省地一体化电网事故事件风险预警分析系统设计

杨明亮，吴琛，刘旭斐，吴晓刚，黄伟，刘本希

（1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2.大连理工大学，辽宁 大连 116024）

0 前言

我国已经建成了世界上规模最大的互联电网，电网装机规模、设备数量和设备种类均居世界首位，是目前世界上最复杂的交直流互联电网。电力安全事故严重危害人民生命财产安全[1]。国务院发布和实施的《电力安全事故应急处置和调查处理条例》（国务院令第599号令）对电力故障造成电网减供进行了明确的规定。开展不同时间尺度的电力事故事件风险评估及预警分析，是当前电网风险管控的重要手段[2-3]，同时能够为电网规划和建设提供参考。目前，电网风险预警分析及信息管理已经有大量的研究成果[4-6]，但普遍存在一些问题，导致国内省级电网在事故事件风险管理方面普遍缺乏灵活性高、实用性强的应用系统。这些问题主要表现在：

1）调规中定义的事故事件类型多，所需判断条件繁多，判断逻辑复杂，难以统一信息化管理。

2）随着电网发展，事故事件上报内容和精度经常发生变化，绝大部分信息系统按照固定的项目及判别条件设计，难以适应不断发展变化的要求。

3）已有研究一般仅针对单个调度机构，且侧重于信息管理；少有面向省、地两级用户一体化管理的电网事故事件风险管理信息系统。

因此，迫切需要基于信息技术，开发一套省、地一体化事故事件预警信息管理系统，以解决当前事故事件预警信息上报、统计和分析比较薄弱的局面[2,4]。

本文基于J2EE技术，设计并实现了省地一体化事故事件风险预警管理系统，从事故事件管理模式出发，论述了系统的总体架构设计，并从功能的灵活性、可扩展性等方面阐述了系统采用的关键技术。最后以系统在云南电网中调及17个地调中的成功应用说明了系统设计的合理性以及实用性。

1 总体设计思路

1.1 事故事件类型及判别流程

南方电网以国务院发布的《电力安全事故应急处置和调查处理条例》为基础，根据自身电网情况，编制了《中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程》（Q/CSG 210020-2014）。本节以该规程为基础，简要说明事故事件评价依据以及判别流程。

根据故障后果严重程度，电力安全事故事件划分为事故和事件两大类，其中事故按后果严重程度从高到低划分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故4级；事件划分为一级、二级、三级、四级、五级、六级、七级和八级共8级。事故（事件）的类型判定需要根据地区类型（省级、省会、一般地级市、县级市等）、总负荷、总用户数、减供负荷及比例、停电用户数、停电用户比例以及停电时长、减供用户等级（特级、一级、二级等）、失压变电站电压等级及数量等各类条件进行综合评判。依据事故事件调查规程判定故障发生条件下造成的事故事件等级（如图1所示），是电网开展检修和规划的重要依据。本文所设计的系统主要针对这种类型的事故事件。

图1 事故事件判别基本流程

1.2 三维可扩展模式

事故事件预警信息管理在空间上需要满足省、地两级要求，同时考虑网调级别的上报需求；在时间上需要满足短期、中期、长期等各种时间尺度要求；在功能上需要满足信息上报、报表输出、统计等各项需求。因此在系统构建上需要满足时间、空间和功能三个维度的扩展要求，如图2所示。

图2 事故事件预警信息上报三维扩展分析

1）时间维：事故事件上报需要面向设备投产、检修以及年度、三年以及特殊方式等各种状态下的电网运行需求，因此十分有必要满足多种时间尺度复杂扩展需求。

2）空间维：对于事故事件风险评估，需要充分发挥各级调管机构的优势，提高事故事件预警分析效率和准确性。因此，在空间上需要考虑多级调度需求，以适应电网多层级调度管理关系。

3）功能维：在功能上，一方面需要满足数据上报需求；另外一方面，还需要满足各种数据量的统计分析等功能。再有，需要根据具体规程，对相应的上报数据进行事故等级判别，这些都要求系统在功能维上能够灵活扩展。

2 系统结构和功能设计

2.1 基于J2EE的系统结构设计

考虑到上报内容繁多、事故事件评判复杂并且经常发生变化，交互性要求高，系统采用J2EE技术作为前后端交互技术[7]，并采用Java Swing实现RIA客户端[8]。系统以满足省地两级用户事故风险预警信息上报和统计为目标，以事故事件预警报表定制、预警信息上报、事故事件等级评估功能为核心，引入分级用户权限管理、公式驱动的事故事件评估引擎等多项关键技术，构建了包含基础环境层、数据服务层、业务支撑层、核心业务层的系统总体架构，详见图3。

图3 系统总体架构

2.2 系统功能设计

系统功能以事故事件类别管理、自定义判别式管理为基础，提供报表定制、方式自动扫描分析、手动上报及管理、统计查询分析四大核心功能模块，详见图4。

图4 系统功能架构

1）基础支撑业务：这部分主要提供基础事故事件类别管理，包括常用的N-1、N-1-1、变电站全停等，同时也可以由用户根据使用需求新增扩展。另外，根据事故事件判别条件多样性以及不断更新变化需求，提供自定义事故事件判别式功能。

2）报表定制：不同部门、不同时间尺度、不同的方案对应的报表需求可能不同，为了满足事故事件上报多样性需求，以元变量定义为基础，提供报表定制功能，同时为了适应不同地区变化以及负荷变化情况，提供地区管理、地区负荷管理以及变电站负荷管理功能。

3）方式扫描分析：针对当前南方电网主要采用PSD-BPA进行电网运行方式仿真分析，为高效分析特定运行方式下的事故事件风险情况，系统提供BPA运行方式扫描分析事故事件预警信息的功能，能够对特定方式下的线路、变压器支路等进行N-1开断扫描分析，统计变电站以及负荷损失，进而判别对应故障情况下可能造成的事故事件等级，实现运行方式事故风险快速分析。

4）上报及管理：除了从方式扫描分析实现事故事件预警分析外，还可以由用户根据经验，手动上报设备故障下可能造成的事故事件情况。在上报过程中，用户只需选择故障设备、造成的变电站损失情况或负荷及用户损失情况，系统自动根据初期填报的地区负荷、用户数以及变电站下负荷情况进行事故事件判别。

5）统计查询分析：提供多维度统计查询分析功能。

3 采用的关键技术

3.1 报表定制

事故事件使用到的数据非常复杂而且类型繁多，既有负荷损失、机组出力等数值类型，也有是、否等布尔类型，还有事故等级等选择类型，并且随着电网扩展以及调度管理部门对电网调度精细化要求的不断提高，需要满足不断变化的数据上报需求。本文设计了一种基于“通用数据类型”方式描述多维度数据的库表结构用于存储所有类型数据。通过数据类型表定义数据字典id、数据类型、数据格式等信息，通过数据格式支持基本数据类型以及扩展数据类型；在此基础上，定义报表结构，确定报表每列数据字典id（dataid）；最后，建立报表数据表。各表之间的关系如图5所示，由此，实现报表的自定义和灵活扩展。

图5 自定义报表数据库实体关系示意图

3.2 基于公式驱动的事故事件等级评估

传统的直接在程序中实现判别算法难以适应判别式变化和扩展需求[9]。自定义公式能够由用户根据具体需求定义具体判别规则或流程[10]，本文基于自定义公式思想提出了一种基于公式驱动的事故事件类型评估方法（如图6所示），具体流程如下：

图6 公式驱动事故事件判别流程

1）在前述自定义数据以及自定义报表的基础上，依据调规建立自定义判别公式；

2）根据报表数据表中的事故事件记录，将具体数值（如负荷损失、用户损失、变电站损失）代数公式；

3）调用公式引擎计算表达式结果，结果为逻辑真（true）表示满足此事故事件判别标准，逻辑否（false）则表示不满足。

4）对于某故障，对所有事故事件标准的判别式进行循环，从所有满足的事故事件等级中筛选出最高等级作为该故障最终造成的事故事件等级。

3.3 向导式事故事件预警信息填报

系统支持两种事故事件预警信息录入方式，一种是通过方式扫描录入，这种方法可通过运行方式扫描快速分析故障下可能造成的事故事件，另外一种是人工录入的方式作为补充。故障下事故事件分析需要录入的信息繁杂，并且需要根据不同的输入信息决定后续的一些输入信息。为了保证填报信息的正确性，系统设计向导式信息录入方式，如图7所示：添加新的故障下事故事件信息时，逐步给出后续需要填报的内容，保证信息录入的连贯性和完整性。

图7 向导式事故事件预警信息填报流程

3.4 基于广度优先搜索事故风险扫描

当前南方电网主要采用PSD-BPA进行电网运行方式仿真分析，为了提高分析效率，系统提供BPA运行方式扫描事故事件预警分析的功能。该功能基于广度优先搜索算法，根据筛选条件对线路或变压器支路进行开断扫描，逐个统计开断后形成的孤岛中的负荷损失或变电站损失数，进而判定该故障造成的事故事件等级。具体流程如图8所示。

图8 基于广度优先搜索的负荷损失统计

4 应用实例

本文所介绍的方法已经在云南电网省地一体化事故事件风险预警分析系统中得到应用。云南电网是我国“西电东送”的主要电源基地，装机规模已经超过1亿kW，域内交直流混连情况复杂，局部电网网架薄弱，设备故障下事故事件风险高，影响电网安全稳定运行，是我国最复杂的省级电网之一。云南电网省地一体化事故事件风险预警分析系统自2020年投运以来支撑了省调及17个地调各类事故事件预警信息上报及评估分析，涉及三年运行方式、年度运行方式、迎峰度夏运行方式等不同时间尺度的事故事件分析，为电网检修和规划工作的开展提供了重要依据。系统以功能丰富、操作便捷、灵活性和扩展性良好得到了用户的高度认可。

5 结束语

本文结合我国电网调度管理特点，设计开发了省地一体化事故事件风险预警分析系统，实现了各类故障下事故事件预警评估分析，为事故事件风险评估提供可靠依据，形成了一整套适应于省、地多级电网运行方式的风险水平评估策略，并成功应用于云南电网省调及17个地调。该系统的设计思路、关键技术可以为类似信息管理系统提供参考和借鉴。