張弓帥 龔玉辛 李建國(guó)

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局）

0 引言

由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等間斷可再生資源的大量涌入，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行具有較強(qiáng)的不確定性和時(shí)間復(fù)雜度，電力系統(tǒng)在運(yùn)行中的規(guī)律性和穩(wěn)定性問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)峻。在電力系統(tǒng)中，隨著先進(jìn)的控制技術(shù)、通信技術(shù)以及其他技術(shù)的逐步普及和運(yùn)用，必將使電力系統(tǒng)的運(yùn)行變得更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的以人為依據(jù)進(jìn)行脫機(jī)事故的分析和事故處理方案的常規(guī)方法已不能滿(mǎn)足大網(wǎng)絡(luò)的變化，需要對(duì)電力系統(tǒng)的精細(xì)操作和在線(xiàn)安全性進(jìn)行研究。

1 電網(wǎng)精細(xì)化在線(xiàn)安全分析系統(tǒng)

由于電力系統(tǒng)中的使用者數(shù)量不斷增加，負(fù)荷不斷增加，加之電力系統(tǒng)的工作模式逐漸發(fā)生改變，其工作特點(diǎn)也越來(lái)越復(fù)雜，因此電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路時(shí)波及的范圍也越來(lái)越廣。為了更好地解決以上問(wèn)題，做好電力市場(chǎng)的實(shí)際操作和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，電力市場(chǎng)的調(diào)控和運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)正在大力發(fā)展在線(xiàn)安全分析技術(shù)。電網(wǎng)調(diào)度人員通過(guò)使用在線(xiàn)分析軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、運(yùn)算，大大減少了負(fù)荷，通過(guò)可視化的監(jiān)控與操作平臺(tái)，可以直觀(guān)、快速地掌握電網(wǎng)運(yùn)行信息，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行隱患，并有針對(duì)性的實(shí)施調(diào)度，有力保障了電網(wǎng)運(yùn)行的持續(xù)性和穩(wěn)定性。該軟件具有在線(xiàn)穩(wěn)定分析與預(yù)警、穩(wěn)定裕度評(píng)價(jià)和輔助判斷分析等多種功能，能夠?qū)﹄娏κ袌?chǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合的在線(xiàn)分析，并給出相應(yīng)的校驗(yàn)和修正的戰(zhàn)略，包括：暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、短路電流的統(tǒng)計(jì)以及曲線(xiàn)顯示等；靜態(tài)安全分析，短路電流及電壓穩(wěn)定性的輔助判斷；聯(lián)機(jī)資料輸出及離線(xiàn)運(yùn)算設(shè)定匯入等。該系統(tǒng)可幫助電網(wǎng)運(yùn)行管理人員及時(shí)了解電網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況，分析電網(wǎng)實(shí)時(shí)穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除電網(wǎng)的潛在危險(xiǎn)。其中，輔助性決策是一種非常有用的方法，它可以幫助電力系統(tǒng)的調(diào)度人員進(jìn)行優(yōu)化和精確的調(diào)度，并為電力系統(tǒng)的基本狀態(tài)和N-1模式的電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)越界，通過(guò)調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的輸出功率和負(fù)載的切斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的控制。靜態(tài)安全輔助決策程序的工作狀況，以及所能得到的決策資料與資料的可靠性、合理性，將直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的整體調(diào)度方向，甚至是整個(gè)電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可對(duì)電力市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控和分析，根據(jù)設(shè)定戰(zhàn)略梳理、計(jì)算大量的數(shù)據(jù)，有效地篩選出監(jiān)控的重點(diǎn)和弱點(diǎn)，及時(shí)向調(diào)度員反饋重要的數(shù)據(jù)，為下一步的電網(wǎng)調(diào)度和調(diào)度工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。與以往依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)分析和判斷的業(yè)務(wù)發(fā)展方式相比，網(wǎng)絡(luò)安全分析體系的引入，使電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)管理和運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)水平都得到了極大的提高。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的解析計(jì)算，防止了由于人為原因?qū)е碌氖韬?，從而在某種意義上提升了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理水平。同時(shí)，它的人機(jī)界面也讓調(diào)節(jié)操作員可以直接地理解和操縱電力網(wǎng)絡(luò)，并能依據(jù)系統(tǒng)的分析進(jìn)行判斷、修正、調(diào)整和處置［1］。

加強(qiáng)系統(tǒng)模型和參數(shù)管理，完善系統(tǒng)模型和參數(shù)管理機(jī)制和程序，從系統(tǒng)模型和參數(shù)更新的全過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)管理，保證系統(tǒng)模型和參數(shù)更新工作及時(shí)、準(zhǔn)確。探討自動(dòng)化技術(shù)支持以達(dá)到自動(dòng)同步的目的，并運(yùn)用電腦技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的基本資料的更新和檢查，使資料能夠適時(shí)地得到更新，為進(jìn)一步深入地運(yùn)用各種分析的能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而有效地減輕了工作負(fù)擔(dān)，提高了更新的工作速度。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行不斷的優(yōu)化升級(jí)，不斷地引入新的、成熟的技術(shù)，以保證系統(tǒng)的快速穩(wěn)定運(yùn)行。并根據(jù)具體的使用需求，對(duì)各系統(tǒng)的信息互動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)，使各系統(tǒng)的主要功能更加直觀(guān)、操作界面更加方便、更加有效。

2 總體設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)中的電力需求日益增加、電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)安全性評(píng)估能力越來(lái)越難以滿(mǎn)足其要求。常規(guī)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)安全報(bào)警系統(tǒng)只能用于500kV和220kV，缺乏對(duì)110kV電力系統(tǒng)的故障和安全性評(píng)價(jià)。由于沒(méi)有將備用的自投式建模引入到預(yù)期失效的安全性計(jì)算中，結(jié)果往往與現(xiàn)實(shí)不符，無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效的指導(dǎo)。沒(méi)有將現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)系統(tǒng)的失效后特性納入計(jì)算范圍，而在此基礎(chǔ)上，只給出了500kV、220kV的越界處理方案，并沒(méi)有將負(fù)載遷移等方法納入到系統(tǒng)中，因此，必須制定相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案。為此，以D5000為基礎(chǔ)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全分析和應(yīng)急處理方案，針對(duì)電網(wǎng)基態(tài)和500kV、220kV、110kV電網(wǎng)設(shè)備預(yù)測(cè)問(wèn)題，進(jìn)行精細(xì)化的在線(xiàn)安全分析和智能生成電網(wǎng)應(yīng)急處置輔助決策，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的最優(yōu)負(fù)荷轉(zhuǎn)移具有現(xiàn)實(shí)意義。

該方案以D5000為核心，通過(guò)D5000進(jìn)行電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分析和智能處理預(yù)案的總體設(shè)計(jì)，其主要目的包括：①通過(guò)在線(xiàn)安全分析，跟蹤電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行模式和趨勢(shì)，針對(duì)電網(wǎng)基態(tài)和500kV、220kV、110kV電網(wǎng)設(shè)備預(yù)測(cè)故障進(jìn)行精細(xì)化在線(xiàn)安全分析，規(guī)劃備自投功能，判斷基態(tài)及故障后電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)重載及越限設(shè)備及時(shí)發(fā)出告警。②實(shí)施緊急情況下輔助決定的智能化產(chǎn)生。針對(duì)線(xiàn)路安全性中出現(xiàn)的重載、越限隱患采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)法進(jìn)行自動(dòng)查找，查找出負(fù)載的傳輸模式，減少裝置的超載，并對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)實(shí)際情況，智能地選取最佳負(fù)載傳輸模式。

根據(jù)上述目的，設(shè)計(jì)了一套完整的電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性和智能化的綜合決策系統(tǒng)。它包含了三個(gè)主要的模塊：數(shù)據(jù)模型的拼接，電網(wǎng)安全分析和分析的結(jié)果。多層次的資料模型的拼接能夠有效地克服對(duì)電力系統(tǒng)操作不完全了解的缺點(diǎn)，為電力系統(tǒng)的在線(xiàn)綜合安全評(píng)估奠定了基礎(chǔ)；當(dāng)數(shù)據(jù)收集完畢后，將其投入到電力系統(tǒng)的安全分析與計(jì)算中，利用該系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)的精細(xì)的安全性分析，可以獲得電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況變化，并利用該系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急處理；分析的結(jié)果函數(shù)模塊的主要功能為：將電力系統(tǒng)的安全性分析與計(jì)算結(jié)果以可視的方式呈現(xiàn)出來(lái)，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)某些報(bào)告、消息等數(shù)據(jù)的分析［2］。

為了克服電網(wǎng)運(yùn)行中存在的各種問(wèn)題，本文根據(jù)國(guó)分、省聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料，結(jié)合云南220kV、110kV等電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，采用暫態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)分析等方法，滿(mǎn)足電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式、預(yù)測(cè)故障、電網(wǎng)運(yùn)行操作等方面的分析，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)模塊、計(jì)算模塊和實(shí)際應(yīng)用模塊組成。該系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)信息共享的方式，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)與云南電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了無(wú)縫對(duì)接；計(jì)算單元是指資料的預(yù)處理，通過(guò)對(duì)拼圖進(jìn)行格式變換，產(chǎn)生整體的穩(wěn)定性資料并進(jìn)行潮流運(yùn)算；該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用主要有：線(xiàn)上解析與判斷，兩種應(yīng)用程序分別根據(jù)運(yùn)算模塊所輸出的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算，并將其處理的效果顯示于人機(jī)交互界面中。

3 功能設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

（1）考慮備自投的精細(xì)化在線(xiàn)安全分析設(shè)計(jì)。根據(jù)電力網(wǎng)中的線(xiàn)路和變壓器的失效情況，估算出因停電引起的設(shè)備超負(fù)荷，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)故障情況，對(duì)電力網(wǎng)中的線(xiàn)路和變壓器進(jìn)行掃描，尋找出母線(xiàn)停電后的備用自投切換操作，從而改變目前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⑦M(jìn)行靜態(tài)的穩(wěn)定性計(jì)算，將重載或越界的數(shù)據(jù)集成到界面上。聯(lián)機(jī)的安全性剖析包含下列特性：①準(zhǔn)備一個(gè)自動(dòng)檢索的函數(shù)。分析資料檔案，對(duì)各線(xiàn)及各變壓器進(jìn)行掃描，依次對(duì)失效進(jìn)行仿真，尋找備用自投切換，并在備用自投切換操作完成后修改拓?fù)?，并將其?xiě)入到靜態(tài)穩(wěn)定性分析的中介檔。②對(duì)安全性進(jìn)行靜態(tài)分析的運(yùn)算。對(duì)靜態(tài)安全性分析計(jì)算的有關(guān)概要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在該目錄內(nèi)產(chǎn)生以上存儲(chǔ)操作后的拓?fù)渲虚g檔；采用靜態(tài)安全分析計(jì)算器，對(duì)各種仿真失效及失效后的拓?fù)溥M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其綜合后，形成一個(gè)可供用戶(hù)在人機(jī)交互中顯示的最終結(jié)果。③對(duì)失效后的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)預(yù)測(cè)失敗備用自投運(yùn)后的電網(wǎng)負(fù)載進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。④顯示接口函數(shù)。在該接口中顯示從投主機(jī)備份的結(jié)果檔，可以查看故障名稱(chēng)、備用開(kāi)關(guān)動(dòng)作、重載元件名稱(chēng)和數(shù)值、超出元件名稱(chēng)和數(shù)值，可以在指定的日期和時(shí)間點(diǎn)查看歷史資料，過(guò)濾掉所有的資料，可以將某一時(shí)期發(fā)生的重載、超限的元素和信息顯示在屏幕上。

（2）應(yīng)急處置預(yù)案智能生成。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題中出現(xiàn)的重載和越限隱患，智能應(yīng)急處理系統(tǒng)的智能決策功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重載、越限設(shè)備下的負(fù)載進(jìn)行搜索，并利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)搜索，查找負(fù)載的傳輸模式，以避免或減少設(shè)備越限和重載。根據(jù)預(yù)測(cè)的失效情況，可以根據(jù)預(yù)測(cè)的負(fù)載損耗，進(jìn)行電力系統(tǒng)的自動(dòng)查找。針對(duì)不同的負(fù)載轉(zhuǎn)換模式，分別制定了優(yōu)化的評(píng)估指數(shù)，并根據(jù)不同的負(fù)載傳遞模式進(jìn)行了智能的優(yōu)化。緊急情況處理方案的智能化產(chǎn)生主要由下列幾個(gè)部分組成：①負(fù)載轉(zhuǎn)換通道查找函數(shù)。對(duì)于超限裝置，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞ㄔ谘b置下面的線(xiàn)路上尋找負(fù)載傳遞路徑，在線(xiàn)路上尋找有效的負(fù)載傳遞路徑，當(dāng)負(fù)載可以發(fā)現(xiàn)其他的電源路徑時(shí)，就可以確定負(fù)載傳遞的模式（例如關(guān)閉開(kāi)關(guān)、打開(kāi)開(kāi)關(guān)），并對(duì)此負(fù)載傳輸后所接入的電網(wǎng)進(jìn)行判定。②對(duì)負(fù)載傳遞后的電流進(jìn)行了快速的計(jì)算。在負(fù)載傳遞路線(xiàn)查找的基礎(chǔ)上，提出了負(fù)載傳遞策略，并依據(jù)變化后的潮流影響范圍，進(jìn)行了快速的潮流計(jì)算。評(píng)價(jià)負(fù)載轉(zhuǎn)接后有關(guān)的裝置越界狀況，其中包含了原越界裝置能否排除越界，對(duì)此負(fù)載提供動(dòng)力的裝置有無(wú)新的越界，以及其他受到干擾的裝置。③負(fù)載傳輸運(yùn)行程序的合環(huán)電流的求解。根據(jù)負(fù)載傳遞路線(xiàn)查詢(xún)函數(shù)所提供的負(fù)載傳遞策略，判定切換運(yùn)行的合環(huán)，合環(huán)運(yùn)行時(shí)的電壓以及相應(yīng)分支越界。

（3）根據(jù)選擇的各種負(fù)載轉(zhuǎn)換方式，進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，以確定負(fù)載的轉(zhuǎn)換方式減少越界的效果、其他供電通路的超限和過(guò)載以及合環(huán)運(yùn)行時(shí)的越界。以各有關(guān)裝置的平均重載速率為指標(biāo)，構(gòu)建了最佳的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了最優(yōu)的運(yùn)載規(guī)劃，這種方法可以包括單一負(fù)載傳遞和多負(fù)載傳遞。根據(jù)《云南市電力系統(tǒng)管理?xiàng)l例》規(guī)定，當(dāng)電力系統(tǒng)中負(fù)荷大于80%時(shí)，根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提出了一種區(qū)域電力系統(tǒng)的負(fù)荷傳輸方案。在區(qū)域網(wǎng)負(fù)載傳遞的基礎(chǔ)上，為防止鏈路超載，產(chǎn)生了相應(yīng)的運(yùn)算流。

根據(jù)以上提出的優(yōu)化的在線(xiàn)安全分析與應(yīng)急處理預(yù)案的智能產(chǎn)生，并將其與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)安全分析與應(yīng)急處置預(yù)案總體設(shè)計(jì)相融合，收集得到在線(xiàn)安全分析結(jié)果和負(fù)載轉(zhuǎn)移決策結(jié)果［3］。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)目前電力市場(chǎng)的非現(xiàn)場(chǎng)事故處理方案，采用人工脫機(jī)的電力系統(tǒng)應(yīng)急處理方案已不能滿(mǎn)足電力市場(chǎng)的快速發(fā)展要求，本文采用智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)精細(xì)化在線(xiàn)安全分析及應(yīng)急處置預(yù)案智能生成設(shè)計(jì)，并提出了防止連鎖過(guò)載的區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移策略。通過(guò)對(duì)負(fù)載超載狀態(tài)下的負(fù)載傳遞算法進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的在線(xiàn)安全性和事故處理方案進(jìn)行了仿真。通過(guò)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)的安全分析與智能處理方案的研究，使地區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)的智能化、安全性大大提升，節(jié)約了地區(qū)電力調(diào)度的時(shí)間，保證了電力供應(yīng)的可靠。隨著電力系統(tǒng)的不斷完善，電力系統(tǒng)內(nèi)部的負(fù)載傳輸將會(huì)逐漸演化為電力系統(tǒng)之間的負(fù)載分配，電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)安全分析與智能化控制將會(huì)是電力系統(tǒng)的重要組成部分。