一种电网运行安全系数评估方法、装置及电子设备

技术领域

本申请涉及电网运行安全评估技术领域，尤其涉及一种电网运行安全系数评估方法、装置及电子设备。

背景技术

电网运行过程中发生的局部故障可能会诱发连锁反应，扩大事故的范围和程度；电力市场化改革的深入使得电网的运行状态常常接近极限，一旦发生事故，会给社会经济带来不可估量的损失，甚至危及人身安全，引发社会动荡。小区电网作为居民电力系统的重要组成部分，保证其安全可靠运行尤为重要，而目前的电网运行安全系统还存在一定的问题。

现有的电网评估系统随着电网运行产生的量测数据的不断增长，传统离线计算指导调度安全运行的方法已经不能满足智能电网全面、实时的安全预警要求，且现有的评估系统无法对可能引发的连锁故障的关键环节进行辨识，不能够对电网系统进行实时监控。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种电网运行安全系数评估方法，通过对电网全面、实时的安全监控，保障用电安全。

本申请主要包括以下几个方面：

第一方面，本申请实施例提供一种电网运行安全系数评估方法，方法包括：

扫描SCADA数据库，从中提取目标区域产生的待评估电网实时数据，待评估电网实时数据指示了电网实时运行数据，对待评估电网实时数据进行拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定目标孤岛，创建目标孤岛对应的电网数据模型，电网数据模型包括多个电网元件以及每个电网元件所产生的实时量测数据，利用每个电网元件对应的实时量测数据对电网数据模型进行潮流计算，确定潮流计算结果并对潮流计算结果进行验证，若潮流计算结果验证成功，则利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数。

在一种可能的实施方式中，对待评估电网实时数据进行实时拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定多个孤岛电网的步骤包括：利用待评估电网实时数据对目标区域内的带电设备进行拓扑搜索；根据拓扑搜索结果，确定实时拓扑骨干网络；对实时拓扑骨干网络进行孤岛搜索，确定目标孤岛。

在一种可能的实施方式中，对实时拓扑骨干网络进行孤岛搜索，确定目标孤岛的步骤包括：针对实时拓扑骨干网络中的每个带电设备，采用广度优先方法搜索该带电设备所属的多个候选孤岛，每个候选孤岛包括多个节点；将带电状态为失电状态的候选孤岛从多个候选孤岛中剔除，得到处理后的多个候选孤岛；将处理后的多个候选孤岛中，存在最多节点数量的候选孤岛确定为目标候选孤岛。

在一种可能的实施方式中，通过以下方式创建电网数据模型：获取目标孤岛对应的多个电网元件；从SCADA数据库中，提取该次扫描中各电网元件所产生的实时量测数据；根据各电网元件对应的实时量测数据，创建目标孤岛对应的电网数据模型。

在一种可能的实施方式中，通过以下方式对所述潮流计算结果进行验证：将每个电网元件对应的实时量测数据转换为matpower所支持的数据格式；调用matpower中对应的runpf函数，对转换后的每个电网元件对应的实时量测数据进行潮流计算，确定电网数据模型对应的验证潮流结果；利用验证潮流结果对验证潮流结果进行验证；若验证潮流结果与验证潮流结果一致，则潮流计算结果验证成功；若验证潮流结果与验证潮流结果不一致，则潮流计算结果验证失败。

在一种可能的实施方式中，利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数的步骤包括：根据潮流计算结果，基于冒险性指数效用函数分别计算严重度函数，利用各严重度函数确定每个故障电网元件对应的电网失负荷风险评估指标、电网过负荷风险评估指标、电网低电压风险评估指标和电网电压崩溃风险评估指标；根据每个故障电网元件对应的电网失负荷风险评估指标、电网过负荷风险评估指标、电网低电压风险评估指标和电网电压崩溃风险评估指标以及和各指标各自对应的第一权重系数，分别计算系统单项风险评估指标；利用层次分析法建立比较矩阵，以确定系统单项风险评估指标与系统总风险评估指标之间的第二权重系数，利用每个系统单项风险评估指标与其对应的第二权重系数，确定电网运行安全系数。

在一种可能的实施方式中，方法还包括：根据电网运行安全系数，确定目标区域内的电网风险等级，电网风险等级包括过标等级、警戒等级和安全等级；其中，通过以下方式确定目标区域内的电网风险等级：若电网运行安全系数处于第一预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为安全等级；若电网运行安全系数处于第二预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为警戒等级；若电网运行安全系数处于第三预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为过标等级，第一预设范围大于第二预设范围，第二预设范围大于第三预设范围。

第二方面，本申请实施例还提供一种电网运行安全系数评估装置，装置包括：数据源获取模块，用于扫描SCADA数据库，从中提取目标区域产生的待评估电网实时数据，待评估电网实时数据指示了电网实时运行数据；电网数据解析模块，用于对待评估电网实时数据进行拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定目标孤岛；数据模型创建模块，用于创建目标孤岛对应的电网数据模型，电网数据模型包括多个电网元件以及每个电网元件所产生的实时量测数据；计算模块，用于利用每个电网元件对应的实时量测数据对电网数据模型进行潮流计算，确定潮流计算结果并对潮流计算结果进行验证；安全评估模块，用于若潮流计算结果验证成功，则利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数。

在一种可能的实施方式中，装置还包括：风险定级模块，用于根据电网运行安全系数，确定目标区域内的电网风险等级，电网风险等级包括过标等级、警戒等级和安全等级，其中，风险定级模块还用于若电网运行安全系数处于第一预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为安全等级；若电网运行安全系数处于第二预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为警戒等级；若电网运行安全系数处于第三预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为过标等级，第一预设范围大于第二预设范围，第二预设范围大于第三预设范围。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中所述的电网运行安全系数评估方法的步骤。

本申请提供了一种电网运行安全系数评估方法、装置及电子设备，包括：扫描SCADA数据库，从中提取目标区域产生的待评估电网实时数据；对待评估电网实时数据进行拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定目标孤岛；创建目标孤岛对应的电网数据模型，电网数据模型包括多个电网元件以及每个电网元件所产生的实时量测数据；利用每个电网元件对应的实时量测数据对电网数据模型进行潮流计算，确定潮流计算结果并对潮流计算结果进行验证；若潮流计算结果验证成功，则利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数。本申请通过对电网全面、实时的安全监控，保障用电安全。

本申请与现有技术相比，有益之处在于：

1、坚固了电网局部热稳定问题和全局的运行水平，对电网实时运行数据进行孤岛搜索和建模，汇集和整合电网的相关在线数据，实现电网运行状态的实时跟踪，并能够全面快速地评估电网系统运行的安全性并进行预警；

2、通过评价指标对电网的拓扑结构和运行安全性进行总体的评估和早期预警，能够对可能引发的连锁故障的关键环节进行辨识和监控，能够对可能引发连锁跳闸的关键线路和节点进行在线安全监视，有效预防因故障停电事故的发生。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种电网运行安全系数评估方法的流程图一；

图2示出了本申请实施例所提供的一种电网运行安全系数评估方法的流程图二；

图3示出了本申请实施例提供的一种电网运行安全系数评估装置的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有的电网评估系统随着电网运行产生的量测数据的不断增长，传统的离线计算指导调度安全运行的方法已经不能满足智能电网全面、实时的安全预警要求，且现有的评估系统无法对可能引发的连锁故障的关键环节进行辨识，不能够对电网系统进行实时监控。

基于此，本申请实施例提供了一种电网运行安全系数评估方法、装置及电子设备，通过对电网全面、实时的安全监控，保障用电安全，具体如下：

请参阅图1，图1示出了本申请实施例所提供的一种电网运行安全系数评估方法的流程图一。如图1所示，本申请实施例提供的方法，包括以下步骤：

S100、扫描SCADA数据库，从中提取目标区域产生的待评估电网实时数据。

本申请是实时提取目标区域内电网所产生的待评估电网实时数据，具体的，电网可以是各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，在实际工程中，可以是微电网、配电网等。

其中，SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)，SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统，在本申请中，其用于监视各个区域的电网实时运行数据，存储至对应的SCADA数据库中，评估电网实时数据指示了电网实时运行数据，电网实时运行数据包括但不限于以下项中的至少一项：电网运行信息、外部环境信息、电网在线稳定分析结果以及电网中的各设备电网元件对应的电网元件信息，电网运行信息包括容载比、单线单变、主变N-1、线路N-1、负载率等，外部环境信息包括天气，温度、湿度等，在线稳定分析结果包括电网线路的运行状态等，电网中的电网元件可以是电网中用于变电、输电、配电等的各种设备，电网元件信息包括元件信号、元件运行过程中实时监测到的主要工艺参数(例如电压等级)、以及与其它电网元件之间的连接关系等。

在具体实施中，目标区域可以是小区，也就是说，本申请可以对目标小区的电网进行实时监测，与SCADA系统进行对接，实时获取各小区电网所产生的电网实时运行数据。

S110、对待评估电网实时数据进行拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定目标孤岛。

在一优选实施例中，对待评估电网实时数据进行实时拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定多个孤岛电网的步骤包括：

利用待评估电网实时数据对目标区域内的带电设备进行拓扑搜索，根据拓扑搜索结果，确定实时拓扑骨干网络，对实时拓扑骨干网络进行孤岛搜索，确定目标孤岛。

具体的，在获取到待评估电网实时数据后，会将待评估电网实时数据解析至本地变量库中，然后利用解析出的待评估电网实时数据，对目标小区内的带电设备进行拓扑搜索，具体的，可以采用深度有限搜索法进行网络拓扑结构分析，然后根据分析结果，创建实时拓扑骨干网络，实时拓扑骨干网络可以反应电网中各带电设备彼此之间的拓扑关系或具体连接方式。

在另一优选实施例中，对实时拓扑骨干网络进行孤岛搜索，确定目标孤岛的步骤包括：

针对实时拓扑骨干网络中的每个带电设备，采用广度优先方法搜索该带电设备所属的多个候选孤岛，每个候选孤岛包括多个节点，将带电状态为失电状态的候选孤岛从多个候选孤岛中剔除，得到处理后的多个候选孤岛，将处理后的多个候选孤岛中，存在最多节点数量的候选孤岛确定为目标候选孤岛。

具体的，各区域对应的电网均与主网相连，孤岛是指由于故障未能连接至主网的某个电网子区域，孤岛可能会造成人员伤亡，对电气设备和用户造成严重的危害，威胁电力系统的安全稳定运行，因此，本申请中主要聚焦于目标区域内电网中的孤岛，进行安全系数评估，能够对可能引发连锁跳闸的关键线路和节点进行在线安全监视，提高监测效率，避免资源浪费。

也就是说，针对某个时刻对应的实时拓扑骨干网络，对电网仅需进行弧岛搜索，对获取到的目标弧岛进行计算和分析后续的计算分析。

S120、创建目标孤岛对应的电网数据模型。

其中，电网数据模型包括多个电网元件以及每个电网元件所产生的实时量测数据，电网元件包括开关、刀闸、线路、变压器、母线、负荷、发电机和电容器等。

在具体实施中，通过以下方式创建电网数据模型：

获取目标孤岛对应的多个电网元件，从SCADA数据库中，提取该次扫描中各电网元件所产生的实时量测数据，根据各电网元件对应的实时量测数据，创建目标孤岛对应的电网数据模型。

具体的，每个电网元件对应的实时量测数据可以从电网实时运行数据中获取。

S130、利用每个电网元件对应的实时量测数据对电网数据模型进行潮流计算，确定潮流计算结果并对所述潮流计算结果进行验证。

其中，可以使用PQ分解法计算电网数据模型对应的潮流，潮流计算结果应包括目标孤岛内每个电网元件对应的潮流结果，对各电网元件对应的潮流结果进行整合，并存入本地数据库。

在一优选实施例中，通过以下方式对潮流计算结果进行验证：

将每个电网元件对应的实时量测数据转换为matpower所支持的数据格式，调用matpower中对应的runpf函数，对转换后的每个电网元件对应的实时量测数据进行潮流计算，确定电网数据模型对应的验证潮流结果，利用验证潮流结果对验证潮流结果进行验证，若验证潮流结果与验证潮流结果一致，则潮流计算结果验证成功，若验证潮流结果与验证潮流结果不一致，则潮流计算结果验证失败。

在本申请实施例中，若潮流计算结果验证失败，则放弃对本次扫描获取数据的计算处理，返回步骤S100。

S140、若潮流计算结果验证成功，则利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数。

在一优选实施方式中，请参阅图2，图2示出了本申请实施例所提供的一种电网运行安全系数评估方法的流程图二。如图2所示，利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数的步骤包括：

S1401、根据潮流计算结果，基于冒险性指数效用函数分别计算严重度函数，利用各严重度函数确定每个故障电网元件对应的电网失负荷风险评估指标、电网过负荷风险评估指标、电网低电压风险评估指标和电网电压崩溃风险评估指标。

S1402、根据每个故障电网元件对应的电网失负荷风险评估指标、电网过负荷风险评估指标、电网低电压风险评估指标和电网电压崩溃风险评估指标以及和各指标各自对应的第一权重系数，分别计算系统单项风险评估指标。

S1403、利用层次分析法建立比较矩阵，以确定系统单项风险评估指标与系统总风险评估指标之间的第二权重系数，利用每个系统单项风险评估指标与其对应的第二权重系数，确定电网运行安全系数。

在一种可能的实施方式中，将每个系统单项风险评估指标与其对应的第二权重系数相乘，并将各乘积结果相加即可得到电网运行安全系数。

返回图1，S150、根据电网运行安全系数，确定目标区域内的电网风险等级。

其中，电网风险等级包括过标等级、警戒等级和安全等级。

在一优选实施例中，通过以下方式确定目标区域内的电网风险等级：

若电网运行安全系数处于第一预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为安全等级，若电网运行安全系数处于第二预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为警戒等级，若电网运行安全系数处于第三预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为过标等级。

第一预设范围大于第二预设范围，第二预设范围大于第三预设范围。

基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与上述实施例提供的电网运行安全系数评估方法对应的电网运行安全系数评估装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请上述实施例的电网运行安全系数评估方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

请参阅图3，图3示出了本申请实施例提供的一种电网运行安全系数评估装置的结构示意图。如图3所示，装置包括：

数据源获取模块200，用于扫描SCADA数据库，从中提取目标区域产生的待评估电网实时数据，待评估电网实时数据指示了电网实时运行数据；

电网数据解析模块210，用于对待评估电网实时数据进行拓扑解析，并根据解析结果进行孤岛搜索，确定目标孤岛；

数据模型创建模块220，用于创建目标孤岛对应的电网数据模型，电网数据模型包括多个电网元件以及每个电网元件所产生的实时量测数据；

计算模块230，用于利用每个电网元件对应的实时量测数据对电网数据模型进行潮流计算，确定潮流计算结果并对潮流计算结果进行验证；

安全评估模块240，用于若潮流计算结果验证成功，则利用冒险型效用函数对电网元件模型对应的潮流计算结果进行风险评估，确定电网运行安全系数；

风险定级模块250，用于根据电网运行安全系数，确定目标区域内的电网风险等级，电网风险等级包括过标等级、警戒等级和安全等级。

其中，风险定级模块250还用于：

若电网运行安全系数处于第一预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为安全等级，若电网运行安全系数处于第二预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为警戒等级，若电网运行安全系数处于第三预设范围，则确定目标区域内的电网风险等级为过标等级，第一预设范围大于第二预设范围，第二预设范围大于第三预设范围。

基于同一申请构思，请参阅图4，图4示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，电子设备300包括：处理器310、存储器320和总线330，所述存储器320存储有所述处理器310可执行的机器可读指令，当电子设备300运行时，所述处理器310与所述存储器320之间通过所述总线330进行通信，所述机器可读指令被所述处理器310运行时执行如上述实施例中任一所述的电网运行安全系数评估方法的步骤。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述实施例提供的电网运行安全系数评估方法的步骤。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应所述理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者所述技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，所述计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。