整个仿真后还获得了汇总信息，包括各个案例的越限情况、发生越限的线路等。以上过程基本上可以全自动化处理，无需太多的人工介入，且计算结果可以与原有内容相结合，纳入知识库，为今后安稳计算提供可靠的预想故障序列表；也可以在空闲时，通过软件自动对该区域电网做全面仿真，寻找电网的薄弱断面，形成较为全面的故障序列集。

3.2 预想故障序列知识库的应用

对站点500 kV站进行安全稳定仿真时，除了对该站及其周围区域电网仿真外，该地区电网内其他薄弱安全稳定断面也可能会导致本仿真失稳。因此，如果人工经验不足，就无法从整个电网潮流图中直接判断出潮流断面，就无法得到最优故障集。

预想故障序列可以解决此问题。本次仿真仅需要从历史知识库中，提取部分以前对电网仿真时曾经发生越限的线路和曾经失稳或邻近失稳案例，加入到本次仿真的故障集中。

每次故障序列形成后，都能得到“线路历史知识库”，库中线路若发生故障，容易导致交流发生失稳，得到的“故障历史知识库”就是记录曾经会导致的失稳或邻近失稳的案例。预想故障序列仅需从历史知识库中，提取部分之前对地区电网仿真时，曾发生越限的线路和曾经失稳或邻近失稳案例，即使这样，也能保证此次仿真计算结果比人工凭经验的计算结果更为准确。

3.3 实例计算分析

人工建立故障集，手动采用BPA仿真，受人力限制，只能选取较少的故障案例仿真，并因受经验限制，有可能泄漏事故元件组。

采用预想故障管理模块，可以实现快速自动仿真。通过建立预想故障序列集，从历史库中进行提取，进而实现“提取出来的故障是应该需要仿真的”，能针对性地对某些故障实现快速仿真。随着仿真次数的增加，历史库中的数据更加丰富，提取的故障更能够反映电网中的严重故障以及薄弱环节。

从本次计算结果可以看出，研究的内容符合预期，能够更准确地发现系统的薄弱环节，使调度测试人员能够快速了解系统运行状况；而且调度人员可根据知识库内容，重点排查容易发生越限的线路和节点，保证电网运行的可靠性。

4 结束语

建立预想故障序列专家系统，自动生成推荐预想故障序列，并对事故序列中的故障进行分析，可有效帮助设计、调度运行人员去分析已有电网和新规划电网的安全性，预防恶性事故的发生。

在实际应用中，融入预想故障序列算法的知识库，需要针对性对某个区域电网进行多次仿真后，才能更好的发挥作用。所研究的预想故障序列能代替人工，自动给出电网中重要的事故元件组，且结合研发的软件能快速仿真，提高工作效率，并避免了对人工经验的依赖。

1 韦仲康．电力市场环境下的电网安全与稳定[J]．电力安全技术，2006，5(8):21-22.

2 国家经济贸易委员会．DL/T 723—2000电力系统安全稳定导则[S]．北京：中国标准出版社，2000.

3 卜广全，汤 涌，侯俊贤，等．PSD-BPA潮流程序用户手册[S]．北京：中国电力科学研究院，2007.

4 卜广全，汤 涌，侯俊贤，等．PSD-BPA暂态稳定程序用户手册[S]．北京：中国电力科学研究院，2010.

2016-03-03；

2016-07-09。

李鹏飞(1981-)，男，工程师，主要从事变电二次设计及安全稳定分析研究工作，email：lipengfei@sdepci.com。

赵翠玲(1972-),女，高级工程师，主要从事变电二次设计工作。

牛得存(1986-)，男，工程师，主要从事变电二次设计工作。

林泽源(1981-)，男，高级工程师，主要从事变电二次设计工作。