一种基于开关信息的辐射型电网风险自动预警方法

技术领域

本公开涉及电网风险预警技术领域，具体涉及一种基于开关信息的辐射型电网风险自动预警方法。

背景技术

随着电网的发展，调控运行管理任务日趋复杂，电网风险管理难度越来越大，能够在线分析电网风险并实现自动预警对调度运行工作来说意义重大。现有的风险预警方法多是从设备和电网的角度，考虑因素主要是设备的老化、故障，电网的稳定极限、运行极限，恶劣天气的环境因素以及人为误操作等，分析方法上大多是基于潮流计算或概率潮流计算，通过建立概率模型，根据概率大小和可能引起的事故后果程度衡量风险大小，进行风险预警。

上述方法能够较为全面的评价电网整体风险水平，但往往计算量很大，涉及的因素较为复杂，受各方面误差的影响。在调度运行工作中，调度员更为关注在计划检修或者临时方式调整时，某个开关变位将对电网造成什么样的影响，是否构成电网事件或者产生电网风险，因此现有的方法不是针对电网事件进行风险预警，实用性不高。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种基于开关信息的辐射型电网风险自动预警方法。

第一方面，本申请提供一种基于开关信息的辐射型电网风险自动预警方法，包括以下步骤：

S1、制定风险分析目标开关确定原则；

S2、集合形成关于目标开关的关联开关集；

S3、计算目标开关的有效电路径数量；

S4、判断目标开关的风险类型；

S5、计算负荷损失及负荷损失比例；

S6、风险定级，发布预警信息。

根据本申请实施例提供的技术方案，S2步骤具体包括：

选择启动开关，根据启动开关确定风险分析目标开关；

(1)如果启动开关是线路开关，目标开关确定原则为：

1)如果启动开关对侧开关位置值为0，则对侧开关断开，开始判断自投状态：

i.如果自投状态值为0，则线路定义为停电状态，无目标开关；

ii.如果自投状态值为1，则线路定义为备用电源状态，确定目标开关为对侧开关；

2)如果启动开关对侧开关位置值为1，则对侧开关合位，开始判断功率流向：

i.如果启动开关的功率流向为正，则确定目标开关为对侧开关；

ii.如果启动开关的功率流向为负，则确定目标开关为启动开关；

(2)如果启动开关是母联开关，则将全部线路开关设定为启动开关并依次开始分析；

(3)如果启动开关是受总开关，目标开关确定原则为：

1)如果启动开关为高压受总开关，等效为同时选择该主变的中压受总开关和低压受总开关为启动开关；

2)如果启动开关为非高压受总开关，等效为该电压等级线路开关，并将该站其它同电压等级受总开关类型替换为线路开关，定义其对侧开关运算值为1。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述集合形成关于目标开关的关联开关集，具体包括：在开关信息矩阵中筛选与目标开关站名相同的全部开关，并在其中筛选进线开关线路的对侧开关，将以上所有开关构成关联开关集，并对所有开关进线重新编号。

根据本申请实施例提供的技术方案，S3步骤具体包括：

式中，i表示第i个进线开关，x表示关联开关集中共x个进线开关；

对编号为i的进线开关，其开关位置值为α

对编号为i的进线开关，其开关自投状态值为b

对编号为i的进线开关，其开关运算值为c

α

对编号为i的母线开关，其开关位置值为a

对编号为i的母线开关，其开关自投状态值为b

对编号为i的母线开关，其开关运算值为c

β

根据本申请实施例提供的技术方案，S4步骤具体包括：

S41、当0

S42、当K

S43、风险类型判断：当存在S41或S42步骤的风险时，若对应电压等级的最小、最大号母线间的母联系数β

S44、统计同一变电站同电压等级母线N-1停电风险数量n，当n＝n

S45、寻找同电压等级受端变电站风险，如果对目标开关分析判定结果为所在变电站存在N-1停电风险，则选定对应母线上所有功率方向为正的开关作为启动开关，寻找关联开关集，进行有效供电路径计算，且存在N-1风险判据为：K-1

根据本申请实施例提供的技术方案，S5步骤具体包括：

S51、以S4步骤得到的风险集合为目标，将高压母线N-1停电风险等效为母线上的高压受总N-1停电，进而等效为对应主变的中、低压侧总受开关N-1停电，此时低压母线的停电风险判据为：K

S52、以上述S51步骤中存在N-1停电风险的中、低压母线为目标，将母线上全部线路开关设定为启动开关，重复S4步骤，寻找下级风险点；

S53、重复S4-S51步骤，直至寻到的母线电压等级为35kV或10kV；

S54、负荷损失统计，以遍寻得到的存在停电风险的全部35kV、10kV母线为目标，累加全部出线在目标开关变位或模拟变位前一采样时刻的有功功率值，得到负荷损失大小S

S55、计算负荷损失比例，根据负荷区域属性，分别计算各个地区负荷损失大小S

根据本申请实施例提供的技术方案，所述风险定级，发布预警信息，具体包括：

将N-1风险事件类型与负荷损失及负荷损失比例与风险事件库匹配进行风险定级，生成预警信息；

通过D5000系统弹窗发布电网风险预警。

本发明的有益效果：本申请提供一种基于开关信息的辐射型电网风险自动预警方法，从地区电网调度运行工作实际需要出发，以地区电网的重大风险事件预警为目标，从开关的位置信息、自投状态、流过功率方向信息中构造逻辑判据，在线分析可能存在的电网风险事件，计算事件等级，并进行预警，为调度运行值班人员提供最直观的电网风险判断。

附图说明

图1为本申请第一种实施例的流程图；

图2为本申请第一种实施例的具体实例的电网连接示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示为本申请的第一种实施例的示意图，包括以下步骤：

S1、制定风险分析目标开关确定原则。

本步骤具体包括：

选择启动开关，根据启动开关确定风险分析目标开关(以下简称目标开关)。

本实施例中，启动开关由实际开关变位信息或模拟操作产生。

(1)如果启动开关是线路开关，目标开关确定原则为：

1)如果启动开关对侧开关位置值为0，则对侧开关断开，开始判断自投状态：

i.如果自投状态值为0，则线路定义为停电状态，无目标开关，结束；

ii.如果自投状态值为1，则线路定义为备用电源状态，确定目标开关为对侧开关；

2)如果启动开关对侧开关位置值为1，则对侧开关合位，开始判断功率流向：

i.如果启动开关的功率(前一采样值)流向为正(流出)，则确定目标开关为对侧开关；

ii.如果启动开关的功率(前一采样值)流向为负(流入)，则确定目标开关为启动开关。

(2)如果启动开关是母联开关，则将全部线路开关设定为启动开关并依次开始分析，也即按照上述(1)步骤中的1)步骤及2)步骤分析进行。

(3)如果启动开关是受总开关，目标开关确定原则为：

1)如果启动开关为高压受总开关，等效为同时选择该主变的中压受总开关和低压受总开关为启动开关；

2)如果启动开关为非高压受总开关，等效为该电压等级线路开关，并将该站其它同电压等级受总开关类型替换为线路开关，定义其对侧开关运算值为1。

S2、集合形成关于目标开关的关联开关集。

本步骤具体包括：在开关信息矩阵中筛选与目标开关站名相同的全部开关，并在其中筛选进线开关线路的对侧开关，将以上所有开关构成关联开关集，并对所有开关进线重新编号。

所述的开关信息矩阵包括全部开关的：站名、类型、开关位置信息、自投状态、有功功率值、负荷区域属性、开关电压等级、开关运行母线、对侧开关编号信息，从SCADA中采集到的以上原始数据构成矩阵A，对以上信息进行数字化处理形成开关信息矩阵B，其中：

站名：变电站名称，分别用1-m排序，通过序号代替变电站名称；

类型：设置进线开关、中低压出线开关、变压器高压受总开关、变压器中低压受总开关选项，符合相应类型在矩阵中取值1，反之为0；

开关位置信息：开关闭合为1，开关断开为0；

自投状态：自投投入为1，自投退出为0；

有功功率值：流过开关的功率数值P；

功率流向值：为了避免空充线路功率采样值误差的影响，设置功率灵敏值P

进线开关：功率流向值为1的线路开关；

负荷区域属性：根据供电区域所在的县、区、市对35kV、10kV配网输电线路进行标记，分别以数字1、2、3、……代表其所供负荷在的区域；

开关电压等级：设置220kV，110kV，35kV，10kV选项，符合相应类型在矩阵中取值1，反之为0；

开关运行母线：设置代表母线的1、2、3、……编号选项，运行在相应母线上取1，反之为0；母线编号规则为依照母线名称升序排列，最小号对应编号1，甲、乙母线中甲母线对应小的编号；

对侧开关编号信息：类型为“进线开关”的开关线路对侧开关的编号，其他开关对侧编号值取0。

S3、计算目标开关的有效电路径数量。

本步骤具体包括：

式中，i表示第i个进线开关，x表示关联开关集中共x个进线开关(包括目标开关)；

对编号为i的进线开关，其开关位置值为a

对编号为i的进线开关，其开关自投状态值为b

对编号为i的进线开关，其开关运算值为c

α

对编号为i的母线开关，其开关位置值为a

对编号为i的母线开关，其开关自投状态值为b

对编号为i的母线开关，其开关运算值为c

β

S4、判断目标开关的风险类型。

本步骤具体包括：

S41、当0

S42、当K

S43、风险类型判断：当存在S41或S42步骤的风险时，若对应电压等级的最小、最大号母线间的母联系数β

S44、统计本次启动风险分析中同一变电站同电压等级母线N-1停电风险数量n，当n＝n

S45、寻找同电压等级受端变电站风险，如果对目标开关分析判定结果为所在变电站存在N-1停电风险，则选定对应母线上所有功率方向为正的开关作为启动开关，寻找关联开关集，进行有效供电路径计算，且存在N-1风险判据为：K-1

S5、计算负荷损失及负荷损失比例。

本步骤具体包括：

S51、以S4步骤得到的风险集合为目标，将高压母线N-1停电风险等效为母线上的高压受总N-1停电，进而等效为对应主变的中、低压侧总受开关N-1停电，此时低压母线的停电风险判据为：K

S52、以上述S51步骤中存在N-1停电风险的中、低压母线为目标，将母线上全部线路开关设定为启动开关，重复S4步骤，寻找下级风险点。

S53、重复S4-S51步骤，直至寻到的母线电压等级为35kV或10kV。

S54、负荷损失统计，以遍寻得到的存在停电风险的全部35kV、10kV母线为目标，累加全部出线在目标开关变位或模拟变位前一采样时刻的有功功率值，得到负荷损失大小S

S55、计算负荷损失比例，根据负荷区域属性，分别计算各个地区负荷损失大小S

S6、风险定级，发布预警信息。

本步骤，所述风险定级，发布预警信息，具体包括：

S61、将N-1风险事件类型与负荷损失及负荷损失比例与风险事件库匹配进行风险定级，生成预警信息；

S62、通过D5000系统弹窗发布电网风险预警。

本实施例中，D5000系统弹窗中设置人工消除功能，通过人工消除可以结束风险预警循环发布；没有人工消除前，每5分钟重新以既定目标开关为目标进行风险分析和预警，直至电网方式变化使得风险匹配消失，结束预警循环发布。

本实施例中所述的风险事件库主要选取《国家电网公司调度系统重大事件汇报规定》中地区电网管辖范围内涉及母线、主变停电及负荷损失的事件类型，包括：

四级电网事件：1)造成区域性电网减供负荷4％以上10％以下者；2)造成直辖市电网减供5％以上20％以下者；3)造成其他设区的市电网减供20％以上者；4)造成电网负荷150兆瓦以上的县级市电网减供负荷40％以上者；5)造成电网负荷150兆瓦以下的县级市电网减供负荷40％以上者；

五级电网事件：1)造成电网减供负荷100兆瓦以上者；2)变电站内220千伏以上任一电压等级母线非计划全停；3)220千伏以上系统中，一次事件造成同一变电站内两台及以上主变跳闸；

六级电网事件：1)造成电网减供负荷40兆瓦以上100兆瓦以下者；2)变电站内110千伏母线非计划全停；3)一次事件造成同一变电站内两台以上110千伏主变跳闸。

本实施例，选择某一开关作为启动开关，通过模拟操作可以自动得到该开关变位引起的电网风险事件，帮助值班调度员对操作任务进行风险分析，有效避免因为电网方式安排不当造成电网风险事件等级升高，值班调度员可以得到实时的电网风险事件预警，有效加强电网风险事件管控和合理规避电网风险。采用开关信息进行分析，避免了传统的潮流或概率潮流计算，减小了运算量，实现快速预警；考虑了上级变电站事故同样对受端变电站带来风险的情况，逐级分析，以35kV和10kV配网输电线路为最终寻找目标，确定电网风险带来的可能负荷损失，充分满足实际调度运行工作中电网风险事件分级的需求。

如图2所示，为本申请第一种实施例的一具体实例的电网连接示意图，各站35kV、10kV负荷情况：

220kV I站：无；

220kV II站：无；

110kV a站：10kV 4号母线：14MW(区域A负荷)；

10kV 5号甲母线：6MW(区域A负荷)；

10kV 5号乙母线：10MW(区域A负荷)；

10kV 6号母线：8MW(区域A负荷)；

110kV b站：10kV 4号母线：14MW(区域A负荷)；

10kV 5号甲母线：5MW(区域A负荷)；

10kV 5号乙母线：7MW(区域A负荷)；

110kV c站：10kV 4号母线：8MW(区域B负荷)；

10kV 5号母线：6MW(区域B负荷)；

区域A：县级市，负荷总量131MW；

区域B：县，负荷总量76MW。

以下结合此断面进行分析：

(一)模拟：拉开110kV c站111开关

1.选择启动开关111。

2.判断111开关功率流向为负(流入母线)，确定风险分析目标开关为线路本侧开关，即111开关本身。

3.搜索形成关联开关集为：220kV II站121开关，110kV c站111开关、145开关、201开关、202开关及10kV各出线开关(在负荷损失分析环节体现)。

4.有效供电路径数量计算：

(1)在关联开关集中搜索110kV进线开关，结果为：111开关；在关联开关集中搜索110kV母联(分段)开关，结果为145开关；

(2)111开关在合位，运算值c

5.风险类型判定：

由于0＜K＝1＜K

当前存在N-1停电风险，也即启动开关111跳闸会直接造成设备停电以及损失负荷。

6.遍寻负荷损失：

(1)遍寻N-1故障下35kV、10kV停电母线有：110kV c站10kV 4号、10kV 5号母线；

(2)负荷损失计算结果：

损失总负荷14MW<100MW，不构成五级电网风险；

区域B损失负荷14MW。

7.风险定级，发布预警弹窗：

(1)统计本次风险分析得到的风险等级有：110kV c站110kV母线全停，六级电网风险；

(2)发布风险预警弹窗：110kV c站111开关断开后，如非计划停电，造成六级电网事件。

(二)模拟：拉开220kV I站102开关

1.选择启动开关102。

2.判断102非该站高压受总开关，等效为该站110kV母线进线开关。

3.搜索形成关联开关集为：220kV I站2211、2212、2201、2202、2245、2213、2214、101、102、111、119、120、201、202开关，将101开关类型替换为进线开关。

4.有效供电路径数量计算：

(1)在关联开关集中搜索110kV进线开关，结果为：101、102开关；在关联开关集中搜索110kV母联(分段)开关，结果为145甲开关；

(2)101开关在合位，运算值c

5.风险类型判定：

由于K

6.遍寻负荷损失：

(1)遍寻N-1故障下35kV、10kV停电母线有：110kV b站10kV 5号甲、10kV 5号乙、10kV 6号母线；

(2)负荷损失计算结果：

损失总负荷26MW<100MW，不构成五级电网风险；

区域A损失负荷26MW<100MW，占该县级市19.8<40％，不构成四级电网风险。

7.风险定级，发布预警弹窗：

(1)统计本次风险分析得到的风险等级有：220kV I站110kV母线全停，六级级电网风险；220kV II站110kV母线全停，六级级电网风险；110kV b站110kV母线全停，六级级电网风险；

(2)发布风险预警弹窗：220kV I站102开关断开后，产生N-1六级电网风险。

(三)模拟：拉开XX电厂站2216开关

1.选择启动开关2216。

2.判断2216开关功率流向为正(流出母线)，确定风险分析目标开关为线路对侧开关，即2211开关。

3.搜索形成关联开关集为：220kV I站2211、2212、2201、2202、2245、2213、2214、101、102、111、119、120、201、202开关。

4.有效供电路径数量计算：

(1)在关联开关集中搜索110kV进线开关，结果为：2211、2212开关；在关联开关集中搜索220kV母联(分段)开关，结果为2245开关。

(2)2212开关在合位，运算值c

5.风险类型判定：

(1)由于K

(2)同级风险点寻找结果：XX电厂2216开关断开后，220kV II站同时产生N-1220kV母线全停停电风险。

6.遍寻负荷损失：

(1)下级风险点寻找结果：

XX电厂2216开关断开后，XX电厂2216开关断开后，220kV I站110kV母线、220kV II站110kV母线、110kV a站110kV 4号、5号、6号母线、110kV b站110kV 4号、5号、6号母线、110kV c站110kV 4号、5号母线存在N-1全停风险；

(2)遍寻N-1故障下35kV、10kV停电母线有：

220kV I站10kV 4号、5号母线、220kV II站10kV母线5号、6号母线、110kV a站10kV4号、5号甲、5号乙、6号母线、110kV b站10kV 5号甲、5号乙、6号母线、110kV c站10kV 4号、5号母线。

(3)负荷损失计算结果：

损失总负荷88MW<100MW，不构成五级电网风险；

区域A损失负荷64MW，占该县级市总负荷48.9％>40％，构成四级电网风险；

区域B损失负荷14MW。

7.风险定级，发布预警弹窗：

(1)统计本次风险分析得到的风险等级有：220kV I站220kV母线全停，五级电网风险；220kV II站220kV母线全停，五级电网风险；220kV I站110kV母线全停，六级级电网风险；220kV II站110kV母线全停，六级级电网风险；110kV a站110kV母线全停，六级级电网风险；110kV b站110kV母线全停，六级级电网风险；110kV c站110kV母线全停，六级级电网风险；区域A损失负荷超过40％，四级电网风险；

(2)发布风险预警弹窗：XX电厂2216开关断开后，产生N-1四级电网风险。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。