占才亮1，潮  鑄1，鐘華贊1，謝  敏2，尹一江2，劉明波2

　?。?.廣東電網有限責任公司電力調度控制中心，廣東 廣州 5106991；2. 華南理工大學 電力學院，廣東 廣州 510640）

　　摘  要： 智能電網的多來源海量數據為電網調度的高級應用系統(tǒng)提出了新的要求。針對智能電網調度所需具備的預警、預控、優(yōu)化、協(xié)調能力的特點，圍繞調度令從擬令到發(fā)令再到現(xiàn)場執(zhí)行的整個流程，梳理了廣東電網的典型調度模式，在此基礎上提出了智能電網省地一體化調度操作風險量化評估的整體實現(xiàn)框架，從省地站三個層面將調度操作風險評估分解為風險源辨識、基于貝葉斯網絡的操作成敗概率預測、操作風險后果值計算以及操作風險指標體系構建等四個主要步驟，建立了省調-地調-變電站三級信息交互的調度操作風險評估系統(tǒng)，大大提高了智能電網調度操作風險預控水平，為調度人員科學快速地制定風險控制措施提供有效的輔助決策手段。

　　關鍵詞： 智能電網；省地一體化；調度操作； 風險量化；風險評估

0 引言

　　智能電網調度所具備的預警、預控、優(yōu)化和協(xié)調的特點為現(xiàn)有的電網調度操作模式及其自動化管理系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。智能電網的調度操作自動化系統(tǒng)一方面能夠為調度工作人員提供科學高效的輔助決策支持，另一方面，隨著電網規(guī)模和設備數量的增加，電網運行方式的日益復雜，調度操作人員面臨多來源多平臺的海量數據信息，這也大大增加了電網調度操作的不確定性，為電網的安全穩(wěn)定運行帶來一定風險。目前電網公司已有的安全生產風險管理體系主要是針對電網規(guī)劃運行層面，而缺少專門針對調度操作本身的風險評估指標體系和風險量化評估模型，使得調度操作依然處于傳統(tǒng)的經驗型思維模式狀態(tài)，對于省調、地調以及變電站的調度操作存在的風險辨識模糊不清的問題，更無法對其進行量化評估[1]。

　　電力系統(tǒng)調度操作風險評估，是指對調度操作過程中存在的隱患進行評估，或者說對調度操作所面臨的不確定性因素，給出其可能性與后果嚴重性的綜合度量，揭露電力系統(tǒng)的調度操作對風險源擾動事件的暴露程度，以保證整個電力系統(tǒng)安全、可靠運行。因此，電網的調度操作風險量化主要由兩部分構成，即，風險源的量化辨識與風險后果的評估。調度操作的風險源主要包含三類，即，設備、天氣和人員。目前，國內外在該領域的研究中，對影響電網調度操作的風險因素辨識比較局部，主要針對電力設備的風險評估[2]。如，澳大利亞越網公司采用的基于擴展風險矩陣圖法的電力設備評估方法，并與山東電力集團公司進行了合作，實現(xiàn)了山東電網110 kV 及以上主變壓器類設備的風險評估和排序；英國EA 公司提出了基于變電設備狀態(tài)的風險防范管理體系評估信息系統(tǒng)（CBRM），并與云南電網公司進行了合作，實現(xiàn)了云南電網所屬14個500 kV變電站5類500 kV一次設備，和昆明供電局61個變電站220 kV以上電網8類一次設備(總數達3 344 臺)的健康狀態(tài)評價和風險評估；此外，國際大電網會議（CIGRE）的B3/C2-14 工作組提出的資產管理決策流程中亦涉及對電力設備風險評估的相關內容[3]。上述這類對電力設備的風險評估主要側重的是對歷史數據的統(tǒng)計和分析，沒有考慮電網運行的實時狀態(tài)的影響。

　　在天氣和人員風險源方面的研究，仍主要側重歷史數據的統(tǒng)計和分析，有部分學者對天氣變化影響電力設備故障率的角度入手，建立了考慮天氣因素的設備故障率模型[4]，但由于對天氣因素的考慮比較粗略，在具體應用時難以實現(xiàn)與數字天氣預報系統(tǒng)的實時對接。而人員風險源的辨識方面，有學者引入CREAM等人因可靠性理論對變電站倒閘操作過程中人的因素進行了研究[5]，但由于該理論主要基于人的認知模型，對歷史數據要求較高，且多采用打分的方式進行評估，主觀性強，難以與設備、天氣等能夠量化的風險因子實現(xiàn)聯(lián)動[6-9]。

　　對于風險可能導致的后果值的計算方面，與失負荷值相關的指標應用最多，其計算主要基于電網的實時運行方式[10]，在實現(xiàn)手段上結合傳統(tǒng)潮流計算，將失負荷值的計算僅建模為一單純的最優(yōu)潮流問題，并采用多種數學優(yōu)化方法進行優(yōu)化求解，直到全部操作完成。這種建模和求解的方式無法同時考慮電網運行方式的調整，且計算過程中，潮流計算需多次反復調用，當電網規(guī)模達到省級規(guī)模及以上時，一分鐘僅能夠自動實現(xiàn)幾次潮流計算，且存在潮流不收斂的情況，因此，從計算效率上來說，現(xiàn)有的方法亦無法滿足智能電網調度操作風險評估的在線實時性的要求。

　　綜上所述，開展專門針對智能電網調度操作的風險量化與評估是電網調度工作的客觀需要。本文以廣東電網為實際應用背景，根據調度令從擬令到發(fā)令再到現(xiàn)場執(zhí)行的整個流程，梳理了廣東電網的典型調度模式，在此基礎上提出了智能電網省地一體化調度操作風險量化評估的整體實現(xiàn)框架和核心技術思想，建立了省調-地調-變電站三級信息交互的調度操作風險評估系統(tǒng)，使各級調度人員能夠事先掌握調度操作給變電站、地市電網、省電網所帶來的風險水平，提高了智能電網調度操作風險預控水平，為調度人員快速有效地制定風險控制措施提供科學有效的輔助決策手段。

1 省地站調度操作模式分析

　　1.1 調度操作指令的分類

　　調度操作是由調度值班人員下發(fā)操作指令的方式予以執(zhí)行。發(fā)布和接受調度指令，通常采用調度專用電話系統(tǒng)或專用網絡傳輸系統(tǒng)。根據指令的內容和完成方式的不同，調度操作指令可分為三種類型：單項令、逐項令和綜合令[11]。

　?。?）單項令：是指值班調度員下達的單一項目操作的調度指令。

　?。?）綜合令：是指值班調度員按照操作目的和要求，用標準術語說明操作對象的起始和終結狀態(tài)以及注意事項的調度指令。受令人按照綜合令確定的操作規(guī)范和現(xiàn)場規(guī)程，自行擬定具體操作步驟和操作順序，一次性完成所有操作后向發(fā)令人匯報。

　　（3）逐項令：是指值班調度員根據一定的邏輯關系，按照順序下達的調度指令。受令人按照下達的操作指令完成現(xiàn)場操作。每執(zhí)行完一項操作指令，必須向發(fā)令調度員報告，等待接受下一項操作指令。

　　可見，無論調度指令如何復雜，其本質都是可以用一系列有先后邏輯關系的單項令序列構成。因此，在對電網調度操作風險進行評估時，我們可以將所有調度操作指令描述成統(tǒng)一形式，即，有先后邏輯關系的單項令序列。而調度令本身的類別不同則可通過其涉及的調度部門和執(zhí)行人員等風險因素來體現(xiàn)其差異性。具體見后續(xù)風險評估模型。

　　1.2 主要調度操作模式的分類

　　根據廣東電網省地調度指令發(fā)布與執(zhí)行的實際工作流程，可梳理出相應的省地調度操作模式，該模式直接決定了省地調度操作過程中存在的風險源辨識問題，并進一步關系到調度操作風險量化評估模型的建立。廣東省調的調度操作模式可分為三種情況，如圖1所示。

　?。?）省調-變電站模式：省調下發(fā)操作指令給500 kV或220 kV有人值守變電站的調度員，由該站值班操作人員完成現(xiàn)場操作。

　　（2）省調-地調模式：省調下發(fā)操作指令給地調值班調度員，由地調調度員制定相應操作票，并下發(fā)給相應變電站值班操作人員完成現(xiàn)場操作。

　?。?）省調-集控中心-變電站模式：省調下發(fā)操作指令給集控中心或監(jiān)控中心，由集控中心或監(jiān)控中心的巡維組值班人員到變電站完成現(xiàn)場操作。

　　此外，還有省調-直調電廠模式，即，有關發(fā)電系統(tǒng)的調節(jié)操作，由省調下發(fā)操作指令給直調發(fā)電廠調度員，并由相關操作人員完成現(xiàn)場操作。該模式的計算處理同（2），在圖上不再列出。

2 智能電網省地一體化調度操作風險量化評估整體實現(xiàn)框架

　　2.1 風險源的辨識

　　根據實際調度操作運行經驗，主要包括四個方面的調度操作風險源：設備因素、人為因素、規(guī)則因素以及天氣因素，具體如下：

　?。?）設備因素：主要包括設備缺陷狀態(tài)、設備陳舊度（服役年限）、操作所涉及關鍵設備在歷史上發(fā)生故障統(tǒng)計、現(xiàn)場施工的影響等。

　　（2）人為因素：主要包括上崗時間、文化水平、工作責任心、心情和情緒、歷史上出現(xiàn)人工失誤率統(tǒng)計、之前工作的疲勞度、本次操作的時段等。

　?。?）規(guī)則因素：主要包括操作規(guī)范度、操作監(jiān)管度等。

　　（4）天氣因素：具體包括正常、臺風(黃色預警、橙色預警、紅色預警)、雷雨大風(黃色預警、橙色預警、紅色預警)、森林火險(橙色預警、紅色預警) 、高溫(橙色預警、紅色預警)、大霧(橙色預警、紅色預警)、結冰等。

　　2.2 智能電網調度操作風險的量化通式

　　省地一體化調度操作風險評估可分別從變電站、地調和省調三個層面展開，各個不同層面的風險因素亦有可能不同，省地站三個層面的調度操作風險評估是相互聯(lián)系的有機整體。

　　由于電網的任何一項操作，其操作成功與操作失敗均可能帶來風險后果，如：操作成功后系統(tǒng)仍可能出現(xiàn)潮流越限、節(jié)點電壓越限等不安全后果；而操作失敗則可能帶來更嚴重的后果。因此，對于某一項調度操作風險的評估應結合操作成敗的概率及其相應的風險后果來衡量。由于風險值本身具有累加性的特點，因此，可采用式（1）作為電網調度操作風險的量化通式。

　　φ=操作成功風險+操作失敗風險

　　=ps×ξs+(1-ps)ξF（1）

　　式中，φ表示該項操作的風險指標；ps表示該項操作成功的概率，則1-ps表示該項操作失敗的概率；ξs和ξF則分別表示操作成功和操作失敗所帶來的風險后果。

　　2.3 基于貝葉斯網絡的操作成敗概率預測

　　基于調度模式，并根據風險源因素及其相互之間的關系，以“本項操作失敗”作為危險事件，形成操作風險的貝葉斯網絡圖，根據該圖進行演繹推理計算，可以預測出操作失敗事件發(fā)生的概率，形成的貝葉斯網絡圖如圖2所示。

　　在該圖中，形成各個節(jié)點的條件概率表是關鍵，而所有起始父節(jié)點（如：上崗時間、學歷等）的邊際概率則可根據歷史統(tǒng)計數據獲得。而操作失敗這一危險事件，發(fā)生的概率在形成各節(jié)點的條件概率表后，能夠預測得出。此處，“操作失敗”是針對調度指令中的每一步具體的操作而言，如調度指令可分解為n個單項令，即，n個步驟，那么在形成貝葉斯網絡圖時，就應分別對這n個步驟生成相應的貝葉斯網絡圖，分別用于預測這n個步驟操作失敗的概率。因此，這一項調度令操作失敗的概率可用下式來計算：

　　式中，pF表示該項調度令操作失敗的總的概率， pF,i表示操作過程中的第i個操作步驟對應的失敗概率?？梢姡捎秘惾~斯網絡既可預測每一步具體操作的失敗概率，也可估計整條調度令（單項令、綜合令）操作失敗的概論。而操作成功的概率則與操作失敗概率互補。

　　2.4 智能電網調度操作風險后果值及指標的計算

　　實質上，操作成功與操作失敗各自的后果值計算原理是相同的，不同之處在于操作成功和操作失敗所對應的電網接線或運行方式不同。根據設備操作的影響范圍不同，風險后果值計算可分為兩種情況來考慮：

　?。?）只對變電站站內有影響的情況

　　這種情況是指該項操作僅影響變電站內的運行，而對外部電網沒有影響，如，設備由檢修狀態(tài)轉為備用狀態(tài)、旁路斷路器代其他斷路器運行等操作。這時，操作風險后果值的計算即為變電站主接線可靠性分析，計算的后果值包括，可用度、平均無故障工作時間、平均停運時間、故障頻率、主變過載率等。

　?。?）對網絡運行有影響的情況

　　這種情況是指設備的操作，如，線路投切、發(fā)電出力調整等，會影響外部電網的運行狀態(tài)。這種情況下，后果值的計算其實質是操作成功或失敗前提下的電網實時運行風險評估，具體思路為：首先需確定設備操作對外部電網運行的影響界面，并將該站在影響界面上對外部電網進行等值，然后對外部電網進行潮流計算來確定該項操作的后果值?？紤]操作成功與操作失敗兩種情況：

　?、俨僮鞒晒Γ焊鶕CADA系統(tǒng)提供的電網實時運行數據，對等值后的外部電網進行潮流計算，查看是否有出現(xiàn)潮流越限、節(jié)點電壓越限等不安全狀態(tài)出現(xiàn)。若潮流計算后電網沒有出現(xiàn)任何不安全情形，則操作成功后的風險后果值為0。

　?、诓僮魇。簞t應制定操作失敗后的預想事故集，對事故集中的每個故障進行潮流計算，若潮流不收斂，則進行按負荷重要程度的最優(yōu)切負荷計算，以失負荷大小來衡量操作失敗所帶來的后果值。

　　這種情況下計算的后果值具體包括：停電功率比、線路過載率、節(jié)點電壓不合格率等。

　　然后，基于操作成敗概率預測值和上述風險后果值，由式(1)即可求取相應的調度操作風險指標。

　　2.5 智能電網調度操作風險評估的實現(xiàn)流程

　　綜上所述，智能電網調度操作風險評估的整體實現(xiàn)流程如圖3所示，具體由風險源辨識、操作成敗概率預測、操作風險后果值計算以及風險指標的計算等四大核心模塊構成。

3 智能電網省地一體化調度操作風險量化評估系統(tǒng)構建

　　根據圖3所示的智能電網調度操作風險評估子系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖，以及圍繞調度令而產生的省、地、站三個層面之間的相互關系，構建了如圖4所示的廣東電網省地一體化智能調度操作風險量化評估的過程，為相應軟件系統(tǒng)的開發(fā)提供基本框架。

4  結論

　　本文針對智能電網對調度操作帶來的新要求，圍繞調度指令從擬令到執(zhí)行的不同調度模式，介紹了廣東電網省地一體化智能調度操作風險量化評估的整體實現(xiàn)框架和核心技術思想，將智能電網省地一體化調度操作風險評估分解為風險源辨識、基于貝葉斯網絡的操作成敗概率預測、操作風險后果值計算以及操作風險指標體系構建等四個主要步驟，從省、地、站三個層面構建有機聯(lián)系的智能電網調度操作風險評估系統(tǒng)，讓各級調度人員能實時掌握將要執(zhí)行的調度操作給相關變電站甚至整個廣東電網帶來的影響，有助于提高電網的安全穩(wěn)定運行能力，為各級電網調度人員提供科學有效的輔助決策支持手段。

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