楊明亮，吳琛，劉旭斐，吳曉剛，黃偉，劉本希

（1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024）

0 前言

我國已經(jīng)建成了世界上規(guī)模最大的互聯(lián)電網(wǎng)，電網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模、設(shè)備數(shù)量和設(shè)備種類均居世界首位，是目前世界上最復(fù)雜的交直流互聯(lián)電網(wǎng)。電力安全事故嚴(yán)重危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。國務(wù)院發(fā)布和實(shí)施的《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》（國務(wù)院令第599號(hào)令）對(duì)電力故障造成電網(wǎng)減供進(jìn)行了明確的規(guī)定。開展不同時(shí)間尺度的電力事故事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警分析，是當(dāng)前電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控的重要手段[2-3]，同時(shí)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)提供參考。目前，電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分析及信息管理已經(jīng)有大量的研究成果[4-6]，但普遍存在一些問題，導(dǎo)致國內(nèi)省級(jí)電網(wǎng)在事故事件風(fēng)險(xiǎn)管理方面普遍缺乏靈活性高、實(shí)用性強(qiáng)的應(yīng)用系統(tǒng)。這些問題主要表現(xiàn)在：

1）調(diào)規(guī)中定義的事故事件類型多，所需判斷條件繁多，判斷邏輯復(fù)雜，難以統(tǒng)一信息化管理。

2）隨著電網(wǎng)發(fā)展，事故事件上報(bào)內(nèi)容和精度經(jīng)常發(fā)生變化，絕大部分信息系統(tǒng)按照固定的項(xiàng)目及判別條件設(shè)計(jì)，難以適應(yīng)不斷發(fā)展變化的要求。

3）已有研究一般僅針對(duì)單個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)，且側(cè)重于信息管理；少有面向省、地兩級(jí)用戶一體化管理的電網(wǎng)事故事件風(fēng)險(xiǎn)管理信息系統(tǒng)。

因此，迫切需要基于信息技術(shù)，開發(fā)一套省、地一體化事故事件預(yù)警信息管理系統(tǒng)，以解決當(dāng)前事故事件預(yù)警信息上報(bào)、統(tǒng)計(jì)和分析比較薄弱的局面[2,4]。

本文基于J2EE技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了省地一體化事故事件風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理系統(tǒng)，從事故事件管理模式出發(fā)，論述了系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，并從功能的靈活性、可擴(kuò)展性等方面闡述了系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)。最后以系統(tǒng)在云南電網(wǎng)中調(diào)及17個(gè)地調(diào)中的成功應(yīng)用說明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性以及實(shí)用性。

1 總體設(shè)計(jì)思路

1.1 事故事件類型及判別流程

南方電網(wǎng)以國務(wù)院發(fā)布的《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》為基礎(chǔ)，根據(jù)自身電網(wǎng)情況，編制了《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故事件調(diào)查規(guī)程》（Q/CSG 210020-2014）。本節(jié)以該規(guī)程為基礎(chǔ)，簡要說明事故事件評(píng)價(jià)依據(jù)以及判別流程。

根據(jù)故障后果嚴(yán)重程度，電力安全事故事件劃分為事故和事件兩大類，其中事故按后果嚴(yán)重程度從高到低劃分為特別重大事故、重大事故、較大事故和一般事故4級(jí)；事件劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)、六級(jí)、七級(jí)和八級(jí)共8級(jí)。事故（事件）的類型判定需要根據(jù)地區(qū)類型（省級(jí)、省會(huì)、一般地級(jí)市、縣級(jí)市等）、總負(fù)荷、總用戶數(shù)、減供負(fù)荷及比例、停電用戶數(shù)、停電用戶比例以及停電時(shí)長、減供用戶等級(jí)（特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)等）、失壓變電站電壓等級(jí)及數(shù)量等各類條件進(jìn)行綜合評(píng)判。依據(jù)事故事件調(diào)查規(guī)程判定故障發(fā)生條件下造成的事故事件等級(jí)（如圖1所示），是電網(wǎng)開展檢修和規(guī)劃的重要依據(jù)。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要針對(duì)這種類型的事故事件。

圖1 事故事件判別基本流程

1.2 三維可擴(kuò)展模式

事故事件預(yù)警信息管理在空間上需要滿足省、地兩級(jí)要求，同時(shí)考慮網(wǎng)調(diào)級(jí)別的上報(bào)需求；在時(shí)間上需要滿足短期、中期、長期等各種時(shí)間尺度要求；在功能上需要滿足信息上報(bào)、報(bào)表輸出、統(tǒng)計(jì)等各項(xiàng)需求。因此在系統(tǒng)構(gòu)建上需要滿足時(shí)間、空間和功能三個(gè)維度的擴(kuò)展要求，如圖2所示。

圖2 事故事件預(yù)警信息上報(bào)三維擴(kuò)展分析

1）時(shí)間維：事故事件上報(bào)需要面向設(shè)備投產(chǎn)、檢修以及年度、三年以及特殊方式等各種狀態(tài)下的電網(wǎng)運(yùn)行需求，因此十分有必要滿足多種時(shí)間尺度復(fù)雜擴(kuò)展需求。

2）空間維：對(duì)于事故事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，需要充分發(fā)揮各級(jí)調(diào)管機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，提高事故事件預(yù)警分析效率和準(zhǔn)確性。因此，在空間上需要考慮多級(jí)調(diào)度需求，以適應(yīng)電網(wǎng)多層級(jí)調(diào)度管理關(guān)系。

3）功能維：在功能上，一方面需要滿足數(shù)據(jù)上報(bào)需求；另外一方面，還需要滿足各種數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)分析等功能。再有，需要根據(jù)具體規(guī)程，對(duì)相應(yīng)的上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行事故等級(jí)判別，這些都要求系統(tǒng)在功能維上能夠靈活擴(kuò)展。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

2.1 基于J2EE的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到上報(bào)內(nèi)容繁多、事故事件評(píng)判復(fù)雜并且經(jīng)常發(fā)生變化，交互性要求高，系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)作為前后端交互技術(shù)[7]，并采用Java Swing實(shí)現(xiàn)RIA客戶端[8]。系統(tǒng)以滿足省地兩級(jí)用戶事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息上報(bào)和統(tǒng)計(jì)為目標(biāo)，以事故事件預(yù)警報(bào)表定制、預(yù)警信息上報(bào)、事故事件等級(jí)評(píng)估功能為核心，引入分級(jí)用戶權(quán)限管理、公式驅(qū)動(dòng)的事故事件評(píng)估引擎等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了包含基礎(chǔ)環(huán)境層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)支撐層、核心業(yè)務(wù)層的系統(tǒng)總體架構(gòu)，詳見圖3。

圖3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能以事故事件類別管理、自定義判別式管理為基礎(chǔ)，提供報(bào)表定制、方式自動(dòng)掃描分析、手動(dòng)上報(bào)及管理、統(tǒng)計(jì)查詢分析四大核心功能模塊，詳見圖4。

圖4 系統(tǒng)功能架構(gòu)

1）基礎(chǔ)支撐業(yè)務(wù)：這部分主要提供基礎(chǔ)事故事件類別管理，包括常用的N-1、N-1-1、變電站全停等，同時(shí)也可以由用戶根據(jù)使用需求新增擴(kuò)展。另外，根據(jù)事故事件判別條件多樣性以及不斷更新變化需求，提供自定義事故事件判別式功能。

2）報(bào)表定制：不同部門、不同時(shí)間尺度、不同的方案對(duì)應(yīng)的報(bào)表需求可能不同，為了滿足事故事件上報(bào)多樣性需求，以元變量定義為基礎(chǔ)，提供報(bào)表定制功能，同時(shí)為了適應(yīng)不同地區(qū)變化以及負(fù)荷變化情況，提供地區(qū)管理、地區(qū)負(fù)荷管理以及變電站負(fù)荷管理功能。

3）方式掃描分析：針對(duì)當(dāng)前南方電網(wǎng)主要采用PSD-BPA進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行方式仿真分析，為高效分析特定運(yùn)行方式下的事故事件風(fēng)險(xiǎn)情況，系統(tǒng)提供BPA運(yùn)行方式掃描分析事故事件預(yù)警信息的功能，能夠?qū)μ囟ǚ绞较碌木€路、變壓器支路等進(jìn)行N-1開斷掃描分析，統(tǒng)計(jì)變電站以及負(fù)荷損失，進(jìn)而判別對(duì)應(yīng)故障情況下可能造成的事故事件等級(jí)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式事故風(fēng)險(xiǎn)快速分析。

4）上報(bào)及管理：除了從方式掃描分析實(shí)現(xiàn)事故事件預(yù)警分析外，還可以由用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)上報(bào)設(shè)備故障下可能造成的事故事件情況。在上報(bào)過程中，用戶只需選擇故障設(shè)備、造成的變電站損失情況或負(fù)荷及用戶損失情況，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)初期填報(bào)的地區(qū)負(fù)荷、用戶數(shù)以及變電站下負(fù)荷情況進(jìn)行事故事件判別。

5）統(tǒng)計(jì)查詢分析：提供多維度統(tǒng)計(jì)查詢分析功能。

3 采用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 報(bào)表定制

事故事件使用到的數(shù)據(jù)非常復(fù)雜而且類型繁多，既有負(fù)荷損失、機(jī)組出力等數(shù)值類型，也有是、否等布爾類型，還有事故等級(jí)等選擇類型，并且隨著電網(wǎng)擴(kuò)展以及調(diào)度管理部門對(duì)電網(wǎng)調(diào)度精細(xì)化要求的不斷提高，需要滿足不斷變化的數(shù)據(jù)上報(bào)需求。本文設(shè)計(jì)了一種基于“通用數(shù)據(jù)類型”方式描述多維度數(shù)據(jù)的庫表結(jié)構(gòu)用于存儲(chǔ)所有類型數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)類型表定義數(shù)據(jù)字典id、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式等信息，通過數(shù)據(jù)格式支持基本數(shù)據(jù)類型以及擴(kuò)展數(shù)據(jù)類型；在此基礎(chǔ)上，定義報(bào)表結(jié)構(gòu)，確定報(bào)表每列數(shù)據(jù)字典id（dataid）；最后，建立報(bào)表數(shù)據(jù)表。各表之間的關(guān)系如圖5所示，由此，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的自定義和靈活擴(kuò)展。

圖5 自定義報(bào)表數(shù)據(jù)庫實(shí)體關(guān)系示意圖

3.2 基于公式驅(qū)動(dòng)的事故事件等級(jí)評(píng)估

傳統(tǒng)的直接在程序中實(shí)現(xiàn)判別算法難以適應(yīng)判別式變化和擴(kuò)展需求[9]。自定義公式能夠由用戶根據(jù)具體需求定義具體判別規(guī)則或流程[10]，本文基于自定義公式思想提出了一種基于公式驅(qū)動(dòng)的事故事件類型評(píng)估方法（如圖6所示），具體流程如下：

圖6 公式驅(qū)動(dòng)事故事件判別流程

1）在前述自定義數(shù)據(jù)以及自定義報(bào)表的基礎(chǔ)上，依據(jù)調(diào)規(guī)建立自定義判別公式；

2）根據(jù)報(bào)表數(shù)據(jù)表中的事故事件記錄，將具體數(shù)值（如負(fù)荷損失、用戶損失、變電站損失）代數(shù)公式；

3）調(diào)用公式引擎計(jì)算表達(dá)式結(jié)果，結(jié)果為邏輯真（true）表示滿足此事故事件判別標(biāo)準(zhǔn)，邏輯否（false）則表示不滿足。

4）對(duì)于某故障，對(duì)所有事故事件標(biāo)準(zhǔn)的判別式進(jìn)行循環(huán)，從所有滿足的事故事件等級(jí)中篩選出最高等級(jí)作為該故障最終造成的事故事件等級(jí)。

3.3 向?qū)绞鹿适录A(yù)警信息填報(bào)

系統(tǒng)支持兩種事故事件預(yù)警信息錄入方式，一種是通過方式掃描錄入，這種方法可通過運(yùn)行方式掃描快速分析故障下可能造成的事故事件，另外一種是人工錄入的方式作為補(bǔ)充。故障下事故事件分析需要錄入的信息繁雜，并且需要根據(jù)不同的輸入信息決定后續(xù)的一些輸入信息。為了保證填報(bào)信息的正確性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)向?qū)叫畔浫敕绞?，如圖7所示：添加新的故障下事故事件信息時(shí)，逐步給出后續(xù)需要填報(bào)的內(nèi)容，保證信息錄入的連貫性和完整性。

圖7 向?qū)绞鹿适录A(yù)警信息填報(bào)流程

3.4 基于廣度優(yōu)先搜索事故風(fēng)險(xiǎn)掃描

當(dāng)前南方電網(wǎng)主要采用PSD-BPA進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行方式仿真分析，為了提高分析效率，系統(tǒng)提供BPA運(yùn)行方式掃描事故事件預(yù)警分析的功能。該功能基于廣度優(yōu)先搜索算法，根據(jù)篩選條件對(duì)線路或變壓器支路進(jìn)行開斷掃描，逐個(gè)統(tǒng)計(jì)開斷后形成的孤島中的負(fù)荷損失或變電站損失數(shù)，進(jìn)而判定該故障造成的事故事件等級(jí)。具體流程如圖8所示。

圖8 基于廣度優(yōu)先搜索的負(fù)荷損失統(tǒng)計(jì)

4 應(yīng)用實(shí)例

本文所介紹的方法已經(jīng)在云南電網(wǎng)省地一體化事故事件風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分析系統(tǒng)中得到應(yīng)用。云南電網(wǎng)是我國“西電東送”的主要電源基地，裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)超過1億kW，域內(nèi)交直流混連情況復(fù)雜，局部電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，設(shè)備故障下事故事件風(fēng)險(xiǎn)高，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，是我國最復(fù)雜的省級(jí)電網(wǎng)之一。云南電網(wǎng)省地一體化事故事件風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分析系統(tǒng)自2020年投運(yùn)以來支撐了省調(diào)及17個(gè)地調(diào)各類事故事件預(yù)警信息上報(bào)及評(píng)估分析，涉及三年運(yùn)行方式、年度運(yùn)行方式、迎峰度夏運(yùn)行方式等不同時(shí)間尺度的事故事件分析，為電網(wǎng)檢修和規(guī)劃工作的開展提供了重要依據(jù)。系統(tǒng)以功能豐富、操作便捷、靈活性和擴(kuò)展性良好得到了用戶的高度認(rèn)可。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合我國電網(wǎng)調(diào)度管理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了省地一體化事故事件風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各類故障下事故事件預(yù)警評(píng)估分析，為事故事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供可靠依據(jù)，形成了一整套適應(yīng)于省、地多級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行方式的風(fēng)險(xiǎn)水平評(píng)估策略，并成功應(yīng)用于云南電網(wǎng)省調(diào)及17個(gè)地調(diào)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、關(guān)鍵技術(shù)可以為類似信息管理系統(tǒng)提供參考和借鑒。