鄒清林，唐健，劉裕昆，何井龍

（廣西電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，廣西南寧 530023）

一種滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)完備性的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估方法

鄒清林1，唐健1，劉裕昆1，何井龍1

（廣西電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，廣西南寧 530023）

調(diào)度操作是對(duì)電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行組織、指揮和協(xié)調(diào)的日常工作，是保證源荷互動(dòng)、能流交換正常進(jìn)行、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。目前，省級(jí)調(diào)度控制中心多以調(diào)度操作票的形式實(shí)現(xiàn)調(diào)度操作的主體行為，即調(diào)度人員將操作命令以操作票的形式下發(fā)到受令單位[1]。根據(jù)國(guó)務(wù)院第599號(hào)令《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》、《中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故（事件）調(diào)查規(guī)程》、《中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行操作管理規(guī)定》和《南方電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》），調(diào)度令應(yīng)該滿(mǎn)足精益化、準(zhǔn)確化和低風(fēng)險(xiǎn)化的要求，但在調(diào)度運(yùn)行人員下令和操作的執(zhí)行過(guò)程中，由于多種不確定性因素的存在，預(yù)先擬定的調(diào)度操作票的風(fēng)險(xiǎn)水平也會(huì)發(fā)生變化。例如，解合環(huán)操作時(shí)，在正常執(zhí)行的條件下仍然可能導(dǎo)致系統(tǒng)潮流轉(zhuǎn)移，造成某些設(shè)備過(guò)載或斷面越限。因此，考慮調(diào)度操作過(guò)程中的多維風(fēng)險(xiǎn)因素影響，確保操作全過(guò)程的合理性、正確性及低風(fēng)險(xiǎn)性顯得尤為重要。

為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，文獻(xiàn)[2-7]對(duì)新形式下操作票的智能校驗(yàn)與自動(dòng)生成功能進(jìn)行了研究。然而，調(diào)度操作票的審核仍由調(diào)度運(yùn)行人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，傳統(tǒng)的操作票安全校驗(yàn)僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作順序合理性的邏輯判斷，無(wú)法對(duì)調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行分析和計(jì)算[8-9]。實(shí)際上，調(diào)度操作票可分解為唯一確定的單項(xiàng)令序列，在各步單項(xiàng)令操作之間均存在著系統(tǒng)狀態(tài)的過(guò)渡與轉(zhuǎn)移，在狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，受到操作本身、設(shè)備因素、天氣影響、負(fù)荷變化等都可能使系統(tǒng)處于非安全的狀態(tài)，有必要對(duì)調(diào)度操作過(guò)程中系統(tǒng)可能的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)集進(jìn)行搜索和量化判斷，提前預(yù)判可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)水平[10-13]。

近年來(lái)，針對(duì)調(diào)度操作過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)校核判斷已引起了有關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注，以期作為系統(tǒng)預(yù)警、輔助決策的重要參考。文獻(xiàn)[14]介紹了一種調(diào)度操作安全風(fēng)險(xiǎn)防控系統(tǒng)的體系及功能構(gòu)成，并提出了2種操作過(guò)程的校核方案，但更側(cè)重于調(diào)度操作票中邏輯規(guī)則的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但未提出具體的指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[15]對(duì)操作過(guò)程中電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的可能風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估計(jì)算，但僅考慮了電網(wǎng)設(shè)備故障的概率性。文獻(xiàn)[16]將調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)水平的影響因素分為各步操作結(jié)果和設(shè)備故障2類(lèi)，并制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行量化。文獻(xiàn)[17]提出了一種針對(duì)調(diào)度操作的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，采用故障樹(shù)分析和狀態(tài)枚舉對(duì)操作風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算。但由于狀態(tài)枚舉法的固有缺陷，文獻(xiàn)[16]和文獻(xiàn)[17]所提方法在大規(guī)模實(shí)際電網(wǎng)中應(yīng)用的可能性較小。文獻(xiàn)[18]將調(diào)度操作分為2種狀態(tài)，并建立了量化風(fēng)險(xiǎn)后果的指標(biāo)體系，但未考慮調(diào)度操作過(guò)程中多種不確定因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)水平的影響。文獻(xiàn)[11]通過(guò)廣義斷面進(jìn)行操作關(guān)聯(lián)設(shè)備搜索，最終實(shí)現(xiàn)考慮操作關(guān)聯(lián)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但未計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)的概率。

這些研究多只考慮調(diào)度操作可能造成的負(fù)荷削減后果，未計(jì)及調(diào)度操作可能對(duì)設(shè)備、斷面等造成的危害，且尚未對(duì)風(fēng)險(xiǎn)本身的概率進(jìn)行全面的分析計(jì)算。因此，本文在滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)完備性的前提下，提出一種調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估方法，充分考慮影響調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)水平的因素，計(jì)及調(diào)度運(yùn)行人員和社會(huì)時(shí)期對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)危害的影響，以設(shè)備重載、斷面越限、電壓越限、失負(fù)荷和頻率波動(dòng)5個(gè)指標(biāo)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)危害量化的指標(biāo)體系，結(jié)合設(shè)備狀態(tài)、人員疲勞狀態(tài)、人員工作密度、天氣狀態(tài)等概率指標(biāo)對(duì)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估。

1 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)《運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)可定義為電網(wǎng)運(yùn)行安全的不確定性，即可能影響電網(wǎng)運(yùn)行安全的因素、事件或狀態(tài)發(fā)生的可能性及危害的組合。通過(guò)對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率、對(duì)電網(wǎng)安全和供電的影響程度的分析，可將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為6個(gè)級(jí)別（見(jiàn)表1）。

表1 電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Tab.1 The risk level of power grid operation

相應(yīng)地，將這個(gè)概念運(yùn)用于調(diào)度操作，可知調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)包括2個(gè)層面：一方面要考慮可能影響調(diào)度操作安全的風(fēng)險(xiǎn)因素的可能性；另一方面要考慮各風(fēng)險(xiǎn)因素作用后風(fēng)險(xiǎn)水平的大小，即要滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)的完備性。參照《運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合調(diào)度操作特點(diǎn)，調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也可分為5類(lèi)：Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（終止操作）、Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（緊急控制）、Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（重點(diǎn)關(guān)注）、Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（適當(dāng)關(guān)注）、Ⅵ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（無(wú)需關(guān)注）。

實(shí)質(zhì)上，電網(wǎng)調(diào)度操作以受令單位按照操作票進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換的形式完成。而調(diào)度操作票可分解為1組唯一確定的邏輯性單項(xiàng)令序列，在各單項(xiàng)令執(zhí)行的過(guò)程中，系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平受到操作本身、電網(wǎng)波動(dòng)、環(huán)境因素、人員狀態(tài)4類(lèi)不確定因素的制約。其中，操作本身風(fēng)險(xiǎn)是指在操作完成時(shí)刻及操作完成后可能造成的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況；電網(wǎng)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)是指調(diào)度操作過(guò)程中系統(tǒng)狀態(tài)變化[19]，如機(jī)組出力[20]、負(fù)荷變化[21]、設(shè)備狀態(tài)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)水平變化；環(huán)境因素風(fēng)險(xiǎn)除了天氣因素外，還包括調(diào)度操作所處的社會(huì)時(shí)期；而人員狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)則是指調(diào)度運(yùn)行人員下令時(shí)的疲勞程度、工作強(qiáng)度對(duì)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)的影響。

調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)關(guān)注斷路器、刀閘等開(kāi)關(guān)設(shè)備操作過(guò)程潛在的風(fēng)險(xiǎn)，在操作配合序列中，每一步的操作均可能生成不同的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，并使系統(tǒng)處于不同的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)中，分析總結(jié)實(shí)際調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本文所考慮的調(diào)度操作狀態(tài)和調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)包括以下3個(gè)方面：

1）基態(tài)S0和基態(tài)風(fēng)險(xiǎn)C0?；鶓B(tài)指完成操作步驟時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，即為該項(xiàng)操作的預(yù)想故障所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)。預(yù)想故障包括斷開(kāi)斷路器時(shí)因斷路器機(jī)械故障等使得操作失敗或因爆炸等致使發(fā)生接地故障；拉開(kāi)或合上隔離開(kāi)關(guān)時(shí)因隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械故障等致使操作失敗或因支持瓷瓶斷裂等致使發(fā)生接地故障。在該系統(tǒng)狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)即為基態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2）靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)S1和靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)C1。靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)指某單項(xiàng)令操作完成后，預(yù)想的所有可能危害系統(tǒng)靜態(tài)安全的故障狀態(tài)集合，對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)之和即為靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3）暫態(tài)安全發(fā)展態(tài)S2和暫態(tài)安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)C2。分別指該單項(xiàng)令操作完成后，可能影響系統(tǒng)暫態(tài)安全的預(yù)想故障狀態(tài)集合及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

2 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景辨識(shí)方法

調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景除了調(diào)度操作執(zhí)行過(guò)程中由操作狀態(tài)不確定性引起的傳統(tǒng)潮流風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)外，還包括在操作完成后，電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的發(fā)展階段風(fēng)險(xiǎn)。因此，在進(jìn)行調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估前，需對(duì)各操作發(fā)展階段的可能系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行辨識(shí)，由風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的預(yù)想可知，調(diào)度操作發(fā)展階段對(duì)系統(tǒng)的可能影響主要包括靜態(tài)和暫態(tài)2方面。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)量化

電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)主要由電網(wǎng)的負(fù)荷水平、出力情況以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)決定[22]，其風(fēng)險(xiǎn)的根源在于電網(wǎng)行為的隨機(jī)特征。負(fù)荷水平、出力情況、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化會(huì)使系統(tǒng)狀態(tài)有不同的轉(zhuǎn)移方向，如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意Fig.1 Diagram of operation state variation in the power system

圖1中：S0為系統(tǒng)初始狀態(tài)；S′為系統(tǒng)新?tīng)顟B(tài)；實(shí)線(xiàn)軌跡為連續(xù)變化過(guò)程，如電氣參數(shù)變化；虛線(xiàn)軌跡為階躍變化過(guò)程，如物理參數(shù)變化。

由風(fēng)險(xiǎn)的通用定義可知，風(fēng)險(xiǎn)值可定義為不確定風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的后果嚴(yán)重程度及其概率的度量，即風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重程度與其對(duì)應(yīng)概率的乘積：

式中：XS為不確定性事件發(fā)生后的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；St為不確定性事件發(fā)生前的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；St+1為下一時(shí)段的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；Ci為第i個(gè)系統(tǒng)不確定性事件；R（XS|St）為St條件下XS的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值；Pr（Ci，St+1|St）為St條件下出現(xiàn)Ci和St+1的概率；Ea（XS|Ci，St+1）為Ci和St+1下不確定性事件發(fā)生導(dǎo)致的后果。

根據(jù)調(diào)度操作的可分解性，可定義調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)為可能潛在的最大調(diào)度操作單項(xiàng)令風(fēng)險(xiǎn)值之和，由式（1）可知：

式中：R（Dc|Sn）為系統(tǒng)狀態(tài)Sn下執(zhí)行調(diào)度操作Dc的風(fēng)險(xiǎn)值；Ea（Ci，j|Si，j）為第i條單項(xiàng)令第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下造成第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的后果，Pr（Ci，j|Si，j）為第i條單項(xiàng)令第j個(gè)險(xiǎn)狀態(tài)下造成第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的概率；Sr為調(diào)度操作可能的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)集，本文考慮基態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和暫態(tài)安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 N-1掃描

針對(duì)調(diào)度操作發(fā)展階段的N-1掃描旨在對(duì)調(diào)度操作后引發(fā)的預(yù)想事故情況進(jìn)行分析，即當(dāng)調(diào)度操作完成后，由于預(yù)想故障發(fā)生使線(xiàn)路、變壓器退出運(yùn)行后，是否會(huì)引起其他設(shè)備過(guò)載、節(jié)點(diǎn)電壓越限。

在進(jìn)行電網(wǎng)N-1掃描時(shí)，常采用補(bǔ)償法。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)某條支路開(kāi)斷的情況時(shí)，可運(yùn)用補(bǔ)償法將其等價(jià)為在正常運(yùn)行的2端節(jié)點(diǎn)處引入某一待求的功率增量（稱(chēng)為補(bǔ)償功率）以模擬支路開(kāi)斷的影響，從而規(guī)避繁瑣的導(dǎo)納矩陣修改，利用原來(lái)的因子表來(lái)計(jì)算支路開(kāi)斷后的網(wǎng)絡(luò)潮流。

設(shè)網(wǎng)絡(luò)N的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣已經(jīng)形成，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i、j之間的支路開(kāi)斷時(shí)，可等效為在原正常運(yùn)行支路基礎(chǔ)上并聯(lián)一個(gè)追加的支路阻抗Zij，其值等于被開(kāi)斷的支路阻抗的幅值，此時(shí)原網(wǎng)絡(luò)的注入電流將由變?yōu)?，再利用原網(wǎng)絡(luò)因子表對(duì)進(jìn)行消去回代運(yùn)算就可得到節(jié)點(diǎn)電壓向量。

2.3 N-1OPF

當(dāng)一項(xiàng)調(diào)度操作完成后，系統(tǒng)連續(xù)或階躍地由原狀態(tài)變化到新?tīng)顟B(tài)，可采用N-1最優(yōu)潮流對(duì)新運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，令指定的目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)滿(mǎn)足系統(tǒng)在N-1狀態(tài)下對(duì)控制變量、狀態(tài)變量及變量函數(shù)的物理限制和運(yùn)行限制。

目標(biāo)函數(shù)

式中：PDi0為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)原有有功負(fù)荷；PDi為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷；SD為負(fù)荷集合。

約束條件包括等式約束和不等式約束。

1）正常狀態(tài)下潮流約束：

2）節(jié)點(diǎn)電壓約束：

3）補(bǔ)償設(shè)備無(wú)功功率輸出約束：

4）支路電流約束：

5）N-1故障態(tài)支路電流約束：

6）機(jī)組出力約束：

7）節(jié)點(diǎn)負(fù)荷約束：

通過(guò)求解模型即可得出在該N-1運(yùn)行條件下的失負(fù)荷量及對(duì)應(yīng)的調(diào)整策略。

2.4 暫態(tài)穩(wěn)定安全掃描

對(duì)調(diào)度操作過(guò)程潛在的暫態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)暫態(tài)穩(wěn)定安全掃描進(jìn)行識(shí)別[23]。

系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可以由一組非線(xiàn)性微分方程組和一組非線(xiàn)性代數(shù)方程組描述：

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性化后可得：

式中：J為系統(tǒng)線(xiàn)性化矩陣；ΔX為狀態(tài)（微分）變量；ΔY為代數(shù)變量。由式（4）中消去非狀態(tài)變量可得：

式（13）為系統(tǒng)的狀態(tài)方程。其中，A為n×n維系數(shù)矩陣，稱(chēng)為該系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣。對(duì)于由狀態(tài)方程描述的電力系統(tǒng)，其暫態(tài)穩(wěn)定特性由QR算法計(jì)算出的狀態(tài)矩陣的所有特征值確定[24]。

3 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算

3.1 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)危害量化計(jì)算方法

風(fēng)險(xiǎn)危害計(jì)算是對(duì)調(diào)度操作可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)后果進(jìn)行量化的描述[25]，根據(jù)電力調(diào)度實(shí)際情況，本文采用設(shè)備重載、斷面越限、電壓越限、失負(fù)荷和頻率波動(dòng)5個(gè)指標(biāo)作為調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)危害的量化指標(biāo)，具體定義如下。

1）設(shè)備重載指標(biāo)REO。根據(jù)調(diào)度操作可能造成的重載設(shè)備類(lèi)型的不同，設(shè)備重載指標(biāo)又包括線(xiàn)路重載指標(biāo)RL和主變重載指標(biāo)RT：

式中：Il為第l條重載線(xiàn)路的實(shí)際電流；k為線(xiàn)路重載閾值系數(shù)，k∈（0，1）；IN為第l條重載線(xiàn)路的額定電流；αL為線(xiàn)路重載懲罰系數(shù)；SL為重載線(xiàn)路集。

式中：ηt為主變的負(fù)載率；αT1為主變重載懲罰系數(shù)；αT2為主變過(guò)載懲罰系數(shù)，且αT1＜αT2；ST為重載主變集。

通常情況下，電壓等級(jí)高的重載設(shè)備發(fā)生故障后的后果比電壓等級(jí)低的重載設(shè)備要嚴(yán)重，重載主變故障后導(dǎo)致的后果比重載線(xiàn)路更為嚴(yán)重，因此，定義線(xiàn)路重載修正系數(shù)CL和主變重載修正系數(shù)CT、CL、CT∈[0，1]，其值越大表示設(shè)備在電網(wǎng)中的重要程度越大，重載后所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)后也就越大，修正后可得設(shè)備重載指標(biāo)：

2）斷面越限指標(biāo)RSO：

式中，Ps為斷面實(shí)際功率；PN為斷面額定功率；SS為越限斷面集。

（3）電壓越限指標(biāo)RVO：

式中：Vi為節(jié)點(diǎn)實(shí)際電壓；Vi，n為節(jié)點(diǎn)額定電壓；λ為正常電壓范圍，常取λup=0.05，λdown=0.95。

根據(jù)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型不同，可將調(diào)度操作的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)劃分為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、變電站母線(xiàn)節(jié)點(diǎn)和上級(jí)電源節(jié)點(diǎn)，這3類(lèi)節(jié)點(diǎn)功能的不同，其越限后所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)危害也顯著不同。為此，定義節(jié)點(diǎn)電壓越限修正系數(shù)CN，CN∈[0，1]，其值越大表示該節(jié)點(diǎn)電壓越限的后果越大，修正后的電壓越限指標(biāo)RVO為

4）失負(fù)荷指標(biāo)RLL：

式中：Pi為第i個(gè)失負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率削減量；Pi，0為第i個(gè)失負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在負(fù)荷削減前的有功功率；SLN為需要進(jìn)行負(fù)荷削減的失負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集。

（5）頻率波動(dòng)指標(biāo)RSP：

式中：Zd，min為當(dāng)前系統(tǒng)頻率波動(dòng)情況下的最小阻尼比；Zmin為當(dāng)前系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最小阻尼比。

由風(fēng)險(xiǎn)的可加性可知，對(duì)于任一步單項(xiàng)令操作，其可能引起的風(fēng)險(xiǎn)危害為：

然而，式（22）指標(biāo)僅表征了某一單項(xiàng)令操作的可能風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)值特征，并未考慮調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)及社會(huì)時(shí)期對(duì)風(fēng)險(xiǎn)水平的影響。在電網(wǎng)實(shí)際的調(diào)度過(guò)程中，隨著調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)積累，其對(duì)操作票下令后風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注程度并非一成不變。而社會(huì)時(shí)期雖不影響操作執(zhí)行后的電網(wǎng)狀態(tài)，但在不同的保供電時(shí)期，電網(wǎng)發(fā)生相同故障或存在相同的風(fēng)險(xiǎn)后果所產(chǎn)生的社會(huì)影響不同，其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)水平有著不可忽略的影響。為此引入關(guān)注度修正系數(shù)δ和社會(huì)時(shí)期修正系數(shù)ε，其定義和取值如下：

1）關(guān)注度修正系數(shù)δ。反映調(diào)度員對(duì)某一調(diào)度指令可能誘發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)危害的關(guān)注程度，其值介于0、1之間，值越大表示調(diào)度員的關(guān)注程度越大，在風(fēng)險(xiǎn)量化過(guò)程中由調(diào)度員主觀(guān)確定，即δ∈[0，1]。

2）社會(huì)時(shí)期修正系數(shù)ε。根據(jù)《運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，取值如表2所示。

表2 社會(huì)時(shí)期修正系數(shù)取值Tab.2 The value of correction coefficient in the social period

由此可得修正后的風(fēng)險(xiǎn)危害量化結(jié)果為

3.2 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)概率量化計(jì)算方法

調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估除了對(duì)風(fēng)險(xiǎn)危害的量化計(jì)算外，還包括對(duì)風(fēng)險(xiǎn)危害出現(xiàn)可能性的判斷，根據(jù)調(diào)度操作的特點(diǎn)，本文定義設(shè)備狀態(tài)、人員疲勞狀態(tài)、人員工作密度和天氣狀態(tài)4個(gè)概率指標(biāo)。

1）設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)PES。反映調(diào)度操作設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)概率，取值介于0、1之間，值越大表示設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)概率越大，采用德?tīng)柗品ńy(tǒng)計(jì)調(diào)度員對(duì)不同廠(chǎng)家、不同裝設(shè)位置、不同裝設(shè)時(shí)間、不同操作頻率設(shè)備的主觀(guān)風(fēng)險(xiǎn)概率值，通過(guò)余弦相似度法進(jìn)行整合得出各類(lèi)設(shè)備對(duì)應(yīng)的綜合設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)，余弦相似度法過(guò)程說(shuō)明如下：

對(duì)每位調(diào)度員給出的設(shè)備狀態(tài)序列矢量求取其方向上的單位矢量

然后對(duì)所有的求和eyi求和，并將求和項(xiàng)得到的矢量歸一化，可得到綜合設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)，以此作為調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估的設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)。

2）人員疲勞狀態(tài)PPS。不同班組的調(diào)度人員的疲勞程度對(duì)調(diào)度操作的概率影響不容忽視，夜班由于疲勞嚴(yán)重，其風(fēng)險(xiǎn)概率將高于白班，通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)可得出各個(gè)班組、各時(shí)段的人員疲勞狀態(tài)。

3）人員工作密度PWD。假設(shè)調(diào)度人員的工作密度主要由最近30min內(nèi)的工作量影響，30min以前的工作情況對(duì)調(diào)度人員的影響可以忽略，由此可得：

式中：τ為調(diào)度員下令時(shí)前30 min內(nèi)的下令條數(shù)。

4）天氣狀態(tài)PWS。天氣狀況的好壞對(duì)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生與否具有重要影響，根據(jù)《運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，天氣狀態(tài)指標(biāo)取值如表1所示。

表3 天氣狀態(tài)取值Tab.3 The value of weather state

由1）～4）4個(gè)指標(biāo)之間相互獨(dú)立，調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)概率可定義為

由式（10）和式（13）可知，第條單項(xiàng)令的風(fēng)險(xiǎn)為

則某條調(diào)度操作令的風(fēng)險(xiǎn)為

4 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估流程

本文所討論的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估實(shí)質(zhì)上是對(duì)調(diào)度操作過(guò)程中可能造成的基態(tài)、靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)及暫態(tài)安全發(fā)展態(tài)3種風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的危害性和概率性進(jìn)行分析計(jì)算，具體實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估流程Fig.2 The process of the dispatch risk assessment

其中，在單項(xiàng)令操作模擬過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)該操作可能的風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行量化；在單項(xiàng)令發(fā)展態(tài)模擬過(guò)程中模擬在該單項(xiàng)令操作完成后可能引發(fā)的靜態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)和暫態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)可能造成越限、過(guò)載及系統(tǒng)振蕩的發(fā)展態(tài)場(chǎng)景進(jìn)行N-1OPF計(jì)算，對(duì)切負(fù)荷情況進(jìn)行定量判斷。

5 算例分析

以IEEE30節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)為例，將節(jié)點(diǎn)6擴(kuò)展為低壓側(cè)單母線(xiàn)2分段、高壓側(cè)雙母線(xiàn)接線(xiàn)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。k=0.8，αL=2，αT1=1.5，αT2=2，CL=1，CT=1，CN=1，Zmin=0.05，δ=1，ε=1，風(fēng)險(xiǎn)概率由0.9～1.2的隨機(jī)數(shù)模擬。

圖3 IEEE30節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)Fig.3 IEEE 30 bus test system

以節(jié)點(diǎn)6的4號(hào)線(xiàn)路由定行狀態(tài)轉(zhuǎn)為泛備用狀態(tài)為例，補(bǔ)充分解后的單項(xiàng)令序列如表4所示。

表4 1號(hào)主變由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)單項(xiàng)令序列Tab.4 The single order sequence of converting No.1transformer from operating state to cool reserve state

其中，G42、G41分別為4號(hào)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置刀閘。根據(jù)本文所提方法計(jì)算出各個(gè)單項(xiàng)令序列的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果如圖4所示，綜合可得該綜合令的風(fēng)險(xiǎn)。

由圖3可知當(dāng)?shù)谝徊讲僮鞒晒?zhí)行后，4號(hào)線(xiàn)路從系統(tǒng)中退出，其余的單項(xiàng)令操作均不會(huì)引起新的設(shè)備退出運(yùn)行，即不會(huì)產(chǎn)生新的基態(tài)風(fēng)險(xiǎn)后果。因此，各單項(xiàng)令操作的風(fēng)險(xiǎn)危害一致，但由于風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算過(guò)程中考慮了多概率因素的影響，使得各單項(xiàng)令操作的風(fēng)險(xiǎn)量化結(jié)果存在差異。而在任意單項(xiàng)令操作完成后，系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于基態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這是由于當(dāng)4號(hào)主變退出運(yùn)行后，當(dāng)4號(hào)線(xiàn)路退出運(yùn)行后，4號(hào)節(jié)點(diǎn)與6號(hào)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系減弱，使得原本的潮流通過(guò)其余網(wǎng)架進(jìn)行轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)的安全運(yùn)行裕度減少，若再發(fā)生任意設(shè)備的退出運(yùn)行，潮流將轉(zhuǎn)移到剩余設(shè)備，進(jìn)一步造成設(shè)備的重載甚至重載運(yùn)行。

圖4 4號(hào)線(xiàn)路由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果Fig.4 The risk result of converting No.4 transformer from operating state to cool reserve state

在實(shí)際調(diào)度操作過(guò)程中，常存在某一操作存在多種操作方案的情況，由于各操作方案涉及的設(shè)備及順序不同，使得潮流流向存在差異，在同一操作時(shí)刻下，可能的風(fēng)險(xiǎn)水平也不同。以圖3中4號(hào)主變倒母操作為例，常見(jiàn)的2種調(diào)度操作方案如表5所示。

表5 1號(hào)主變倒母操作方案Tab.5 The dispatching steps of the switching over bus for No.1 transformer

根據(jù)本文所提的方法，對(duì)2種調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估，結(jié)果如圖5所示。由于熱倒過(guò)程中并未涉及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化，僅僅是刀閘的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，因此熱倒操作的基態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為0。由圖5計(jì)算結(jié)果可知，安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，冷倒的靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)楫?dāng)合上G3后，6號(hào)節(jié)點(diǎn)的兩條母線(xiàn)處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)，若此時(shí)發(fā)生短路接地，則會(huì)造成母線(xiàn)所連出線(xiàn)跳閘。而冷倒操作首先斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)D3，從結(jié)構(gòu)上避免了母線(xiàn)跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，使調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)水平下降。

6 結(jié)語(yǔ)

本文將風(fēng)險(xiǎn)理論引入調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估中，計(jì)及調(diào)度操作過(guò)程中多因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的概率影響，提出了滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)完備性的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估方法。該方法將調(diào)度操作所引起的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移分為基態(tài)、靜態(tài)安全發(fā)展態(tài)和暫態(tài)安全發(fā)展態(tài)，并在對(duì)3種風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算評(píng)估過(guò)程中，充分考慮了調(diào)度員狀態(tài)、設(shè)備情況和外部環(huán)境對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率的影響?；贗EEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果表明，該方法通過(guò)評(píng)估各調(diào)度操作步驟的風(fēng)險(xiǎn)情況，可在調(diào)度操作執(zhí)行前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)演，輔助調(diào)度運(yùn)行人員在下令前對(duì)操作可能引起的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)先制定預(yù)控策略，能夠有效降低調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)水平，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 4號(hào)線(xiàn)路倒母操作不同方案風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果Fig.5 The risk result of a different plan of switching over bus for No.4 transformer

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A Risk Quantitative Evaluation Method of the Dispatching Operation Considering the Complete Risk

ZOU Qinglin1，TANG Jian1，LIU Yukun1，HE Jinglong1
（Guangxi Power Grid Dispatching Control Centre，Nanning 530023，Guangxi，China）

In addition to giving a numerical evaluation of the potential system risk that a certain dispatch operate may bring，this paper introduces the risk theory to the quantitative evaluation of dispatch operation and proposes a complete evaluating method of risk.In this method，the consequence and probability of the risk of dispatch operation is fully considered.The method，based on the traditional evaluation of the dispatch operation risk and using N-1OPF model in the calculation of loss of load and considering the impact of attention and social situation，revises the hazard value of risk.Besides，it considers the various uncertain factors that affect the probability of the risk，and builds a risk evaluation system to evaluate the probability of the dispatch operation risk.Based on the hazard and probability of the risk，the paper works out the final dispatch operation risk.The paper also uses the IEEE30 node system to verify the effectiveness of the method.

dispatch operation；completeness；risk quantitative evaluation；N-1OPF；assistant decision

為對(duì)某一調(diào)度操作可能造成的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行數(shù)值化的評(píng)價(jià)，將風(fēng)險(xiǎn)理論引入調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估中，提出一種滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)完備性的評(píng)估方法。該方法充分考慮了調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)的危害后果和發(fā)生概率，在傳統(tǒng)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)危害評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用N-1最優(yōu)潮流模型計(jì)算切負(fù)荷指標(biāo)，并考慮關(guān)注度和社會(huì)時(shí)期的影響作用，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)危害值進(jìn)行校正。此外，計(jì)及調(diào)度操作過(guò)程中影響風(fēng)險(xiǎn)可能性的多維不確定因子，分析并建立風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)價(jià)體系，用于評(píng)估調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率。基于風(fēng)險(xiǎn)危害和風(fēng)險(xiǎn)概率得出最終的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)?；贗EEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果表明，該方法通過(guò)評(píng)估各調(diào)度操作步驟的風(fēng)險(xiǎn)情況，可在調(diào)度操作執(zhí)行前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)演，輔助調(diào)度運(yùn)行人員在下令前對(duì)操作可能引起的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)先制定預(yù)控策略，能夠有效降低調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)水平，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

調(diào)度操作；完備性；風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估；N-1最優(yōu)潮流；輔助決策

1674-3814（2017）09-0032-09

TM734

A

廣西電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（GXKJXM20151051）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）資助項(xiàng)目（2013CB228205）。

Project Supported by the Science and Technology Program of Guangxi Power Grid（GXKJXM20151051）；the National Key Basic Research Program of China（973 Program）（2013CB228205）.

2017-03-06。

鄒清林（1978—），男，本科，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行管理工作；

唐 健（1979—），男，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行管理工作；

劉裕昆（1985—），男，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行管理工作；

何井龍（1984-），男，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行管理工作。

（編輯 董小兵）