基于D5000系统的电网运行安全风险在线防控探究

基于D5000系统的电网运行安全风险在线防控探究摘要：本文探究了智能电网调度技术支持系统（D5000系统）进行电网运行安全风险在线防控的相关问题。

关键词：D5000系统；电网运行；安全；在线；风险防控本文认为探究基于D5000系统的运行安全风险在线防控问题，能够推进基于风险进行电网运行控制决策工作的开展。

分析了电网运行安全风险在线防控需求和D5000系统能够提供的基础，提出了基于D5000系统实现风险在线评估和风险在线防控辅助决策的技术方案。

一、电网运行安全风险在线防控需求浅谈电网运行安全风险在线防控，根据当前的电网运行方式和运行环境，确定电网故障的概率；分析电网故障造成的影响，评估电网运行的安全风险；针对风险不可接受的情况，提供控制措施建议，使事故影响程度不超出预期范围，降低风险水平。

基于目前已有的在线安全稳定分析技术的应用基础，为了实现电网运行安全风险在线防控，对基础信息和分析决策支持功能有新的要求。

1.1电网故障概率确定的基础信息电网运行的外部自然环境、设备健康状态、设备的地理位置和设计参数，是影响电网故障的形态、位置和概率的因素，需要依靠这几类基础信息，确定电网故障概率。

1.2分析决策支持功能需要新增的分析决策支持功能有三项：电网故障概率在线评估，电网运行安全风险在线评估，电网运行安全风险在线控制辅助决策。

1.2.1电网故障概率在线评估。

电网故障概率在线评估结果，为电网运行安全风险在线评估和风险在线控制辅助决策提供关键性的输入信息，故障概率的准确性、故障信息的详细程度，对风险评估和控制决策结果的可信度有很大影响，应随着基础信息的状况和设备故障概率模型水平的不断改进，逐步改善电网故障概率评估结果，从而提升风险防控决策支持能力。

1.2.2电网运行安全风险在线评估。

基于当前电网运行方式，对预想故障影响电网安全稳定运行的情况进行分析，将这种影响情况用危害性后果进行量化描述，结合在线评估的电网故障概率信息，得到故障影响电网运行安全风险值，从而实现电网运行安全风险在线评估。

从安全稳定评估转变为风险评估，安全稳定分析是基础，选择合适的危害性后果类型，将安全稳定分析评估结果转化为量化的危害性后果，是进行电网运行安全风险评估的关键。

通过电网运行安全风险在线评估，将安全稳定预警转变为安全风险预警。

1.2.3电网运行安全风险在线控制辅助决策。

针对电网运行安全风险不可接受的情况，在可调控的措施范围内，识别出性价比高的控制措施，使电网故障导致的电网运行安全风险在可接受范围内，或降低风险水平，实现电网运行安全风险的在线控制辅助决策支持。

与安全稳定在线控制辅助决策比较，电网运行安全风险在线控制辅助决策的特点是：约束条件不再是安全稳定裕度满足要求，而是风险值在可接受范围；控制效果不再是安全稳定裕度增大，而是风险值降低；衡量控制措施性能优劣的不再是控制代价对安全稳定裕度变化的灵敏度，而是控制代价对风险值变化的灵敏度。

二、D5000系统提供的基础分析D5000系统在基础平台、基础信息和分析决策支持等三个方面能够为电网运2.1基础平台D5000系统的基础平台负责为各类应用的开发、运行和管理提供通用的技术支撑。

电网运行安全风险在线防范作为应用，可以依托D5000系统的统一基础平台，充分应用其提供的数据管理、信息传输与交换和公共服务等方面的技术资源，建立开发环境、集成环境、运行环境和维护环境。

另外，并行计算管理具有管理节点服务、计算节点服务、平台通信和计算管理接口等功能，可为电网故障概率在线评估、电网运行安全风险在线评估和电网运行安全风险在线控制辅助决策等分析计算提供高效的计算服务支持。

2.2基础信息在线安全稳定分析与调度运行辅助决策应用是D5000系统必备的应用之一，实现该应用需要的基础数据，包括电网运行数据、一次和二设备模型与参数、安全稳定考核标准以及候选控制措施等种类，可以直接为电网运行安全风险在线防控所用。

辅助监测应用属于实时监控与预警类应用，该应用包括气象监测分析和雷电监测等功能。

根据D5000系统的系列标准，气象监测分析和雷电监测功能能够满足以下要求：2.2.1气象监测分析功能。

以气象部门等外部数据源为基础，结合电力自动气象站信息，对电网安全运行有影响的灾害性天气进行监视，完成电网有关的气象分析和预警，向电网实时监控与智能告警应用提供预警信息，包括灾害性天气、区域电网故障预警信息等。

2.2.2雷电监测功能。

主要功能包括雷电监测及告警、雷电定位、雷电统计分析。

电网雷击活动告警能实时自动分析输电线路周围雷电活动发生情况，计算出线路雷击风险级别，对高雷击危险的输电线路发出雷击告警信息，能实时提供区域短时雷电活动告警信息，提供当前雷电活动的区域名称。

电网运行安全风险在线防控应用通过气象监测分析功能和雷电监测功能获取上述信息，从而初步具有实现电网故障概率在线评估需要的、最基本的外部自然环境信息。

2.3分析决策支持2.3.1电网运行安全风险在线评估的基础。

D5000系统中的在线安全稳定分析应用包括静态安全分析和暂态安全稳定分析等功能，通过在线监测电网运行情况，分析电网运行的安全稳定程度，从而发现安全稳定隐患，给出预警信息。

在线安全稳定分析应用能对预想故障下电网安全稳定性进行定量评估，即以量化的安全稳定裕度指标表征电网安全稳定运行受预想故障影响的程度，从安全稳定水平降低的角度体现预想故障对电网运行造成的危害。

因此，在线安全稳定分析应用可为进行电网运行安全风险在线评估提供预想故障的危害性后果评估信息。

2.3.2电网运行安全风险在线控制辅助决策的基础。

D5000系统中的预防控制辅助决策根据安全稳定分析结果，针对安全稳定隐患，确定能够改善系统安全稳定性的调节对象集，以控制代价最小为目标，以调整后满足潮流方程和各类安全稳定要求作为约束，提出满足系统安全稳定要求、调节量和调整代价综合最优的调节方案。

*该方法按式（1）对每一个候选控制措施计算控制性能指标，计算的控制性能指标综合反映可控措施对安全稳定裕度的影响情况、控制措施的经济代价。

根据电网运行安全风险防控的要求，计算风险控制性能指标，借鉴基于静态和暂态安全稳定模式的大电网在线预防控制方法搜索控制措施的步骤，可以实现三、电网运行安全风险在线防控3.1定位电网运行安全风险在线防控在D5000系统中的定位为：实时监控与预警类应用中的一个应用，其与基础平台、四类应用及其在实时监控类应用中其他应用的逻辑关系如图所示。

3.2电网故障概率在线评估电网故障概率在线评估的目的是为电网运行安全风险在线评估和风险在线控制辅助决策提供预想故障的概率信息，对其要求是能够比较真实地反映电网运行方式和外部自然环境等因素对电网设备发生故障可能性的影响，体现电网故障的时空差异特性。

影响电网设备故障概率的因素很多，输入信息的准确性和全面性与故障概率评估结果的可信度密切相关。

文献［2］对自然灾害影响设备故障概率评估需要的信息进行了全面论述，为扩展信息采集范围，逐步实现电网运行安全风险在线防控，提供了理论依据。

电力设备故障概率建模是实现电网故障概率在线评估的关键。

从已有的研究与应用情况来看，基于D5000系统，有可能实现基于一般气象、台风、雷电和覆冰等信息的电网故障概率在线评估。

在着眼于工程应用的故障概率评估时，尤其是起步阶段，可先现实现简易的概率评估，不必追求故障概率评估结果理论上的准确性和结果内容的完整性，例如，对于线路故障概率，只要确定到线路，而不一定到线路上的具体位置；不一定要输出每类故障的概率，可以不区分故障类型，而将其汇总确定为最严重故障类型发生的概率，由此能够使电网故障概率在线评估工程应用的进程加快。

3.3电网运行安全风险在线评估风险评估是识别风险及其预警的前提，是风险防控的基础。

电网运行安全风险在线评估是基于当前电网运行方式，在分析预想故障对电网安全稳定性影响的基础上，将预想故障对电网安全稳定运行的影响程度转换成量化的危害性后果，结合预想故障概率信息，分析计算风险值，对风险值超过不可接受的情况进行预警。

在D5000系统中，在线安全稳定分析包括静态安全、暂态稳定和频率稳定等方面的安全稳定分析，相应的风险在线评估与预警也包括静态安全风险、暂态稳定风险和频率稳定风险等各个单一安全稳定问题风险的在线评估与预警，以及运行安全风险综合评估与预警。

选择合适的危害性后果类型及其计算方法定义风险指标，是进行风险评估的关键，对风险评估与预警和风险防控决策的结果，都有决定性影响。

风险指标的集合构成风险指标体系，形成描述风险的层次与结构。

通过电网运行安全风险指标体系，清晰地展现了进行风险评估的角度和电网范围，从而明确了风险评估的任务，也决定该功能要求输出的风险评估信息种类与层次结构。

要注意的是与风险指标体系中的每个风险指标都必须有相应的可接受风险值，用于进行风险预警。

基于D5000系统实现电网运行安全风险在线评估，以调用在线安全稳定分析功能模块进行预想故障下的安全稳定评估，将安全稳定裕度信息转换为危害性后果，结合预想故障概率信息，计算风险值；根据调度运行管辖电网情况，按风险指标体系确定的层次结构，分析统计风险值；将风险值与可接受风险值进行比较，对风险超出可接受范围的情况进行预警。

选择进行风险评估的预想故障时，要考虑预想故障发生的概率，这是与目前在线安全稳定分析的重要区别之一。

3.4电网运行安全风险在线控制辅助决策风险防控的目标是针对出现不可接受风险情况，提前采取防范性控制措施，消除或降低风险。

根据电网运行安全风险在线评估结果，如果存在风险不可接受的情况，则要启动电网运行安全风险控制在线辅助决策进程，在当时可选的候选控制措施中，识别能够有效降低风险的措施集，综合措施控制风险效果、可调控量和控制代价，提出控制代价小、运行安全风险可接受的控制策略，从而帮助调度运行人员进行风险防控决策。

实现电网运行安全风险在线控制辅助决策功能需要的输入数据有：电网运行安全风险在线评估功能的输入数据，风险在线评估结果，预防控制可选措施和代价数据。

该功能的输出结果数据主要有：风险控制措施及控制代价，控制措施实施后的风险情况，风险变化控制代价的灵敏度信息，风险变化对控制措施的灵敏度信息。

基于D5000系统实现电网运行安全风险在线控制辅助决策功能，在建模方面，控制优化的目标是控制代价最小，这与在线预防控制辅助决策相同；约束条件包括潮流方程、可调控制对象及空间和风险可接受范围，其中前两项与在线预防控制辅助决策相同，最后一项与在线预防控制辅助决策有关键性差异，在线预防控制辅助决策相应的约束条件是预想故障下安全稳定裕度满足要求。

风险在线控制辅助决策与在线预防控制辅助决策约束条件的差异引起策略优化搜索的方法有区别，前者的搜索方向是风险降低的梯度最大化，而后者的搜索方向是安全稳定裕度提高的梯度最大化。