電網精細化在線安全分析及應急處置預案智能生成設計研究

張弓帥 龔玉辛 李建國

（云南電網有限責任公司玉溪供電局）

0 引言

由于風能、太陽能等間斷可再生資源的大量涌入，使得電力系統的運行具有較強的不確定性和時間復雜度，電力系統在運行中的規律性和穩定性問題變得越來越嚴峻。在電力系統中，隨著先進的控制技術、通信技術以及其他技術的逐步普及和運用，必將使電力系統的運行變得更加復雜。傳統的以人為依據進行脫機事故的分析和事故處理方案的常規方法已不能滿足大網絡的變化，需要對電力系統的精細操作和在線安全性進行研究。

1 電網精細化在線安全分析系統

由于電力系統中的使用者數量不斷增加，負荷不斷增加，加之電力系統的工作模式逐漸發生改變，其工作特點也越來越復雜，因此電力系統出現短路時波及的范圍也越來越廣。為了更好地解決以上問題，做好電力市場的實際操作和網絡的實時監控，電力市場的調控和運營管理部門正在大力發展在線安全分析技術。電網調度人員通過使用在線分析軟件實現數據統計、分析、運算，大大減少了負荷，通過可視化的監控與操作平臺，可以直觀、快速地掌握電網運行信息，發現電網運行隱患，并有針對性的實施調度，有力保障了電網運行的持續性和穩定性。該軟件具有在線穩定分析與預警、穩定裕度評價和輔助判斷分析等多種功能，能夠對電力市場的實際運行狀況進行綜合的在線分析，并給出相應的校驗和修正的戰略，包括：暫態穩定、電壓穩定、小干擾穩定、短路電流的統計以及曲線顯示等；靜態安全分析，短路電流及電壓穩定性的輔助判斷；聯機資料輸出及離線運算設定匯入等。該系統可幫助電網運行管理人員及時了解電網動態運行狀況，分析電網實時穩定性，及時發現和排除電網的潛在危險。其中，輔助性決策是一種非常有用的方法，它可以幫助電力系統的調度人員進行優化和精確的調度，并為電力系統的基本狀態和N-1模式的電力系統的動態越界，通過調節電力系統的輸出功率和負載的切斷來實現對電力系統的控制。靜態安全輔助決策程序的工作狀況，以及所能得到的決策資料與資料的可靠性、合理性，將直接關系到整個電網的整體調度方向，甚至是整個電網的安全與穩定性。該系統可對電力市場的動態進行準確監控和分析，根據設定戰略梳理、計算大量的數據，有效地篩選出監控的重點和弱點，及時向調度員反饋重要的數據，為下一步的電網調度和調度工作提供準確的依據。與以往依賴經驗分析和判斷的業務發展方式相比，網絡安全分析體系的引入，使電力市場的運營管理和運營業務水平都得到了極大的提高。同時，對數據進行系統的解析計算，防止了由于人為原因導致的疏忽，從而在某種意義上提升了企業的經營管理水平。同時，它的人機界面也讓調節操作員可以直接地理解和操縱電力網絡，并能依據系統的分析進行判斷、修正、調整和處置［1］。

加強系統模型和參數管理，完善系統模型和參數管理機制和程序，從系統模型和參數更新的全過程進行閉環管理，保證系統模型和參數更新工作及時、準確。探討自動化技術支持以達到自動同步的目的，并運用電腦技術進行系統的基本資料的更新和檢查，使資料能夠適時地得到更新，為進一步深入地運用各種分析的能力打下堅實的基礎，從而有效地減輕了工作負擔，提高了更新的工作速度。通過對系統的軟件進行不斷的優化升級，不斷地引入新的、成熟的技術，以保證系統的快速穩定運行。并根據具體的使用需求，對各系統的信息互動進行改進，使各系統的主要功能更加直觀、操作界面更加方便、更加有效。

2 總體設計

電力系統中的電力需求日益增加、電力系統的迅速發展，使得電力系統的實時安全性評估能力越來越難以滿足其要求。常規電力系統的實時安全報警系統只能用于500kV和220kV，缺乏對110kV電力系統的故障和安全性評價。由于沒有將備用的自投式建模引入到預期失效的安全性計算中，結果往往與現實不符，無法對現場進行有效的指導。沒有將現場保護系統的失效后特性納入計算范圍，而在此基礎上，只給出了500kV、220kV的越界處理方案，并沒有將負載遷移等方法納入到系統中，因此，必須制定相應的應急處置預案。為此，以D5000為基礎的電網實時安全分析和應急處理方案，針對電網基態和500kV、220kV、110kV電網設備預測問題，進行精細化的在線安全分析和智能生成電網應急處置輔助決策，對實現電網的最優負荷轉移具有現實意義。

該方案以D5000為核心，通過D5000進行電網動態分析和智能處理預案的總體設計，其主要目的包括：①通過在線安全分析，跟蹤電網實時運行模式和趨勢，針對電網基態和500kV、220kV、110kV電網設備預測故障進行精細化在線安全分析，規劃備自投功能，判斷基態及故障后電網的薄弱環節，對重載及越限設備及時發出告警。②實施緊急情況下輔助決定的智能化產生。針對線路安全性中出現的重載、越限隱患采用拓撲結構法進行自動查找，查找出負載的傳輸模式，減少裝置的超載，并對負載轉換模式進行評估，根據實際情況，智能地選取最佳負載傳輸模式。

根據上述目的，設計了一套完整的電力系統的網絡安全性和智能化的綜合決策系統。它包含了三個主要的模塊：數據模型的拼接，電網安全分析和分析的結果。多層次的資料模型的拼接能夠有效地克服對電力系統操作不完全了解的缺點，為電力系統的在線綜合安全評估奠定了基礎；當數據收集完畢后，將其投入到電力系統的安全分析與計算中，利用該系統對電力系統進行在線的精細的安全性分析，可以獲得電力系統的運行狀況變化，并利用該系統進行應急處理；分析的結果函數模塊的主要功能為：將電力系統的安全性分析與計算結果以可視的方式呈現出來，并能夠實現對某些報告、消息等數據的分析［2］。

為了克服電網運行中存在的各種問題，本文根據國分、省聯聯網的實時監測資料，結合云南220kV、110kV等電力系統的運行參數，采用暫態穩定、靜態分析等方法，滿足電網實時運行方式、預測故障、電網運行操作等方面的分析，保證電網安全穩定運行。該系統的總體結構由數據模塊、計算模塊和實際應用模塊組成。該系統采用實時信息共享的方式，將整個網絡與云南電力系統的數據進行了無縫對接；計算單元是指資料的預處理，通過對拼圖進行格式變換，產生整體的穩定性資料并進行潮流運算；該系統的實際運用主要有：線上解析與判斷，兩種應用程序分別根據運算模塊所輸出的各種數據進行分析、運算，并將其處理的效果顯示于人機交互界面中。

3 功能設計與開發

（1）考慮備自投的精細化在線安全分析設計。根據電力網中的線路和變壓器的失效情況，估算出因停電引起的設備超負荷，系統會根據故障情況，對電力網中的線路和變壓器進行掃描，尋找出母線停電后的備用自投切換操作，從而改變目前的網絡拓撲，并進行靜態的穩定性計算，將重載或越界的數據集成到界面上。聯機的安全性剖析包含下列特性：①準備一個自動檢索的函數。分析資料檔案，對各線及各變壓器進行掃描，依次對失效進行仿真，尋找備用自投切換，并在備用自投切換操作完成后修改拓撲，并將其寫入到靜態穩定性分析的中介檔。②對安全性進行靜態分析的運算。對靜態安全性分析計算的有關概要進行調節，在該目錄內產生以上存儲操作后的拓撲中間檔；采用靜態安全分析計算器，對各種仿真失效及失效后的拓撲進行統計，將其綜合后，形成一個可供用戶在人機交互中顯示的最終結果。③對失效后的結果進行預測。對預測失敗備用自投運后的電網負載進行了分析，并對其進行了數據統計。④顯示接口函數。在該接口中顯示從投主機備份的結果檔，可以查看故障名稱、備用開關動作、重載元件名稱和數值、超出元件名稱和數值，可以在指定的日期和時間點查看歷史資料，過濾掉所有的資料，可以將某一時期發生的重載、超限的元素和信息顯示在屏幕上。

（2）應急處置預案智能生成。針對網絡安全問題中出現的重載和越限隱患，智能應急處理系統的智能決策功能可以實現對重載、越限設備下的負載進行搜索，并利用拓撲結構進行自動搜索，查找負載的傳輸模式，以避免或減少設備越限和重載。根據預測的失效情況，可以根據預測的負載損耗，進行電力系統的自動查找。針對不同的負載轉換模式，分別制定了優化的評估指數，并根據不同的負載傳遞模式進行了智能的優化。緊急情況處理方案的智能化產生主要由下列幾個部分組成：①負載轉換通道查找函數。對于超限裝置，利用網絡拓撲法在裝置下面的線路上尋找負載傳遞路徑，在線路上尋找有效的負載傳遞路徑，當負載可以發現其他的電源路徑時，就可以確定負載傳遞的模式（例如關閉開關、打開開關），并對此負載傳輸后所接入的電網進行判定。②對負載傳遞后的電流進行了快速的計算。在負載傳遞路線查找的基礎上，提出了負載傳遞策略，并依據變化后的潮流影響范圍，進行了快速的潮流計算。評價負載轉接后有關的裝置越界狀況，其中包含了原越界裝置能否排除越界，對此負載提供動力的裝置有無新的越界，以及其他受到干擾的裝置。③負載傳輸運行程序的合環電流的求解。根據負載傳遞路線查詢函數所提供的負載傳遞策略，判定切換運行的合環，合環運行時的電壓以及相應分支越界。

（3）根據選擇的各種負載轉換方式，進行了系統的評價，以確定負載的轉換方式減少越界的效果、其他供電通路的超限和過載以及合環運行時的越界。以各有關裝置的平均重載速率為指標，構建了最佳的數學模型。在此基礎上，進行了最優的運載規劃，這種方法可以包括單一負載傳遞和多負載傳遞。根據《云南市電力系統管理條例》規定，當電力系統中負荷大于80%時，根據電力系統的運行情況，提出了一種區域電力系統的負荷傳輸方案。在區域網負載傳遞的基礎上，為防止鏈路超載，產生了相應的運算流。

根據以上提出的優化的在線安全分析與應急處理預案的智能產生，并將其與電力系統的實時在線安全分析與應急處置預案總體設計相融合，收集得到在線安全分析結果和負載轉移決策結果［3］。

4 結束語

綜上所述，針對目前電力市場的非現場事故處理方案，采用人工脫機的電力系統應急處理方案已不能滿足電力市場的快速發展要求，本文采用智能電網調度控制系統（D5000系統）實現電網精細化在線安全分析及應急處置預案智能生成設計，并提出了防止連鎖過載的區域電網負荷轉移策略。通過對負載超載狀態下的負載傳遞算法進行檢驗，對系統的在線安全性和事故處理方案進行了仿真。通過對電力網絡進行精細的安全分析與智能處理方案的研究，使地區電力網絡的智能化、安全性大大提升，節約了地區電力調度的時間，保證了電力供應的可靠。隨著電力系統的不斷完善，電力系統內部的負載傳輸將會逐漸演化為電力系統之間的負載分配，電力系統的實時安全分析與智能化控制將會是電力系統的重要組成部分。