湯 偉，劉路登，施鵬佳，王一楓，郭創(chuàng)新

(1．安徽省電力調(diào)度控制中心，安徽合肥 230022；2．浙江大學電氣工程學院，浙江杭州 310027)

電網(wǎng)多維度運行風險評估系統(tǒng)開發(fā)與應用

湯 偉1，劉路登1，施鵬佳2，王一楓2，郭創(chuàng)新2

(1．安徽省電力調(diào)度控制中心，安徽合肥 230022；2．浙江大學電氣工程學院，浙江杭州 310027)

0 引 言

智能化、信息化、大范圍區(qū)域互聯(lián)已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，電力系統(tǒng)不確定因素不斷增加[1-2]。傳統(tǒng)的電網(wǎng)安全評估以確定性方法為基礎，以嚴重性程度為指標，已不能夠?qū)︻l繁隨機波動的實時運行狀況進行全面的評估。此外，為了保證電網(wǎng)在極端條件下的可靠運行，傳統(tǒng)評估結(jié)果往往過于保守，難以滿足電網(wǎng)經(jīng)濟性的要求。在電網(wǎng)智能化的發(fā)展過程中，潛在的風險因素往往是無法忽略的，若不能全面地把握風險因素的影響，對經(jīng)濟和社會造成的后果是難以估量的。因此，引入考慮運行風險的電網(wǎng)安全評估方法對于電網(wǎng)安全性、可靠性和經(jīng)濟性具有重大的意義。

當前，國內(nèi)外專家學者圍繞電網(wǎng)風險評估理論進行了諸多研究和實踐，并取得了一定成果。其重點研究內(nèi)容主要集中于以下兩個方面：風險評估理論的完善和風險評估的實際應用。

① 風險理論的完善。文獻[3-4]較為全面地介紹了電力系統(tǒng)風險評估理論的基本概念和重要性；文獻[5]詳細介紹了電網(wǎng)風險評估模型建立和在發(fā)輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電網(wǎng)規(guī)劃等領域的應用方法；文獻[6]考慮了元件的故障率，提出了一種基于循證方法的風險評估模型；文獻[7]和文獻[8]分別提出了電壓崩潰的風險指標和運行可靠性短期風險指標；文獻[9]將高壓斷路器的在線健康狀態(tài)引入了電網(wǎng)風險評估中。這些研究完善了風險評估的理論體系，并為風險評估的實際應用提供了理論依據(jù)。

② 風險理論的實踐。近年來國內(nèi)外許多企業(yè)和組織對風險評估的實際應用進行了探索。美國PJM電網(wǎng)將風險管理應用到電力系統(tǒng)運行和電力市場中[10]；北美可靠性協(xié)會(NERC)發(fā)布了電網(wǎng)安全風險管理白皮書[11]。江西電網(wǎng)[12]、浙江電網(wǎng)[13]、華東電網(wǎng)[14]對風險評估理論在實際中的應用進行了探索，并研發(fā)出了相關體系及系統(tǒng)。文獻[15-16]基于風險理論，提出了一種面向調(diào)度運行的安全風險管控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，并對系統(tǒng)中風險評估功能的實現(xiàn)進行了詳細介紹。文獻[17]把風險的安全性評估應用到電網(wǎng)風險預警中，將電網(wǎng)的運行狀態(tài)定量為風險指標。這些實踐進一步推動了風險評估理論的實際應用。

然而，隨著電網(wǎng)日趨復雜，系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的信息和數(shù)據(jù)量大大增加，傳統(tǒng)的信息展示手段較為落后，使得電網(wǎng)調(diào)度運行人員難以從大量信息中及時識別出關鍵信息，對電網(wǎng)的全面把握及準確決策產(chǎn)生了較大的影響。此外，隨著工程實踐的深入，現(xiàn)有的風險評估系統(tǒng)表現(xiàn)出了不同程度的問題。主要體現(xiàn)為：風險評估大都以某個因素為重點，考慮得不夠全面；風險評估的結(jié)果細節(jié)反映不足、信息不夠充分，使得風險評估在實踐過程中長期處于“理論型”與“研究型”的情況；風險評估的方法大都為“事后分析型”，調(diào)度員難以對預想事故進行控制，局限了風險評估在實際調(diào)度工作中的應用。

在上述背景下，基于風險理論，本文提出了一套多維度的風險等級評估體系，并基于該體系，開發(fā)了一套電網(wǎng)多維度運行風險評估系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有完備的信息采集接口，充分采集氣象數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行狀態(tài)、工作票等電網(wǎng)運行過程中的實時數(shù)據(jù)信息。從時間、空間、評估標準等多個維度對電網(wǎng)進行全面的風險評估，實現(xiàn)從“事后評估型”向“事前預測型”的轉(zhuǎn)變，做到對電網(wǎng)風險的預測感知。并通過SVG、圖形、表格等可視化方法對風險評估結(jié)果進行展示，為運行操作人員提供更加直觀的數(shù)據(jù)信息。

本文對多維度的風險等級評估體系進行了詳細闡述，介紹了多維度風險評估系統(tǒng)的架構和主要功能，并對其在安徽電網(wǎng)的實際應用效果進行了詳細說明。

1 多維度風險等級評估體系

多維度的風險等級評估體系考慮了氣象信息、設備健康度信息、系統(tǒng)運行和檢修信息等多種風險因素，基于“風險采集-風險辨識-風險評估-風險預警”的結(jié)構，參考了電網(wǎng)公司的相關規(guī)程，從時間、空間、評估標準維度進行風險評估，其基本流程如圖1所示。

圖1 多維度風險等級評估體系流程圖

1.1 時間維度的風險評估

由于當前技術水平的限制，將實時的電網(wǎng)安全評估結(jié)果直接應用于調(diào)度的控制是極為困難的。因此，本文在現(xiàn)有的研究基礎上[18]，在時間尺度上從實時態(tài)和未來態(tài)(未來一周和未來一月)兩個方面對電網(wǎng)進行風險評估。未來態(tài)考慮了檢修計劃、負荷波動及電網(wǎng)未來的運行方式，并對電網(wǎng)進行風險預測，為調(diào)度員進行風險預警控制提供理論指導；實時態(tài)針對電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)，進一步修正完善調(diào)度方案。在時間尺度上不斷向前滾動進行風險評估與預防控制，從而保證系統(tǒng)的安全可靠性。

① 實時態(tài)：根據(jù)監(jiān)測的電網(wǎng)運行和環(huán)境信息對電網(wǎng)進行實時的風險評估，重點關注元件電氣故障、設備單獨運行、失負荷等風險。在風險等級評估過程中列出產(chǎn)生風險的詳細原因及各風險因素所占的比重，從地理上進行區(qū)域性的評估，制定風險等級分布圖，進行風險預警。使調(diào)度員能及時了解風險源，采取針對性的調(diào)控手段，防止故障進一步擴大，引發(fā)連鎖故障[19]等嚴重后果。

② 未來態(tài)：根據(jù)氣象預報信息、負荷預測信息、系統(tǒng)運行方式安排等對未來一周和未來一月的電網(wǎng)運行狀態(tài)進行預測，并以此為基礎進行風險建模與風險評估。重點關注短期內(nèi)災難性氣象、檢修計劃等對電網(wǎng)運行狀態(tài)的影響。在風險等級評估過程中根據(jù)所預測的未來電網(wǎng)運行狀態(tài)，參照相關規(guī)程進行風險等級的評定，并以周和月為單位繪制電網(wǎng)風險的分布圖。使得調(diào)度員在全網(wǎng)級、區(qū)域級等較大范圍內(nèi)，對未來電網(wǎng)風險趨勢有整體性的把握，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中的薄弱環(huán)節(jié)并及時做出風險預警控制措施。

1.2 空間維度的風險評估

隨著電力需求的擴大，大規(guī)模電網(wǎng)互聯(lián)已成為電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。電網(wǎng)互聯(lián)使得電網(wǎng)調(diào)度方案更加多樣化，提高了電網(wǎng)的效率及可操作性，同時也增加了系統(tǒng)的不確定性因素。為了適應電網(wǎng)的分層分區(qū)控制原則，在空間維度上劃分為縣級、地級和省級三層風險評估。各層次評估考慮了電網(wǎng)輸變電設備的管轄歸屬單位，上層評估結(jié)果由下層評估結(jié)果綜合得到。各層之間既相互獨立又相互聯(lián)動，使得調(diào)度員能從上而下直觀地對全網(wǎng)乃至細節(jié)上的風險情況進行充分的把握，確保電網(wǎng)的安全運行。

① 縣級：縣級的電網(wǎng)結(jié)構相對薄弱，尚未完成合理、完善的網(wǎng)架結(jié)構建成，隨著用電需求的增加及電網(wǎng)規(guī)模的擴大，雖然層次低卻存在較大的運行風險?？h級的風險評估所得的結(jié)果可以幫助運行人員制定更完善的發(fā)電和檢修計劃。風險評估的空間分布結(jié)果可以為電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構的完善提供理論依據(jù)。風險因素的比例組成情況可以使調(diào)度人員有針對性地安排調(diào)度計劃。

② 地級：地級的風險評估以縣級電網(wǎng)的風險評估結(jié)果和該地市直轄電網(wǎng)的風險評估結(jié)果為基礎，并充分考慮氣象災害、設備異常、計劃檢修等風險因素在空間上的分布，通過SVG在地理圖上染色顯示，使調(diào)度運行人員更為清楚地了解電網(wǎng)安全風險的地區(qū)分布情況。對風險評級為嚴重或緊急的地區(qū)，調(diào)度員應針對其風險因素組成制定相關的風險預案。地級可結(jié)合在線風險評估和離線風險評估，在時間維度上進行實時態(tài)和未來態(tài)的滾動風險預警。

③ 省級：省級即全網(wǎng)級的風險評估，通過下級反饋的綜合風險信息及省級主網(wǎng)的風險評估結(jié)果綜合得到，使調(diào)度人員對全網(wǎng)的風險發(fā)展趨勢及風險分布情況有整體性的把握，從而更好地制定發(fā)電計劃與檢修計劃。此外，全網(wǎng)的風險評估結(jié)果為重點地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃建設提供了依據(jù)，使電力系統(tǒng)更好地滿足可靠性與經(jīng)濟性的要求。

1.3 評價標準維度的風險評估

目前國內(nèi)有關風險的規(guī)程或條例主要包括國務院頒布的《電力安全事故應急處置和調(diào)查處理條例》、國家電網(wǎng)推行的《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》和安徽省電力公司制定的《安徽電網(wǎng)運行風險評估及管控規(guī)定》。為豐富調(diào)度人員對風險評估結(jié)果的視角，本文根據(jù)國家電網(wǎng)和安徽省電力公司的兩套評估標準對事故和風險等級的相關規(guī)定，實現(xiàn)了一種兩套標準相協(xié)調(diào)的風險等級評估與展示體系：

① 《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》：根據(jù)規(guī)程中電網(wǎng)事故等級的規(guī)定，制定風險等級評定方案，將風險等級劃分為八級；

② 《安徽電網(wǎng)運行風險評估與管控規(guī)定》：根據(jù)規(guī)定對省級主網(wǎng)和地區(qū)電網(wǎng)風險等級的規(guī)定，制定風險等級評定方案，將風險等級劃分為三級。

安徽電網(wǎng)的風險評價標準是建立在國網(wǎng)標準的基礎上的，主要以切負荷量及影響范圍為基準制定風險等級。本文結(jié)合兩套標準的相關規(guī)定，根據(jù)安徽電網(wǎng)的實際情況將風險后果劃分為四級。其中風險的嚴重度通過可能發(fā)生的事故等級、事故影響因素及負荷性質(zhì)確定。風險的概率因素通過計算各風險源引發(fā)事故的占比體現(xiàn)。實現(xiàn)以工程實際評價為主，概率分析為輔的風險評估標準體系。

多時間維度的風險評估能對電網(wǎng)各類風險因素進行全面的管理，多空間維度的風險評估能夠立體地關注不同級別的風險情況，多評估標準維度的風險評估能豐富風險的展示形式，多時間、多空間和多評估維度相互組合與協(xié)調(diào)，能讓調(diào)度人員更全面準確地感知電網(wǎng)安全運行態(tài)勢，從而做出更為有效的決策。

圖2 多維度風險評估體系結(jié)構圖

2 多維度運行風險評估系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)軟件架構

電網(wǎng)多維度運行風險評估系統(tǒng)(以下簡稱風險評估系統(tǒng))的軟件架構如圖3所示，其自下而上主要包括數(shù)據(jù)源層、通信層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務支持層、業(yè)務邏輯層和用戶層。

圖3 系統(tǒng)軟件架構圖

數(shù)據(jù)源層為風險評估系統(tǒng)提供各類風險源信息與電網(wǎng)運行信息，按風險評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求接入相應系統(tǒng)，主要包括SCADA/EMS、WAMS、OMS、IDP、PMS、雷電定位系統(tǒng)、氣象監(jiān)測系統(tǒng)、設備監(jiān)測系統(tǒng)和微氣象系統(tǒng)等。

通信層是解決風險評估系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間信息交互問題的，可以通過文件、WebService、數(shù)據(jù)庫、緩存庫、消息總線等形式交互數(shù)據(jù)和信息。

數(shù)據(jù)層首先采用合適的數(shù)據(jù)適配器對接入數(shù)據(jù)進行解析，對錯誤和缺漏數(shù)據(jù)進行清洗，對需要的數(shù)據(jù)進行加工，并按規(guī)定格式轉(zhuǎn)換，最終提取出系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備監(jiān)測數(shù)據(jù)和設備歷史故障記錄等信息，滿足后續(xù)系統(tǒng)業(yè)務需要。

業(yè)務支持層提供用于支持業(yè)務邏輯的基本業(yè)務單元，包括風險辨識環(huán)節(jié)需要的設備故障率模型、風險評估環(huán)節(jié)需要的潮流計算模塊和最優(yōu)潮流計算模塊以及風險定級環(huán)節(jié)需要的風險定級規(guī)則庫等。

業(yè)務邏輯層實現(xiàn)系統(tǒng)的核心功能，包括風險辨識、風險評估、風險定級與風險預警。

用戶層將系統(tǒng)后臺與用戶進行交互，其中界面展示用于將風險評估與定級結(jié)果可視化，發(fā)布和推送風險預警信息；系統(tǒng)設置便于用戶指定系統(tǒng)運行參數(shù)；數(shù)據(jù)導入用于接收用戶輸入的批量數(shù)據(jù)；用戶管理主要包括設置用戶權限、刪除更改與創(chuàng)建用戶等。

2.2 系統(tǒng)功能設計

本文提出的風險評估系統(tǒng)主要功能包括：電網(wǎng)風險數(shù)據(jù)收集與加工、電網(wǎng)風險辨識與停運率計算、電網(wǎng)安全風險分析與綜合評估、電網(wǎng)運行風險定級與風險預警的可視化展示。其功能架構如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能架構圖

2.2.1 風險信息采集設計

風險信息采集模塊的主要功能為從電網(wǎng)多個系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)，采集風險辨識、風險評估與風險預警所需的相關信息，通過加工處理后存放于平臺數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)針對各類數(shù)據(jù)的特點設計了不同的接口適配器并進行相應的接口封裝。基于FTP、數(shù)據(jù)庫鏈接、Web Service，實現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺與不同功能應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，包括氣象監(jiān)測系統(tǒng)(氣象實況數(shù)據(jù)、微氣象、惡劣天氣預警)、設備在線監(jiān)測系統(tǒng)(導線覆冰、導線溫度)、雷電定位系統(tǒng)(雷電信息)和方式一體化系統(tǒng)(BPA文件)等。將采集的數(shù)據(jù)存入平臺數(shù)據(jù)庫，并通過圖表等可視化界面展示所采集的數(shù)據(jù)信息，調(diào)度運行人員可通過人機交互界面查詢網(wǎng)絡具體元件的相關信息。

2.2.2 風險辨識設計

電網(wǎng)運行過程中存在著許多不確定因素，如負荷隨機波動、機組出力隨機波動、氣象因素等，這些因素往往表現(xiàn)為多重、隨機及模糊的形式[20]。采用恒定的故障概率難以準確地對電網(wǎng)風險進行評價。風險評估系統(tǒng)通過從平臺數(shù)據(jù)庫中讀取氣象信息(溫度、風速、風向、濕度、降雨量、災難天氣)、實時設備運行狀態(tài)(負荷水平、電壓、負載能力)、設備健康度、歷史故障數(shù)據(jù)等信息建立元件的停運模型，綜合多方面的風險因素計算出元件的實時停運率，使電網(wǎng)的不確定性定量地表現(xiàn)為設備的停運率。此外，通過對檢修計劃，電網(wǎng)實時拓撲結(jié)構和潮流分布的考慮，依據(jù)電網(wǎng)相關規(guī)程將潛在的風險因素以風險等級的形式展示給調(diào)度人員。系統(tǒng)結(jié)合潮流分布圖，以SVG的表現(xiàn)形式，交互性地展示各元件的風險情況，并對電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)進行突出顯示，有利于調(diào)度人員進行預防控制決策。

本文參考文獻[21-22]所提出的方法對氣象信息進行處理，利用主成分法提取主要的氣象因素，應用Logistic回歸建立氣象因素對元件停運率影響模型。采用最大似然法對歷史數(shù)據(jù)進行分析，并利用泊松分布得到元件的實時停運率。

2.2.3 風險等級評估設計

當前的風險評估理論所得到的結(jié)果大都為故障概率與故障產(chǎn)生后果乘積累加的綜合指標，存在細節(jié)反映不足、表現(xiàn)不夠直觀等缺點。此外，在實際工程應用中，為充分保證系統(tǒng)的可靠性，在風險評估環(huán)節(jié)中側(cè)重風險的后果，輔以參考風險概率，使評估結(jié)果更能滿足工程要求。以圖5的主網(wǎng)局部線路為例。

圖5 電網(wǎng)局部線路連接圖

假設該時刻線路Ⅰ檢修，此時考慮N-1情況，線路Ⅲ停運會導致節(jié)點B和節(jié)點C形成孤島造成嚴重后果，但由于風險辨識得到線路Ⅲ的停運率很小，傳統(tǒng)的風險評估可能會判別此時系統(tǒng)處于低風險或無風險狀態(tài)。然而在實際工程應用中，以安徽電網(wǎng)為例，根據(jù)《安徽電網(wǎng)運行風險評估及管控規(guī)定》，因設備停電檢修，220kV變電站僅通過單回220kV線路供電，系統(tǒng)存在三級風險。由此可見，傳統(tǒng)的風險評估結(jié)果不能完全滿足工程實際要求。

本文在現(xiàn)有的風險評估理論基礎上，引入風險定級體系，從時間、空間和評估標準3個維度多層次地進行風險定級，并通過SVG圖的表現(xiàn)形式在電網(wǎng)地理分布圖中進行染色，使得調(diào)度人員能直觀地把握電網(wǎng)的風險水平。其具體步驟如下：

① 根據(jù)風險辨識所得到的停運模型，由N-k(k=1，2)原則及蒙特卡羅抽樣法動態(tài)地確定系統(tǒng)的初始故障集；

② 對電網(wǎng)進行預想事故分析，通過動態(tài)與靜態(tài)安全穩(wěn)定分析計算預想事故的嚴重度。綜合事故的故障概率、風險因素及其嚴重度，采用文獻[16]所提出的越限驅(qū)動型指標和事件驅(qū)動型指標進行風險指標的計算；

③ 由各風險因素的風險指標加權綜合，根據(jù)所提出的多維度風險等級評估方法，在時間上進行實時態(tài)和未來態(tài)的定級，在空間上從省地縣三級進行風險定級，在評估標準維度進行兩套標準的協(xié)調(diào)切換，并通過可視化的人機交互系統(tǒng)將多時間、多空間和多評估標準維度相互配合的風險評估結(jié)果進行展示。

2.2.4 風險預警設計

風險等級評估考慮多種風險因素及電網(wǎng)實時運行狀態(tài)，以風險指標的形式進行定量體現(xiàn)，并根據(jù)元件的實時停運率，預想事故產(chǎn)生后果的嚴重度以及各風險因素的組成將風險等級按兩套評估標準進行風險評估。風險預警模型分為電網(wǎng)風險智能預警和高風險設備排序兩個方面。風險智能預警根據(jù)風險等級評估的結(jié)果判斷系統(tǒng)是否存在風險，若存在風險則將風險源、風險等級、概率、后果等相關詳細信息傳達給調(diào)度人員，為調(diào)度方案的制定提供依據(jù)。高風險設備排序?qū)L險評估細化到電網(wǎng)每一個元件，考慮多方面風險因素的影響比重，由風險指標進行排序并將信息傳遞給調(diào)度人員，使調(diào)度人員能針對性地進行預防控制。此外，風險預警模塊與可視化人機交互系統(tǒng)相結(jié)合，在時間上從實時態(tài)及未來態(tài)兩方面進行風險趨勢預警，在空間上從省地縣三級通過地理染色及潮流圖染色標識進行風險預警，在評估標準上通過兩套標準協(xié)調(diào)展示風險預警結(jié)果，使調(diào)度人員能夠全方位立體地感知全網(wǎng)風險水平，及時采取相關控制措施。

2.3 系統(tǒng)特點

多維度風險評估系統(tǒng)基于多維度的風險等級評估體系，在實際工程應用中效果顯著。對于解決系統(tǒng)關鍵信息識別難、風險評估側(cè)重性強、評估細節(jié)反映不足、評估時間滯后性等問題具有良好的效果。

2.3.1 全方位針對性的數(shù)據(jù)接口

風險評估系統(tǒng)針對電網(wǎng)企業(yè)的各種系統(tǒng)設計了相應的數(shù)據(jù)接口，以實現(xiàn)采集信息的全方位化，并通過數(shù)據(jù)整合處理，在平臺數(shù)據(jù)庫中對采集信息進行有序管理。數(shù)據(jù)接口模塊與評估系統(tǒng)總線進行交互，既可獨立于系統(tǒng)實現(xiàn)插入式信息采集配置，又能作為系統(tǒng)風險評估的基礎組成部分?；贔TP、數(shù)據(jù)庫鏈接、Web Service與EMS、TSA、OMS、氣象系統(tǒng)、設備在線監(jiān)測系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換，并對BPA、CIM、XML等文件在數(shù)據(jù)平臺中統(tǒng)一處理為實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)。

2.3.2 多維度的運行風險評估體系

當前的風險評估理論大都在特定的時間點對固定的網(wǎng)絡進行分析，風險評估系統(tǒng)突破性地將風險評估過程實時化、立體化。在時間維度上，通過實時態(tài)與未來態(tài)的風險評估過程不斷配合滾動跟蹤，實現(xiàn)管理上“滯后分析”向“超前預測”的轉(zhuǎn)變；在空間維度上，通過省地縣三級風險評估和定級體系，自上而下對電網(wǎng)進行全面監(jiān)控。在評估標準維度上，通過兩套評估標準的切換展示，豐富了調(diào)度人員的視角。時間維度、空間維度和評估標準維度相互配合，層層防御，立體監(jiān)控，協(xié)調(diào)展示，實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行的全方面防御。

2.3.3 可視化的人機交互界面

隨著電網(wǎng)和計算機技術的發(fā)展，調(diào)度人員掌握的信息量日趨增加，同時增大了對關鍵信息的識別難度。風險等級評估系統(tǒng)將風險評估結(jié)果以風險等級的表現(xiàn)形式進行展示。通過表格、柱狀圖、餅圖、趨勢圖等可視化界面直觀展示風險水平，通過SVG圖的形式進行風險信息的交互，并設有數(shù)據(jù)維護、日志查詢等友好的人機交互模塊，實現(xiàn)信息展示的直觀性、調(diào)度監(jiān)控的全面性及調(diào)試信息的準確性。

3 應用實例

本文提出的多維度運行風險評估系統(tǒng)已在安徽電網(wǎng)取得初步的實踐成果。系統(tǒng)遵循標準接口形式，保證與相關系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作。通過與安徽電網(wǎng)EMS、TSA、OMS、氣象系統(tǒng)及設備在線監(jiān)測系統(tǒng)連接采集風險源及相關信息。通過BPA文件采集實時信息，經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換后導入緩存數(shù)據(jù)庫Memcached，并將歷史數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選轉(zhuǎn)換后存入Oracle數(shù)據(jù)庫以實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)通過Java語言編寫整體架構，采用C/S模式，以Mule ESB為整合平臺實現(xiàn)多個應用模塊之間的信息共享與功能交互。

以某時刻安徽電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)為例說明系統(tǒng)實際運行的有效性。系統(tǒng)采集電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)，從省地縣三級對電網(wǎng)進行風險辨識和風險評估，將結(jié)果以SVG圖的形式在地理上染色進行展示，并結(jié)合全網(wǎng)的系統(tǒng)潮流圖，對存在風險的線路進行閃爍顯示同時顯示其詳細的風險信息。此時，蕪湖地區(qū)電網(wǎng)存在一條三級風險線路，系統(tǒng)對調(diào)度員發(fā)出風險預警，調(diào)度員得到的信息如表1所示。

表1 主網(wǎng)風險構成

由表1，調(diào)度人員可觀察到風險預警的詳細信息，根據(jù)引起故障的主要風險因素采取相關控制措施。當風險評估結(jié)果相差較小時，通過概率的具體描述能夠制定出具有針對性的應對方法。如表1中兩例故障經(jīng)過風險評估得到的風險等級都為3級，故障后果相同。但由于引發(fā)故障的主要風險因素不同，通過風險系統(tǒng)的預警，可以使調(diào)試檢修策略更為有效。由此可見，風險預警能使調(diào)度人員及時發(fā)現(xiàn)風險因素，找到電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取針對性強的預防措施，從而降低全網(wǎng)的風險等級。

此外，系統(tǒng)根據(jù)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)對未來一周和未來一月內(nèi)各風險因素進行預測，并結(jié)合氣象信息及檢修計劃，對各地區(qū)電網(wǎng)未來一周和未來一月的風險水平進行預測。

由此可見，多維度的風險等級評估體系及風險評估系統(tǒng)在實際工程應用中能體現(xiàn)其優(yōu)越性，為解決風險評估理論在實際工程應用中的不足提供新的思路。同時，為調(diào)度人員全方位立體地把握電網(wǎng)的風險水平，及時制定相關控制措施，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行提供了良好的依據(jù)。

4 結(jié) 語

本文針對當前風險評估理論在實際工程應用中的不足，基于風險理論，提出了一套多維度的風險等級評估體系，并基于該方法，開發(fā)了一套電網(wǎng)多維度運行風險評估系統(tǒng)。本文詳細介紹了多維度風險等級評估體系的概念和流程，并介紹了風險評估系統(tǒng)的軟件架構和功能架構。通過在安徽電網(wǎng)中表現(xiàn)出的良好的實際應用效果，該系統(tǒng)及系統(tǒng)所采用的多維度風險等級評估體系為解決當前風險評估理論在實際工程應用中的不足提供了新的思路。本文的工作主要包括以下幾個方面：

① 針對當前風險理論的不足，提出了多維度的風險等級評估體系，從工程實際出發(fā)，通過時間維度、空間維度和評估標準維度的配合，結(jié)合風險理論與定級系統(tǒng)，使全網(wǎng)級、區(qū)域級和元件級的風險評估定量到相應的風險指標上，定性到相應的風險等級上，并詳細闡述了各維度風險評估的方式。

② 設計并開發(fā)了多維度運行風險評估系統(tǒng)。本文詳細介紹了系統(tǒng)軟件架構每一個層次的相關功能，并對系統(tǒng)功能架構的每一個功能模塊進行詳細說明。將系統(tǒng)在安徽電網(wǎng)進行了實踐檢驗，并對實踐成果進行介紹。

[1] MAKAROV Y V, LU Shuai, SAMAA N, et al. Integration of uncertainty information into power system operations[C]// Proceedings of IEEE/PES General Meeting, July 24-28, 2011, Detroit, MI, USA.

[2] 鄧彬，黃樹鋒，郭創(chuàng)新，等. 考慮風電出力不確定性的電力系統(tǒng)運行風險評估[J]. 華東電力，2013，41(5)：986-990.

[3] MCCALLEY J D, MEM S, VITTAL V, et al. An overview of risk based security assessment[C]// Proceedings of IEEE/PES General Meeting, July 18-22, 1999, Edmonton, Alta, Canada.

[4] KIRSCHEN D S, JAYAWEERA D. Comparision of risk-based and deterministic security assessments[J]. IET Gener. Trans. Distrib., 2007, 1(4):527-533.

[5] LI Wenyuan. Risk Assessment of Electric Power Systems-Models, Methods, and Applications[M]. USA and Canada: IEEE Press and Wiley & Sons, 2005.

[6] Guo L, Guo C X, Tang W H, et al. Evidence-based approach to power transmission risk assessment with component failure risk analysis[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2012,7(6):665-672.

[7] 陳為化, 江全元, 曹一家, 等. 電力系統(tǒng)電壓崩潰的風險評估[J]. 電網(wǎng)技術, 2005, 29(19): 6-11.

[8] 何劍，程林，孫元章，等. 計及天氣預測的電力系統(tǒng)運行可靠性短期評估[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(10)：31-38.

[9] 郭磊, 郭創(chuàng)新, 曹一家, 等. 考慮斷路器在線狀態(tài)的電網(wǎng)風險評估方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(16): 20-24, 30.

[10]HONG Chen, BRESLER F S. Risk management in PJM’s market operation[C]// Proceedings of IEEE/PES General Meeting, July 20-24, 2008, Pittsburgh, PA, USA.

[11]Integrated Bulk Power System Risk Assessment Concepts[S]. Atlanta: NERC, 2010.

[12]辛建波，萬軍彪，胡京，等. 省級電網(wǎng)中短期風險評估系統(tǒng)及其不確定性建模方法研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制， 2013，41(1)：84-89..

[13]李繼紅， 戴彥，周劍波，等. 電網(wǎng)風險預警管理體系探討[J]. 華東電力，2010，38(7)：1057-1061.

[14]黃志龍, 曹路, 李建華. 華東電網(wǎng)風險防控體系的研究和建設[J]. 華東電力, 2010, 38(5): 597-601.

[15]文云峰, 崔建磊, 張金江, 等. 面向調(diào)度運行的電網(wǎng)安全風險管理控制系統(tǒng)(一)概念及架構與功能設計[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(9): 66-73.

[16]崔建磊, 文云峰, 郭創(chuàng)新, 等. 面向調(diào)度運行的電網(wǎng)安全風險管理控制系統(tǒng)(二)風險指標體系、評估方法與應用策略[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(10): 92-97.

[17]吳子美，劉東，周韓. 基于風險的電力系統(tǒng)安全預警的預防性控制決策分析[J]. 2009，29(9)：105-108.

[18]薛禹勝. 時空協(xié)調(diào)的大停電防御框架: (三)各道防線內(nèi)部的優(yōu)化和不同防線之間的協(xié)調(diào)[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2006, 30(3): 1-10.

[19]別朝紅,王錫凡.復雜電力系統(tǒng)一類連鎖反應事故可靠性評估初探[J].電力系統(tǒng)自動化, 2001, 25(15):25-28.

[20]馮永清, 吳文傳, 張伯明, 等. 基于可信理論的電力系統(tǒng)運行風險評估: (二)理論基礎[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2006, 30(2): 11-15.

[21]李彥斌，韓穎，張嶸，等. 氣象因素對電力安全事故影響的模型[J]. 電網(wǎng)技術，2013，37(6)：1683-1687.

[22]Fei Xiao, McCalley J D, Ou Y, et al. Contingency Probability Estimation Using Weather and Geographical Data for On-Line Security Assessment[C]. Probabilistic Methods Applied to Power Systems, 2006. PMAPS 2006. International Conference on, 2006:1-7.

(責任編輯：林海文)

Development and Application of Multi-dimensional Operation Risk Assessment System for Power Grid

TANG Wei1, LIU Ludeng1, SHI Pengjia2, WANG Yifeng2, GUO Chuangxin2

(1.Electrical Power Dispatching & Control Center of Anhui, Electrical Power Company of Anhui Province, Hefei 230022,China;2.College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027,China)

傳統(tǒng)風險評估理論在實際工程應用中存在系統(tǒng)關鍵信息識別難、評估考慮因素少、評估細節(jié)反映不足、評估時間滯后等問題。本文針對風險評估理論在實際工程應用中的不足，從時間、空間和評價標準3個維度出發(fā)，提出了一套多維度的風險等級評估體系結(jié)構，并基于該體系開發(fā)了一套電網(wǎng)多維度運行風險評估系統(tǒng)。文章詳細闡述了多維度風險等級評估體系的概念和流程，設計并介紹了風險評估系統(tǒng)的軟件架構、功能架構及特點。最后，對系統(tǒng)在安徽電網(wǎng)的實際應用成果進行了說明。

風險評估；風險定級；多維度體系構建；系統(tǒng)開發(fā)

The application of traditional risk assessment theory in practical engineering has such problems as hard identifying system key information, considering little factors, insufficiently reflecting assessment detail and the evaluation time lagging. In this paper, due to the drawbacks in application of risk assessment theory, a grading assessment system of multidimensional risk is proposed from three dimensions of time, space and evaluation standard, based on which a multidimensional operation risk assessment system for power grid is developed. The concept and procedure of multidimensional risk grading and evaluating system are elaborated, and the software architecture, functional architecture and characteristics of risk assessment system are designed and introduced. In the end, the application of proposed system in Anhui power grid is given.

risk assessment; risk grading; the building of multidimensional system; system development

1007-2322(2015)04-0049-07

A

TM7

2014-08-15

湯 偉(1978—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為電網(wǎng)運行分析；劉路登(1980—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)調(diào)度運行和電力市場，E-mail：liuludeng@163.com；

施鵬佳(1990—)，男，碩士研究生，主要研究方向為電網(wǎng)運行及電網(wǎng)連鎖故障風險評估,E-mail：shipengjia@zju.edu.cn；

王一楓(1990—)，男，碩士研究生，主要研究方向為電網(wǎng)運行風險評估，電力系統(tǒng)分析計算與穩(wěn)定控制,E-mail：yifengwang@zju.edu.cn;

郭創(chuàng)新(1969—)，男，教授，博士生導師，主要研究方向為電網(wǎng)智能調(diào)度控制與風險調(diào)度控制、可再生能源接入與智能配電網(wǎng)技術,E-mail：guochuangxin@zju.edu.cn。