实用化安全系统分析

苏晴王屿蕃

苏晴王屿蕃

（国网徐州供电公司江苏徐州221000）

概述

目前智能分析的研究多集中在大电网的运行风险评估，侧重于从设备电压、电流、负荷情况、温度、功率因数等对电网运行风险进行在线评估。相对于省级及以上电网，地区电网有其自身的业务特点，关键设备停运、负荷损失以及重要用户供电质量等方面更会影响地区电网稳定。

1地区电网运行存在主要问题：

1、电网稳定导则要求系统必须满足N-1配置，但某些地区设备老旧，加之电网检修工作压力重，恶劣天气如台风影响巨大。电网安全运行的压力很大。所以迫切需要做好电网风险智能预警工作，提高地区电网风险感知和预防控制能力，现有系统缺乏实用的电网风险预警手段，无法量化评估风险概率，对风险的预警侧重于设备或断面越限，在负荷损失影响方面考虑较少，调度运方安排检修方式时缺少有效的风险分析工具；

2、合环未能提示合环风险，模型不够具体，在计算合环电流时，公能计算合环稳态电流值，无法计算合环冲击电流值。而冲击电流往往会对设备造成损害。

3、系统拓扑分析中电源点影响分析功能不足，缺乏有效的校核手段，不能有效的支撑电网设备投退、保电等任务的分析需求。

2系统搭建目标

明确运行风险评估体系，建设基于设备过载、N-1失负荷、薄弱运行方式、备自投闭锁等多个维度的评价指标和量化定级原则，实现基于实时以及预想故障条件下的地区电网运行风险评估；完善面向配调人员的供电路径分析功能，实现保电线路或变电站重要负荷供电路径的图形化展示，为供电电源可靠性分析提供技术支撑。能够及时、全面地分析地区电网薄弱环节，进而完善防御和改进措施，切实提高调度员工作效率以及地区电网抵御突发风险的能力。

3完善风险评估功能

3.1风险评估模型

结合负荷损失和重要用户可靠性，制订适合地区电网的风险评级，并完善以重要用户为对象的评级标准，分为一级、二级重要用户。

3.2风险评级指标

能够从设备过载、N-1失负荷、薄弱运方以及备自投闭锁四个方面建立地区电网风险评价指标。

设备过载主要评估电网基态及预想故障方式下线路/主变的电流/功率是否超过其额定载流量/额定容量，以及母线电压是否在规定的电压上下限之间。

N-1失负荷是传统静态安全分析功能的扩充，主要评估电网在N-1方式下是否存在设备失电，在分析过程中需要考虑备自投动作情况。

薄弱运方主要评估电网基态及预想故障方式下是否存在串供、单主变、单母线等不满足重要用户供电可靠性要求的厂站。

备自投闭锁应结合电网潮流变化情况评估电网基态及预想故障方式下子站备自投装置的闭锁条件，分析满足闭锁条件的备自投装置对电网供电可靠性造成的影响。

3.3风险评估方法

风险量化定级应依据《国家电网公司安全事故调查规程》将事故等级的评定原则进行量化，结合地区电网设备调度管辖范围按照事故性质、停电范围和引起后果的严重程度将风险评估结果分为高、中、低三类并进行告警提示，分别对应条例中电网事故定级的五、六、七级风险。

在线风险评估需能使调度员把握重要风险，输出风险的变动曲线、高风险和高风险等级的预想故障变动曲线图表，实时反映电网运行状态。

用户启动在线风险评估功能后，风险计算服务器应自动启动，每15分钟进行一次全网风险评估。在线风险评估模块首先读入电网实时数据、预想故障集，计算出预想故障集对应设备的开断条件下的严重度指标，得出实时的风险评估的后果和风险指标。

除了提供风险评估报表和风险指标外，在线风险评估更重要的是提供给调度员风险的变化情况。对得到的数据进行再整理，将扫描的结果通过曲线图、列表等方式显示电网实时风险。曲线图应包括设备越限、N-1失电、薄弱运方这三个主要风险指标的变化曲线。将风险等级为五级及以上等级的风险作为地区电网首要关注的风险等级，在线风险评估需输出该风险等级的预想故障个数的变动曲线，方便调度员掌握对地区电网影响较大的重要风险。并通过列表展示包括历史和实时风险在内的风险事件的详细信息，可以查看详细的故事故影响信息。

4完成合解环功能

4.1预期目标

能够提供特殊接线方式或运行方式变化造成的供电风险，包括单电源变电站、单变单线、串供、母线分裂运行等，同时应能给出该风险发生后给系统带来的影响，包括停电范围，损失负荷，重要用户等信息。

能够基于电网特殊运方、检修方式等薄弱方式，监视电网的潮流变化，分析设备的负载率变化情况，给出设备越限提示。并能够从电网某个特定断面（时刻）截取电网数据，根据预设的设备容量计算出设备的负载率，并按照负载率进行比对，分析。

4.2合环端口阻抗的计算

线路之间通过联络开关联络，正常时，联络开关断开，两个站的母线应分别带各自的配电线路；当其中某一个站所带配电线路的出线开关需要检修或有其他突发事件时，应先合上联络开关，再断开该站出线开关，并能够通过另一个站的低压母线带上两段配电线路的负荷。

4.3合环电流的计算

合环操作风险分析可以根据合环端口的阻抗和合环前端口的电压差计算合环电流。根据RL电路的合环零状态响应特性和端口阻抗的R、L特性，计算出合环电流随时间变化的状态，并以波形的形式予以展现。

4.4合环对电网的影响

系统应能够计算合环冲击潮流在其它支路设备上的分布情况，应利用稳态潮流计算，将合环冲击潮流的影响等效为合环支路两端的逻辑母线的有功无功的注入量的变化。在进行等效时，应将合环支路断开，在合环支路的首末端对注入量分别增加和减少合环冲击潮流的数值，从而计算出合环冲击潮流对整个系统的其它支路设备的影响。

5新增电源点追踪功能

5.1网络拓扑

应根据电网中开关、刀闸等逻辑设备的状态以及各种元件的连接关系产生电网计算用的母线和网络模型，通过闭合的开关刀闸连接在一起的节点，形成一个计算用的母线节点。

网络拓扑应分析每一母线所连元件的运行状态（如带电、停电、接地等）及系统是否分裂成多个子系统，并能够在图形界面上实现拓扑着色。

网络拓扑应可分为系统全网络拓扑和部分拓扑，在状态估计重新启动时或开关刀闸状态变化较大时，应使用系统全网络拓扑，当开关刀闸变位则对变位厂站进行部分拓扑。

5.2分析具体算法

供电路径分析应基于层次库网络模型，采用广度优先搜索算法，查找目标设备的供电路径。首先应获取分析所用的状态估计断面和已设置的目标设备，通过设备端点所在电气岛信息判断搜索方向，然后沿该方向查找停电区域内的设备，最终应将分析结果保存至实时库。

拓扑搜索应主要采用广度优先算法，首先标记根节点（拓扑搜索出发点），然后获取根节点的子节点，并将子节点加入节点队列，分析节点队列中的节点是否被标记，如果未被标记，则同理获取该节点的子节点，同时加入节点队列，并进行循环计算，直至节点队列中的所有节点标记完成。

6总结

通过以上三种功能的完善，实现地区电网安全系统的实时监督，提高地区电网风险感知和预防控制能力，建立实用的电网风险预警手段，为运方安排检修方式时提供有效的风险分析工具。完善合环时的系统模型，精确合解环时的电流值。实现电源点追踪，有效完成重要用户的电源点分析，优化电网建设，保障电网优质运行。

参考文献：

[1]胡浩瀚，杨立杰，王连忠.电力行业信息安全系统建设的探讨[C]//输配电技术国际会议.2007.

[2]唐勇.电力体系建设研究.[J].电力系统自动化，2012，36（8）：98-104.

[3]朱世顺.电力工业控制系统信息安全测评体系研究[J].南方能源建设，2016（B12）：93-98.