电网调控操作的量化风险评估指标体系的构建与应用

汤智帅 李小敏

摘要：针对电网调控操作风险通过风险理论的引入，完成了一种调控操作量化风险指标体系的构建，为有效缩小风险分析范围，以关键影响设备搜索技术作为调控操作对象采用局部潮流量化分析实现敏感节点及支路的快速定位，调控操作事故集以局部拓扑相关性分析为依据进行筛选，主要针对关键设备完成与相关调控操作的事故集的筛选以确保事故集范围的可控，从而使计算效率得以有效提升，系统运行状态的变化通过该指标体系得以有效体现，反映了电网受到调控操作带来的影响。

关键词：电网调控操作;风险评估;风险差分运算;指标体系量化

中图分类号：TM732文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0136-04

作为在国民经济中起到重要支撑作用的能源类部门，电力行业在陕速发展的社会经济承担着将基础能源支持提供给日常生产生活的作用，国民经济的整体发展离不开具有较高发展及服务水平的电力行业的支撑，对电力行业的高度重视程度随之不断提高，面对不断增加的电力需求及电力系统规模，为满足电力系统的现代化发展需求，大数据、数据可视化、智能化等技术被不断引入，促使了电网运行模式的不断变革，对电网安全稳定带来了新的挑战，为电力调度系统提出了更高的要求，本文通过对调控操作前后风险差异进行综合考虑完成了基于风险差分运算的量化风险指标体系的构建。

1需求分析

在电力市场深入改革的大背景下，规模不断扩大的电力系统使电网结构呈现了新的特点，主要表现在多区域互联的交直流混合运行、送电距离及容量增加、引入新能源等，易使传统电网运行模式临近安全极限，并且日益增多的操作增加了由误操作引发的事故的发生概率，受到工作人员专业操作能力及缺少高精度工具的限制使调度决策大多只能依靠以往的工作经验，现阶段普遍采用的SCADA/EMS系统仍然以仪表式堆砌的原始数据为主，面对电网运行数据的增加传统基于经验积累的大数据分析方法已经难以满足需求，尤其是在发生紧急事故的情况下极易错过事故处理的最佳时机或者选用了不适用于本次事故的操作方式，降低了调控操作效果并增加了事故发生概率。通过量化分析调度操作风险已成为提供调控操作的重要依据，针对电网调控操作的风险评估研究已经取得了一定的进展，主要根据风险评估理论以电网运行时的调控操作风险问题掌握研究对象，通过相关风险评估指标的建立实现对事故引发后果的多方面量化（包括安全性、经济性、电网质量等），最终实现风险评估模型的建立，以便据此提出解决措施，其中的准确评估电网运行状态起到重要作用，但目前大多存在模型通用性低、评估效率及精度低等不足。为此本文提出一种快速评估电网运行状态下调控操作风险的方法，位确保电网安全稳定运行提供参考。

2调控操作风险评估指标体系的构建

2.1风险评估步骤

针对目标分析系统对其风险因素进行评估是风险理论的关键所在，当存在具有概率分布特性且影响了该系统存在状态的某外在因素的情况下，若系统的发展轨迹存在若干条（同样满足一定概率分布）则存在不确定性风险;若仅一条发展轨迹则该系统无任何不明确风险（即具有明确的影响因素）。本文设计的电网风险评估主要步骤为：先完成系统元件概率模型的建立，对于存在大量元件（包括变压器、电源、输配电线路等）的电力系统，各类元件均对应一个可基于马尔可夫模型进行模拟的计算模型（侧重点不同）;然后完成系统状态的选择及对应概率的计算，具体可选用蒙特卡罗模拟或状态枚举两种选择方法，可获取较为准确运行结果的蒙特卡罗仿真法的计算大耗时长，本文主要使用了枚举法;预扫描故障，采用此种方法可使所需分析的故障状态数量及计算时间得以有效降低;接下来以实际研究对象为依据对系统故障状态后果进行评估（即故障损失评估），主要包括最优潮流、功率平衡、电压控制、系统连通与识别等;最后完成风险指标的计算，以上述计算结果为依据完成全局分析过程，所形成的风险评估指标可对系统运行状态进行反映，计算指标值收到实际侧重点的直接影响，对电网系统面临的风险通过多个风险指标的使用实现全面评估效果。

2.2指标体系的构建

现有的电网运行风险评估指标大多面向某一运行状态，本文所设计的调控操作风险评估则以电网运行受到调度操作的影响情况作为主要考虑对象，在分析调控操作风险需分别对操作前后的风险进行充分考虑，在定义电网调控操作风险指标时具体由风险指标在操作前后的变化量表示，该调控操作的量化风险指标体系基于风险差分运算，并对指数型包括工作人员专业能力、操作任务强度、时间段等在内的操作实时综合因子进行考虑，不再受限于某一特定运行状态，体现了系统运行状态的变化，使调控操作对电网产生的影响得以量化体现，假设，操作前风险由R_m表示、操作后风险由R_n表示，操作前后的事故后果由I_b和I_a表示，系统状态集合由E（C₀UC₁U{正常状态}）表示，筛选出的事故集由C₀表示，其他类型事故集由C₁表示，C₀∩C₁非空集，系统正常状态下及相应操作引起的后果分别由I_b，n和I_a，n表示，各事故发生概率由P表示，在C₀/C₁断开x线路的后果由I_b，x（x∈C₀/C₁）表示，将x线路和待操作目标线路在C₀/C₁中同时断开的后果由I_a，x表示，具体计算方法如下。

假设，操作前工作人员的工作時长由入表示，操作任务强度由S表示，同类调度令由S_av表示平均操作步数，单项令在操作票中的纯粹步骤数由S₁表示、综合令分解后的步骤数由S₂表示、逐项分解后的步骤数由S₃表示，本次操作时间段取值由t表示（0、0.5、1，分别对应6：00-18：59、19：00-23：59、00：00-05：59），人员心理状况由e_m表示，人员风险综合因子K_pe表达式如下。

电气距离在待操作目标线路同C₁的事故集对应线

在对完备事故集进行考虑的基础上完成算法计算公式的推导以确保风险指标计算的精确度，以筛选出的重要事故集为依据满足风险评估实时性要求，构建的指标体系包括系统潮流过载、节点电压越限等，假设，i线路的实际功率和额定功率分别由S_ci、S_N，i表示，j节点的电压由U_cj表示，j允许电压的极值由U_int，j和U_sup，j表示，当事故集发生c故障时，K_s，ci表示i线路的潮流过载系数、K_V，cj表示j节点的电压越限系数，具体表达式如下。

I_S，ci表示线路过载状态，I_V，cj表示节点电压越限状态，具体表达式如下。

P_c表示事故c发生的概率，R_S，ci和R_V，cj分别表示i线路的过载风险和j节点电压越限对应的风险评估值，具体表达式如下。

C₀包含的事故数量由n_c表示，风险评估值R_S，i和R_V，j的表达式如下。

通过对各节点电压越限及各线路潮流过载风险的排序实现风险最大线路和节点的获取，据此执行有效的风险控制方案，系统线路数量由n₁表示，节点数量由n_b表示，事故c引起的R_S，c和R_V，c（j节点）表达式如下。

排序处理各事故的节点电压越限风险及潮流过载实现风险最大事故的获取，据此及时采取有效的风险控制方法，具体表达式如下。

通过上述分析判断系统风险范围的可接受性，据此判断是否执行该操作。

3调控操作的实例分析

为满足实际评估调控操作风险对实时性的需求，根据电力系统中风险理论的应用情况，建立风险评估方法，以便将风险水平信息准确高效的提供给操作人员，本文所构建的评估体系采用的算法以电网受到调控操作的影响情况为依据，先通过风险评估所需事故集的筛选实现事故集范围的显著缩小及计算效率的有效提高，针对事故集筛选法以IEEE-118节点为依据完成分析研究过程实现相应的事故集C₀的生成（根据电网潮流在调控操作前后的变化），风险评估的两种主要方法如下。

3.1关键影响设备搜索法

该方法基于局部潮流量化分析，需先完成实际运行数据和操作指令的获取以及操作前后潮流的对比分析，在此基础上完成调控操作关键影响设备的搜索，假设，操作前后的变化由△S表示，S_N和δ_s分别表示线路额定值和阈值，在此过程调控操作主要影响线路需根据操作前后的变化量△S、S_N、δ_S间的关系进行判别，表达式如下。

△V表示操作前后电压的变化量，δ_V表示阈值，判断调控操作主要影响节点的依据如下。

|△V|>δ_v

以IEEE-118节点为例，两个方案分别以8-5、30-17作為操作线路，风险评估参数分δ_s为0.2、δ_v为2x10^-2p.u.，操作时间均为20：00，包含一个单项令和一个可分解成6个单项令的综合令，t取0.5，λ为2h，所以S=5.8，S_av=5，e_m=0.8，计算结果表明8-5线路的关键线路为7-12、5-6、30-17、12-17、8-30;30-17的关键线路为12-14、7-12、16-12、16-19、30-20。节点16的AV均属于越限的关键节点（取值为1.96×10^-2p.u.、2.02×10^-2-2p.u.），两个操作方案中线路7-12、12-17均为越限关键线路，通实际相符，需重点关注。

3.2重要事故集筛选法

该方法基于局部拓扑相关性分析和表现出搜索同搜索中心紧密关联元件优势的广度优先搜索，基于宽度优先搜索的单源最短路径和最小生成树算法能够对全部节点展开全面搜索，以IEEE-118节点为例，在获取8-5线路的关键线路和节点（采用深度优先搜索方法）的基础上通过广度搜索获取相应的事故集，并可知搜索深度为1，为进一步证明本文方法的有效性，设δ_s为0.3、δ_v为2×10^-2p.u.，据此完成时间分布情况的计算和风险指标误差的获取，计算误差同事故数量N成反比，事故集C₀可有效满足评估的精度要求。针对8-5线路分析其在N=1时的风险，关键断面的事故线路导致了ARv的产生，线路8-30的AR_s占总体的99.7%，

13、16两个节点的△R_v占总体的66.89%，为降低实际电压通过断开操作实现潮流经节点13、16的转移;为平衡防控效果和调控手段，操作8-5线路可采取的调节手段包括：在降低10号发电机出力的同时增加1、4、6、12号发电机出力，启用备用线路，无功功率补偿相关节点（补偿度为90%）。

4结语

为实现电网运行过程异常状态的及时定位与检修需评估电网调控操作风险，以便最大程度的降低损失，为此文章针对电网调控操作风险设计了一种快速评估体系，在考虑实时综合因子的基础上采用风险差分算法实现了根据操作前后风险指标的变化量快速分析风险指标的功能，有效弥补了传统风险指标体系只面向某一特定系统运行状态的不足，体现了运行风险动态变化过程，并以案例证明文章中评估体系的有效陸，将电网风险受到目标操作指令的影响情况以量化指标的方式提供给调控操作人员，为目标操作影响运行风险的及时判断和针对性措施的制定提供支撑，在降低操作风险的同时提高电网调度决策工作的质量和效率。