張 勇

（國(guó)家電網(wǎng)公司華北分部調(diào)控分中心，北京 100053）

近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，受到政府、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和社會(huì)的廣泛關(guān)注。由于電網(wǎng)運(yùn)行具有復(fù)雜性和多面性，目前尚不能完全避免大面積停電事故的發(fā)生，因此對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，辨識(shí)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，為預(yù)防運(yùn)行事故發(fā)生，制定合理的決策和應(yīng)急預(yù)案，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。

本文提出的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)一些不確定的事件所做的評(píng)估和分析。借鑒模糊綜合評(píng)價(jià)思想［1］，將待評(píng)價(jià)量與評(píng)價(jià)區(qū)間的關(guān)系用模糊的方法進(jìn)行量化，建立電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，同時(shí)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，為電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控提供了有利的技術(shù)支持。

1 電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

電網(wǎng)調(diào)度中心是電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的中心，能量管理系統(tǒng)EMS、SCADA、區(qū)域電網(wǎng)控制性能指標(biāo)CPS等系統(tǒng)每天產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著電網(wǎng)運(yùn)行和電網(wǎng)安全生產(chǎn)的全部信息。為了促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行精細(xì)化管理［2-3］，為電力市場(chǎng)條件下的安全校核積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行各方面的狀況進(jìn)行評(píng)估。本文在充分考慮電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性的前提下，依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)［4-5］的直接原因構(gòu)建了一個(gè)由5個(gè)一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，20個(gè)2級(jí)單項(xiàng)指標(biāo)、4個(gè)電網(wǎng)安全等級(jí)的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.1 電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

包括：變壓器負(fù)載率、線(xiàn)路負(fù)載率、絕緣化率、繼電保護(hù)動(dòng)作正確率、線(xiàn)路非計(jì)劃停運(yùn)率、變壓器非計(jì)劃停運(yùn)率、N-1校驗(yàn)合格率、線(xiàn)路半徑合格率等。

（2）結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)

包括欠載變壓器比例、過(guò)載變壓器比例、電壓偏差、頻率偏差。

（3）信息安全分析

包括自動(dòng)化系統(tǒng)安全性、互聯(lián)網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)隔離率、人身傷亡事故率。

（4）操作風(fēng)險(xiǎn)

包括惡性誤操作事故率、變電事故率、輸電事故率。

（5）外部風(fēng)險(xiǎn)

包括自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)事故率、外力破壞風(fēng)險(xiǎn)事故率。

1.2 電力系統(tǒng)安全級(jí)別

第一級(jí)，系統(tǒng)受到破壞后，會(huì)對(duì)公民、法人和其他組織的合法權(quán)益造成損害，但不損害國(guó)家安全、社會(huì)秩序和公共利益。

第二級(jí)，系統(tǒng)受到破壞后，會(huì)對(duì)公民、法人和其他組織的合法權(quán)益產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，或者對(duì)社會(huì)秩序和公共利益造成損害，但不損害國(guó)家安全。

第三級(jí)，系統(tǒng)受到破壞后，會(huì)對(duì)社會(huì)秩序和公共利益造成嚴(yán)重?fù)p害，或者對(duì)國(guó)家安全造成損害。

第四級(jí)，系統(tǒng)受到破壞后，會(huì)對(duì)社會(huì)秩序和公共利益造成特別嚴(yán)重?fù)p害，或者對(duì)國(guó)家安全造成嚴(yán)重?fù)p害。

2 模糊綜合評(píng)價(jià)原理

模糊數(shù)學(xué)是對(duì)不確定、模糊性的事物量化后運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)分析的一門(mén)科學(xué)工具。

（1）確定評(píng)價(jià)對(duì)象因素集、評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集C、評(píng)語(yǔ)集V、指標(biāo)質(zhì)量水平標(biāo)準(zhǔn)集Vφ，記為：

式中 m——評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)或指標(biāo)質(zhì)量水平級(jí)別數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)集Vφ是定義在評(píng)語(yǔ)集V上的一個(gè)子集，各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)集應(yīng)根據(jù)指標(biāo)的內(nèi)涵或依據(jù)統(tǒng)計(jì)資料或經(jīng)驗(yàn)確定。

（2）確定評(píng)價(jià)因素權(quán)重

權(quán)系數(shù)是反映影響因素重要程度的量化系數(shù)，其大小對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象有舉足輕重的作用，不同的權(quán)系數(shù)會(huì)得到不同的結(jié)果。傳統(tǒng)確定權(quán)重的方法有定性的專(zhuān)家賦權(quán)法、層次分析法（AHP）［5］、定量的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)法等。本文采用AHP法，把人的主觀判斷進(jìn)行客觀量化，將定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量分析，具體過(guò)程如下：

1）建立評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)

在專(zhuān)家指導(dǎo)下，依據(jù)評(píng)價(jià)目的和指標(biāo)之間的關(guān)系建立評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)。

2）建立互反判斷矩陣

式中 n——指標(biāo)個(gè)數(shù)，一般由專(zhuān)家給出或采用德?tīng)柗品ńⅰ?/p>

3）權(quán)重計(jì)算

為了減少估算法帶來(lái)的誤差，運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件MATLAB求T的最大特征值λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量Xmax，Xmax歸一化就得指標(biāo)權(quán)重分配向量：

4）一致性檢驗(yàn)

當(dāng)CR＜0.1時(shí)，即認(rèn)為T(mén)具有滿(mǎn)意的一致性，說(shuō)明建立T時(shí)，人的思維保持了連續(xù)性；否則，就需要調(diào)整判斷矩陣。

式中 CI——判斷矩陣一致性指標(biāo)；n——T的階數(shù)；

RI——T的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

（3）建立模糊評(píng)價(jià)矩陣

請(qǐng)若干專(zhuān)家，根據(jù)提供的各指標(biāo)因子的背景材料，按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)集Vφ給出各指標(biāo)ci隸屬等級(jí)vj∈V。然后統(tǒng)計(jì)出ci隸屬于vj等級(jí)的頻數(shù)fij，最后用專(zhuān)家總數(shù) 除各頻數(shù)，得各因子指標(biāo)所屬評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度：由此得到最低級(jí)評(píng)價(jià)因子的模糊評(píng)價(jià)向量

從而得到上一級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣

（4）多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

1）計(jì)算評(píng)價(jià)因子關(guān)于各評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

其中i=1，2，…，n；j=1，2，…，m

2）根據(jù)1.2中求得的各因子權(quán)系數(shù)，計(jì)算待評(píng)因子關(guān)于各評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度及評(píng)定級(jí)別：

3 算例分析

依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)確定的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選取區(qū)域電網(wǎng)2009年相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)作為研究樣本。如見(jiàn)表1所示。

表1 電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系及樣本數(shù)據(jù)

表1中K1，K2，K3，K4由低到高分別代表了電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水平，級(jí)別越高，風(fēng)險(xiǎn)程度越大。

根據(jù)12位專(zhuān)家給出的20個(gè)二級(jí)指標(biāo)之間的重要性程度比值，應(yīng)用MATLAB計(jì)算得到各級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量（歸一化），并通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)表1中樣本的各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，利用式（11）計(jì)算得到20項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度；根據(jù)以上得到的權(quán)系數(shù)，利用式（12）得到該樣本關(guān)于各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度所屬電網(wǎng)運(yùn)行等級(jí)，見(jiàn)表2。

由表2中顯示K2（p）是最大值，可以得出該區(qū)域電網(wǎng)樣本的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2級(jí)，屬于中度水平。

表2 各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

4 基于模糊綜合評(píng)價(jià)思想的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)框架

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，平臺(tái)的所有功能均被抽象和封裝為構(gòu)件，相關(guān)的構(gòu)件在一定的規(guī)約下組裝后實(shí)現(xiàn)完整的業(yè)務(wù)功能。同時(shí)，系統(tǒng)平臺(tái)的主體框架是一個(gè)很小的內(nèi)核，該內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了基于插件形式將構(gòu)件集成到框架中的動(dòng)態(tài)加載機(jī)制，平臺(tái)將任何內(nèi)核以外的功能構(gòu)件看作是對(duì)平臺(tái)內(nèi)核的一種擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，只要該功能構(gòu)件符合平臺(tái)的統(tǒng)一預(yù)定義接口規(guī)范，便可進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)用，以擴(kuò)展平臺(tái)應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)的功能，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)的最大限度擴(kuò)展，并具有高度的統(tǒng)一性和開(kāi)放性。

圖1

系統(tǒng)分為三部分：數(shù)據(jù)支持、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)決策。數(shù)據(jù)支持包括實(shí)時(shí)獲取XML電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、SCADA實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、SVG圖形數(shù)據(jù)為風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；風(fēng)險(xiǎn)分析層通過(guò)確定電網(wǎng)指標(biāo)體系、確定指標(biāo)權(quán)重、評(píng)判集給出單因素和綜合因素關(guān)于電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度；風(fēng)險(xiǎn)決策層根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、相對(duì)威脅大小、風(fēng)險(xiǎn)防范措施能力來(lái)確定系統(tǒng)可以采用的風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

（2）界面展示及算法分析

“風(fēng)險(xiǎn)分析”模塊通過(guò)確定電網(wǎng)評(píng)價(jià)因素集和評(píng)語(yǔ)集，結(jié)合鉆夾給定的評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)，分析設(shè)備遭到失效威脅后的資產(chǎn)損失程度、威脅發(fā)生概率，評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，得出電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

圖2

“風(fēng)險(xiǎn)決策”模塊以電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，依據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》，綜合考慮電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論，建立設(shè)備狀態(tài)和電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)度二維關(guān)系模型，確立電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急措施。

圖3

5 結(jié)語(yǔ)

本文建立的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型綜合了層次分析法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)均衡化的方式得到電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合電網(wǎng)模型因子直觀的放映綜合評(píng)價(jià)的質(zhì)與量的關(guān)系，增強(qiáng)了指標(biāo)權(quán)重的可行性和合理性。在此基礎(chǔ)上建立的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)是對(duì)國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行分析制度的貫徹和執(zhí)行，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度各類(lèi)指標(biāo)的計(jì)算和分析，使得調(diào)度人員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況有了更全面、明確、定量化的理解，有助于更清楚的解釋調(diào)度運(yùn)行中的一些復(fù)雜相關(guān)性問(wèn)題，為智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

［1］ 張?jiān)茣?地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011，1-2.

［2］ 呂立召.非序貫蒙特卡洛改進(jìn)法在電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2011.

［3］ 馮永青，張伯明，吳文傳，等.基于可信性理論的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（一）運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的提出與發(fā)展.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（1）：17-23.FENG Yong-qing，ZHANG Bo-ming，WU Wen-chuan，et al.Power system operation risk assessment based on credibility theory part one propound and development of operation risk assessment［J］.Automation of Electric Power Systems，2006，30（1）：17-23.

［4］ 國(guó)家電網(wǎng)公司.電網(wǎng)運(yùn)行分析制度［P］.2006.

［5］ 顏 揚(yáng)，杜 綱.企業(yè)柔性的指標(biāo)體系及其AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法的研究［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，16（4）：120-123.YAN Yang，DU Gang.The index system of the enterprise flexibility and its AHP-fuzzy comprehensive evaluation method［J］.Journal of Gansu Sciences，2004，16（4）：120-123.

［6］ 徐婧文，張 威.模糊評(píng)價(jià)法在建設(shè)工程評(píng)標(biāo)中的應(yīng)用［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1999，11（4）：18-21.XU Jing-wen，ZHANG Wei.Application of indefinite appraised process to evaluating bid of construction engineering［J］.Journal of Gansu Sciences，1999，11（4）：18-21.