馬 強(qiáng)，韓少曉，姚 光，徐 征，田大偉

（山東電力調(diào)度控制中心，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

山東電網(wǎng)是一個(gè)具有大機(jī)組、超高壓的大型省網(wǎng)，目前通過4回500 kV線路與華北電網(wǎng)相連，通過2回660 kV線路與西北網(wǎng)相連。如何保證山東電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行至關(guān)重要，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型和分析型的電網(wǎng)調(diào)度無法實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)的智能化運(yùn)行，尤其在實(shí)現(xiàn)多層面、多維度信息采集處理、前瞻性和智能化分析評估等方面還存在很多不足，難以使調(diào)度運(yùn)行人員時(shí)刻、全景把握電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定水平，難以對電網(wǎng)安全運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)預(yù)防控制。在線預(yù)警及動(dòng)態(tài)評估系統(tǒng)［1-3］以EMS系統(tǒng)和調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)，結(jié)合電網(wǎng)綜合評估的理論研究和山東省調(diào)度控制中心的業(yè)務(wù)需求，提出一套針對山東電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行動(dòng)態(tài)評估及預(yù)警的理論體系，通過對電網(wǎng)特征指標(biāo)地分析和提取，實(shí)現(xiàn)了對調(diào)度核心業(yè)務(wù)地量化評估，針對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)節(jié)能力以及抵御風(fēng)險(xiǎn)能力構(gòu)建指標(biāo)體系及健康度模型；采用智能可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)自上而下地動(dòng)態(tài)監(jiān)視、預(yù)警。

目前，對于電網(wǎng)地在線預(yù)警和動(dòng)態(tài)評估處于起步階段，文獻(xiàn)［1］從運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估的角度做了一些工作，文獻(xiàn)［2］則從安全預(yù)警評估方面入手，但都不夠全面，將電網(wǎng)在線預(yù)警和動(dòng)態(tài)評估作為一個(gè)整體進(jìn)行系統(tǒng)化評估的研究工作還較少見。本文在考慮電網(wǎng)的安全性、可靠性、充裕度的基礎(chǔ)上，建立電網(wǎng)在線預(yù)警和動(dòng)態(tài)評估指標(biāo)體系，并提出了具體計(jì)算方法。

1 動(dòng)態(tài)評估指標(biāo)體系研究

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)評估主要是指電力系統(tǒng)的可靠性評估［4-9］，可靠性是指一個(gè)元件、設(shè)備或系統(tǒng)在所處運(yùn)行條件下，在預(yù)定的時(shí)期內(nèi)能夠充分執(zhí)行其預(yù)期功能的概率，因此可靠性在本質(zhì)上是一個(gè)概率隨機(jī)性問題，其最終提供給用戶的是一個(gè)量化的指標(biāo)，難以指導(dǎo)調(diào)度運(yùn)行人員對實(shí)時(shí)電網(wǎng)進(jìn)行干預(yù)；山東電網(wǎng)的在線預(yù)警及動(dòng)態(tài)評估體系主要針對實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、超前評估，提供給調(diào)度運(yùn)行人員的指標(biāo)有特定的物理意義，調(diào)度人員根據(jù)電網(wǎng)健康度指標(biāo)就可以了解當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對電網(wǎng)進(jìn)行干預(yù)。

山東電網(wǎng)在線預(yù)警及動(dòng)態(tài)評估系統(tǒng)也是從充裕度（Adequacy）和安全性（Security）兩方面對電網(wǎng)進(jìn)行評估，通過對具體業(yè)務(wù)進(jìn)行抽象，將其分為電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估體系、電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力評估體系、電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)能力評估體系三大指標(biāo)體系，圖1所示。

圖1 評估指標(biāo)體系

在正常情況下對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，主要包括電網(wǎng)的頻率、母線電壓、線路負(fù)載率、變壓器負(fù)載率、有功正備用/負(fù)備用、聯(lián)絡(luò)線交換功率、網(wǎng)間交換、輸電斷面、分區(qū)負(fù)荷等指標(biāo)，圖2所示。

圖2 電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)

調(diào)度運(yùn)行調(diào)節(jié)能力評估在電網(wǎng)正常狀態(tài)下，綜合有功正備用/負(fù)備用、無功容性/感性備用、AGC、低頻減載、低壓減載、全網(wǎng)負(fù)荷裕度、區(qū)域電壓穩(wěn)定、區(qū)域負(fù)荷裕度、超短期負(fù)荷預(yù)測、靈敏度等信息，實(shí)時(shí)、超前評估電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行調(diào)節(jié)能力。

圖3 全網(wǎng)健康度指標(biāo)

電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)能力評估采用預(yù)想故障集的方式對當(dāng)前電網(wǎng)及未來兩小時(shí)內(nèi)的電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并對事故預(yù)案進(jìn)行實(shí)時(shí)校驗(yàn)來評估電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。

基于上述的三類評估建立全網(wǎng)的健康度指標(biāo)模型，圖3所示。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，主要功能包括數(shù)據(jù)獲取、計(jì)算預(yù)警掃描、動(dòng)態(tài)評估分析、結(jié)果組織與展示、應(yīng)用程序客戶端、Web服務(wù)器等，圖4所示。

圖4 系統(tǒng)構(gòu)架

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)單元

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取。從系統(tǒng)外獲取電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)態(tài)電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，以及按照要求組織的研究態(tài)電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)（將預(yù)測、計(jì)劃、人工調(diào)整后的信息疊加到實(shí)時(shí)態(tài)模型數(shù)據(jù)上得到）。

擴(kuò)展數(shù)據(jù)。存儲EMS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)平臺無法提供的配置性的數(shù)據(jù)，包括本地的業(yè)務(wù)邏輯描述信息。

指標(biāo)分析提取。根據(jù)評估和預(yù)警掃描的需求，從電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)中提取指標(biāo)，供其他的模塊調(diào)用。提取指標(biāo)的定義可以根據(jù)評估的需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

基本計(jì)算服務(wù)。 在指定的電網(wǎng)模型上進(jìn)行計(jì)算服務(wù)，并把結(jié)果組織成標(biāo)準(zhǔn)的形式。采用SOA架構(gòu)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、潮流?jì)算分析、N-1安全計(jì)算分析、故障集安全計(jì)算分析等。

高性能計(jì)算。利用并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計(jì)算的快速完成，完成靜態(tài)安全分析、電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算、全網(wǎng)/區(qū)域負(fù)荷裕度計(jì)算、靈敏度計(jì)算等。

掃描預(yù)警?；陔娋W(wǎng)基本的指標(biāo)和計(jì)算服務(wù)器，根據(jù)預(yù)先規(guī)則進(jìn)行周期預(yù)警掃描，并把結(jié)果實(shí)時(shí)反映到結(jié)果組織和展示子系統(tǒng)。

評估。采用動(dòng)態(tài)加載插件機(jī)制，定義標(biāo)準(zhǔn)化的評估插件數(shù)據(jù)入口和結(jié)果出口，是各種健康模型和評估函數(shù)的實(shí)現(xiàn)容器。

結(jié)果組織與展示。把預(yù)警掃描和各種評估的結(jié)果進(jìn)行可視化解釋，組織成便于客戶端訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用電網(wǎng)整體健康模型對各種評估的結(jié)果進(jìn)行綜合評定，得到直觀的電網(wǎng)運(yùn)行狀況評估指標(biāo)。

客戶端。運(yùn)行于調(diào)度員工作站的客戶端工具，提供可視化展示和基本的交互。 采用獨(dú)立應(yīng)用程序的方式，使用結(jié)果組織與展示模塊提供的統(tǒng)一的圖形和數(shù)據(jù)。

Web服務(wù)。為評估結(jié)果的Web展示提供數(shù)據(jù)解析和網(wǎng)頁組織，采用兩種方式與瀏覽器進(jìn)行通信：一種為SVG方式，即采用SVG方式組織展示數(shù)據(jù)；另一種采用瀏覽器插件方式組織和展示結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)接口

系統(tǒng)與EMS接口。采用IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM/CIS方式訪問各態(tài)的電網(wǎng)模型和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)與綜合數(shù)據(jù)平臺接口。采用IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM/CIS方式獲取EMS系統(tǒng)之外的必需的數(shù)據(jù)，如負(fù)荷預(yù)測、超短期負(fù)荷預(yù)測、各種計(jì)劃數(shù)據(jù)等。

客戶端接口。 系統(tǒng)內(nèi)專用接口，帶有連接的客戶端可以直接和服務(wù)連接，也可以通過訪問代理間接連接，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

瀏覽器接口。通過HTTP發(fā)布評估和預(yù)警的結(jié)果。

3 應(yīng)用實(shí)例與結(jié)果分析

3.1 元件運(yùn)行狀態(tài)

運(yùn)行狀態(tài)界面如圖5所示，可以看出元件運(yùn)行狀態(tài)中元件落入橙色預(yù)警區(qū)，從右邊的雷達(dá)圖可以看出變壓器落入橙色預(yù)警區(qū)，右下角雷達(dá)圖顯示出煙臺地區(qū)落入橙色，列表顯示了越預(yù)警限的變壓器詳細(xì)信息，負(fù)載率超過85%。

圖5 運(yùn)行狀態(tài)界面

3.2 調(diào)節(jié)能力

調(diào)節(jié)能力界面如圖6所示，顯示調(diào)節(jié)能力各項(xiàng)指標(biāo)中沒有越限情況，調(diào)節(jié)能力健康度指標(biāo)值為96，也說明全網(wǎng)調(diào)節(jié)能力比較好，健康度指標(biāo)值能正確的反應(yīng)全網(wǎng)多項(xiàng)調(diào)節(jié)能力水平。

圖6 調(diào)節(jié)能力界面

3.3 抵御風(fēng)險(xiǎn)

圖7 抵御風(fēng)險(xiǎn)界面

抵御風(fēng)險(xiǎn)界面如圖7所示，可以看出抵御風(fēng)險(xiǎn)中同桿并架落入告警區(qū)域，而且接近圓心，從右側(cè)上面分區(qū)雷達(dá)圖可以看出威海地區(qū)同桿并架雙回線鳳戚I、II故障造成大量母線電壓嚴(yán)重越下限。

4 結(jié)語

通過對山東電網(wǎng)在線預(yù)警與動(dòng)態(tài)評估系統(tǒng)地剖析，探討了整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo)體系及框架?；诎踩院统湓６人岢龅娜笾笜?biāo)體系從整體上代表了電網(wǎng)的健康狀態(tài)，使調(diào)度人員實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)自上而下的監(jiān)視，給出的指標(biāo)物理意義明確，目前，該系統(tǒng)已在山東電力調(diào)度控制中心投運(yùn)，取得了良好效果。

［1］ 吳文傳，寧遼逸，張伯明，等.電力系統(tǒng)在線運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估與決策［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（2）：28-34.

［2］ 周韓，劉東，吳子美，等.電力系統(tǒng)安全預(yù)警評估指標(biāo)及其應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（20）：45-48.

［3］ 田洪，張焰，張益波.地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行方式評估方法［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009,37（20）：93-98.

［4］ 張保會，王立永,譚倫農(nóng).計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)的市場環(huán)境下電力系統(tǒng)安全可靠性研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（3）：44-49.

［5］ Billinton R，Allan R.Reliability Evaluation of Power Systems［M］.New York and London：Plenum Press，1996.

［6］ 郭永基.電力系統(tǒng)可靠性分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

［7］ 別朝紅，王錫凡.蒙特卡羅法在評估電力系統(tǒng)可靠性中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1997，21（6）：68-75.

［8］ 馮永青，張伯明，吳文傳，等.基于可信理論的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估（一、二、三）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006（30）：1-3.

［9］ 孫元章，劉海濤，程林，等.運(yùn)行可靠性在線短期評估方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008,32（3）：4-8.