CN112001569A - 一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，包括下列步骤：采集电网运行数据以及各类风险数据；建立与所述风险信息相关的电网设备停运模型，基于电网设备停运模型，获得电网预想事故集；计算电网设备停运概率，根据电网设备停运概率计算单个电网预想事故的发生概率；通过电网运行数据以及单个电网预想事故形成事故态电网拓扑，并对单个电网预想事故进行风险评估；综合单个电网预想事故的发生概率以及风险评估结果确定单个电网预想事故的评价结果。

Description

一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法

技术领域

本发明涉及电力***风险分析技术领域，尤其涉及一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法。

背景技术

近年来，随着社会生产的发展，全社会用电需求处于平稳增长态势。电网肩负着为全社会提供和输送电能的重任，随着联网的发展和供电区域的扩大，受端负荷持续增长，跨区域联网规模扩大，加之电力工业市场化改革以及受生态环境约束的影响，使得电网的运行方式日趋复杂，电网状态趋近其运行极限，***运行的不稳定因素增多，出现偶发故障引发的大规模停电风险升高，这无疑给电网的安全稳定运行提出了新的挑战。此外，随着电力体制改革的推进，售电侧的放开为用户使用电能提供了更多的选择，也使得电力用户对电能质量及供电可靠性提出了更高的要求。

然而，电网的运行安全由于受到自然条件、电网运行维护水平、人为操作失误等多方面的影响，具有诸多风险。电网事故的发生会造成人员伤亡、经济损失等多种后果。因此，

对电网运行安全风险开展实时评估，有利于电网运行人员及时发现风险，采取有效措施降低或转移风险，避免不必要的损失。由此可见，针对电网安全风险的评估研究具有重要的作用和意义。

电网的安全稳定运行涉及电网的各个部门，包括规划部门、设备运行维护部门和调度部门等。电网运行安全风险也大多来自这些部门。电网的规划部门则主要负责电网构建的发展规划以及整体布局，对电网的结构进行优化，其涉及到电网的结构风险；电网调度机构的主要职能就是确保电网在安全稳定状态下持续运行，将优质并且可靠的电力输送给各个用户，其涉及到电网的安全裕度风险；电网设备运行维护部门则主要是对电网的一系列设备进行日常的运行维护，以保证电网设备在正常状态下安全运行，其涉及电网的设备故障风险。

电网安全运行风险评估是通过分析所有影响电网安全运行的风险，通过风险的测算和对比分析选择重要的风险指标建立电网安全运行风险评估体系，通过综合评估各风险

指标的得分，从而确定未来态电网安全运行的总体风险。一方面用来对电网的运行安全状态进行整体把握控制，能从一定程度上分析验证评估的正确性，使分析结果更加全面。另一方面可以针对风险较大的设备或参数进行有效的改进和处置，从而保障电网的安全稳定运行，减少或避免电网安全事故的发生。

目前，已有的研究主要从电网的单一方面，如设备运行安全、调度安全等单一方面进行风险因素的识别和研究，针对电网工程从规划到运行的全面风险评估研究较少。在风险评估方法上，主要采用专家打分法、模糊综合评价法和层次分析法是已有的评估方法，单一的方法存在主观性强的缺点。但随着我国电力的迅速发展，缺乏客观分析的方法逐渐难以满足现状。因此，目前的现有技术无论从研究对象角度还是研究方法角度来看，均存在的一定的不足，从而影响电网运行安全风险的评估水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，包括下列步骤：

采集电网运行数据以及各类风险数据；

建立与所述风险信息相关的电网设备停运模型，基于电网设备停运模型，获得电网预想事故集；

计算电网设备停运概率，根据电网设备停运概率计算单个电网预想事故的发生概率；

通过电网运行数据以及单个电网预想事故形成事故态电网拓扑，并对单个电网预想事故进行风险评估；

综合单个电网预想事故的发生概率以及风险评估结果确定单个电网预想事故的风险等级。

优选的，所述电网设备停运模型包括开放型设备停运模型、封闭型设备停运模型，通过马尔科夫过程建立开放型设备时变停运模型，根据所述马尔科夫过程的结果，获得开放型设备的电网预想事故集。

优选的，所述马尔科夫过程由下式构建：

其中，Q_i(t)为t时刻处于状态i的瞬时概率，即Q_i(t)＝Q{X(t)＝i}，i＝0，1；S(t)为从运行状态到故障状态的转移速率函数，取值为时变故障率；δ(t)为从故障状态到运行状态的转移速率函数，取值为时变修复率。

优选的，通过非马尔科夫过程建立封闭型设备停运模型，根据所述非马尔科夫过程的结果，获得封闭型设备的电网预想事故集。

优选的，将电力设备的运行状态设为随机变量X，用0表示电力设备正常运行，用1表示电力设备停运，通过下式计算计算电网设备停运概率：

其中，A_0-1(t₀,Δt)用来表示设备停运概率。

优选的，计算单个预想事故的发生概率，包括：设某一电网预想事故中发生停运的设备集为Ω，当前电网共包含N个设备，其停运概率分别为P₁，P₂，…，P_N，则该预想事故的发生概率P_f应为：

其中P_i表示在发生停运的设备集中设备的停运概率，P_j表示在除发生停运的设备集外设备的停运概率。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析的方法,该发明结合不同电压等级数据信息情况，构建变电站与变电站之间的对应关系，通过不同电压等级故障分析电网分析，进而掌握电网运行方式变化情况，并对负荷情况进行统计分析，以确定当前电网电压等级故障下的运行风险分析将基于多电压等级故障下的电网运行风险计算得到的指标展示，推送调度员。为调度运行人员及时掌握风险水平和优化控制风险决策提供支持，进一步增强安全生产的预控和驱动能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法的流程图；

图2为本发明提供的开放式电力设备的线路故障率函数曲线图；

图3为本发明提供的封闭式电力设备的线路故障率函数曲线图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，包括下列步骤：

S1、获取电网故障数据以及***状态数据，并采集影响电网运行的各类风险数据；

在本步骤中，通过地区电网风险辨识与方式智能优化平台，利用数据集成技术能够实现OMS***检修计划交互，包括获取生产***设备台账和获取年、月、周检修计划，以及回退检修计划和反馈智能编排后的检修计划。还能够实现自动获取***运行信息：网络拓扑、节点电压、节点负荷、发电出力、线路和变压器潮流、负荷变动等，得知***运行状态。

而在一些实施例中，所收集的各类风险信息主要包括下列两个方面：

a.气象信息：气象实况、微气象、应用雷电、恶劣天气预警等；

b设备信息：设备参数、历史故障情况、所属管辖单位等。

S2、建立与所述风险信息相关的电网设备停运模型，基于电网设备停运模型，获得电网预想事故集；

将电力***设备分为开放型和封闭型两大类，并依据它们停运特征选择不同的随机过程来构建停运模型从而描述其停运过程。

其中开放型设备的定义就是其主要功能部件开放在外部环境中，导致其失效的风险因素是超过设计标准的外部环境条件。电力***中最典型的开放型设备是架空线路，统计数据显示导致其故障停运的主要因素是雷电、大风等恶劣天气条件；采用按照天气、地理因素分类的数据池来统计线路历史故障信息的工作已开展多年。在运行风险评估中，开放型设备可以根据其所处地区在考察时段内的天气预报等外部环境预测信息，从数据池中得到相应的时变故障率。开放型设备可采用马尔可夫过程建立其开放型设备时变停运模型，而马尔可夫过程的结果即为开放型设备电网预想事故集。

其中马尔可夫模型的其瞬时状态概率方程为：

上式中Q_i(t)为t时刻处于状态i的瞬时概率，即Q_i(t)＝Q{X(t)＝i}，i＝0，1；S(t)为从运行状态到故障状态的转移速率函数，取值为时变故障率；δ(t)为从故障状态到运行状态的转移速率函数，取值为时变修复率。

现在进行一个预想事故集的模拟：某架空线路所在地区实时天气是晴朗，天气预报一小时后此地区将有暴雨。根据历史数据统计结果，晴朗天气下该线路故障率S_good＝0.0004次/h；而在暴雨天气下的故障率S_bad＝0.0020次/h；修复率δ＝0.1次/h。将状态转移速率表达式代入上式，即可求解得到该线路处于各个状态的瞬时概率表达式。

模拟出两个预想事故集的算例来描述外因故障率的预测更新性特征对生成开放型设备停运预想事故集的影响：

Ⅰ.算例1

S(t)＝0.0004次/h，0h≤t＜1h

S(t)＝0.0020次/h，1h≤t≤2h

Ⅱ.算例2

S(t)＝0.0004次/h，0h≤t≤2h

考察时段[0h，2h]内，以上两个算例的线路故障率函数曲线见图2。算例1显示：1h后故障率变大的同时，线路停运概率随之明显增大，体现了运行工况变化的影响；算例2说明：当故障率函数在考察时段内为常数时，停运模型转变成时齐马尔可夫过程。

而封闭型设备的定义就是其主要功能部件处于封闭空间中，导致其失效的风险因素是内部老化等潜伏性故障风险。电力***中最典型的封闭型设备是变压器。

以电压器为例，其变压器的停运过程需要采用非马尔可夫过程建模得到预想事故集。因为潜伏性老化故障的发展对比之下显得较慢，在运行风险评估所考察的短时间内可定义它的老化程度不变，因此故障率S₀取常数值(S₀取值由在线溶解气体分析(DGA)等监测信息估计得到)。但当在运行风险考察时段内发生故障，恢复正常后再投入运行时的故障率S会因为老化程度的改善而变小，即S＜S₀，减少程度取决于维修策略。上述分析说明变压器停运适合于采用延迟交错更新过程建模。

现将某个运行中的变压器作为考察对象。根据在线DGA监测信息显示该变压器当前处于异常状态，且比值法判断为油过热隐患，估计得到当前故障率S₀＝2.56×10^-5次/h；设定采用不完全维修策略，修复时间期望为10.0h，对应修复率δ＝0.1次/h；修复后故障率降为S＝0.5×10^-5次/h。模拟出两个预想事故集的算例来描述老化故障率的修复更新性特征对生成封闭型设备停运预想事故集的影响：

Ⅰ.算例a

S₀＝2.56×10^-5次/h＞S＝0.5×10^-5次/h，采用延迟交错更新过程模型得到预想事故集。

Ⅱ.算例b

S₀＝S＝0.5×10^-5次/h，由于故障率恒定，采用时齐马尔可夫过程模型。

图3是该变压器在考察时段[0h，10h]内的瞬时停运状态概率曲线。算例a与b的曲线差异对比说明了采用非马尔可夫过程来描述老化故障率的修复更新性特征对生成封闭型设备停运预想事故集必要性和科学性。

S3、计算电网设备停运概率，根据电网设备停运概率计算单个电网预想事故的发生概率。

在本步骤中，其电网设备停运概率的计算方式为：将电力设备的运行状态设为随机变量X，用0表示电力设备正常运行，用1表示电力设备停运，通过下式计算计算电网设备停运概率：

其中，A_0-1(t₀,Δt)用来表示设备停运概率。

计算单个电网预想事故的发生概率的方式为：

设某一电网预想事故中发生停运的设备集为Ω，当前电网共包含N个设备，其停运概率分别为P₁，P₂，…，P_N，则该预想事故的发生概率P_f应为：

其中P_i表示在发生停运的设备集中设备的停运概率，P_j表示在除发生停运的设备集外设备的停运概率。

S4、通过电网运行数据以及单个电网预想事故形成事故态电网拓扑，并对单个电网预想事故进行风险评估，获得单个电网预想事故的风险等级。

在本步骤中，根据预想事故形成事故态电网拓扑，评估电力***是否存在电网解列、厂站全停、重要用户全停。然后对预想事故下的电网进行评估，若存在风险则对预想事故引起的风险进行定级，具体可参照南方电网电力事故事件调查规程中电力生产安全事件等级划分标准得出风险等级，在本实施方式中，电网预想事故的风险等级包括一级至五级，其中五级风险为最高等级风险。

S5、综合单个电网预想事故的发生概率以及风险评估结果确定单个电网预想事故的评价等级。

以变压器故障为例，若变压器所产生的预想事故集中，其中一级风险的事件的发生概率为45％，二级风险的事件的发生概率为50％，三级风险的事件的发生概率为30％，四级风险的事件的发生概率为21％，五级风险的事件的发生概率为18％，其中三级到五级风险的事件具有较大的危害，因此越高风险事件的发生概率越大时，其相应的评价等级越低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，包括下列步骤：

采集电网运行数据以及各类风险数据；

建立与所述风险信息相关的电网设备停运模型，基于电网设备停运模型，获得电网预想事故集；

计算电网设备停运概率，根据电网设备停运概率计算单个电网预想事故的发生概率；

通过电网运行数据以及单个电网预想事故形成事故态电网拓扑，并对单个电网预想事故进行风险评估；

综合单个电网预想事故的发生概率以及风险评估结果确定单个电网预想事故的评价结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，所述电网设备停运模型包括开放型设备停运模型、封闭型设备停运模型，通过马尔科夫过程建立开放型设备时变停运模型，根据所述马尔科夫过程的结果，获得开放型设备的电网预想事故集。

3.根据权利要求2所述的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，所述马尔科夫过程由下式构建：

其中，Q_i(t)为t时刻处于状态i的瞬时概率，即Q_i(t)＝Q{X(t)＝i}，i＝0，1；S(t)为从运行状态到故障状态的转移速率函数，取值为时变故障率；δ(t)为从故障状态到运行状态的转移速率函数，取值为时变修复率。

4.根据权利要求1所述的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，通过非马尔科夫过程建立封闭型设备停运模型，根据所述非马尔科夫过程的结果，获得封闭型设备的电网预想事故集。

5.根据权利要求1所述的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，将电力设备的运行状态设为随机变量X，用0表示电力设备正常运行，用1表示电力设备停运，通过下式计算计算电网设备停运概率：

其中，A_0-1(t₀,Δt)用来表示设备停运概率。

6.根据权利要求1所述的一种基于多电压等级故障下的电网运行风险分析方法，其特征在于，计算单个预想事故的发生概率，包括：设某一电网预想事故中发生停运的设备集为Ω，当前电网共包含N个设备，其停运概率分别为P₁，P₂，…，P_N，则该预想事故的发生概率P_f应为：

其中P_i表示在发生停运的设备集中设备的停运概率，P_j表示在除发生停运的设备集外设备的停运概率。

Images