占才亮1，潮  鑄1，鐘華贊1，謝  敏2，尹一江2，劉明波2

　　（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 5106991；2. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510640）

　　摘  要： 智能電網(wǎng)的多來源海量數(shù)據(jù)為電網(wǎng)調(diào)度的高級應(yīng)用系統(tǒng)提出了新的要求。針對智能電網(wǎng)調(diào)度所需具備的預(yù)警、預(yù)控、優(yōu)化、協(xié)調(diào)能力的特點(diǎn)，圍繞調(diào)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(wǎng)的典型調(diào)度模式，在此基礎(chǔ)上提出了智能電網(wǎng)省地一體化調(diào)度操作風(fēng)險量化評估的整體實(shí)現(xiàn)框架，從省地站三個層面將調(diào)度操作風(fēng)險評估分解為風(fēng)險源辨識、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的操作成敗概率預(yù)測、操作風(fēng)險后果值計算以及操作風(fēng)險指標(biāo)體系構(gòu)建等四個主要步驟，建立了省調(diào)-地調(diào)-變電站三級信息交互的調(diào)度操作風(fēng)險評估系統(tǒng)，大大提高了智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險預(yù)控水平，為調(diào)度人員科學(xué)快速地制定風(fēng)險控制措施提供有效的輔助決策手段。

　　關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng)；省地一體化；調(diào)度操作； 風(fēng)險量化；風(fēng)險評估

0 引言

　　智能電網(wǎng)調(diào)度所具備的預(yù)警、預(yù)控、優(yōu)化和協(xié)調(diào)的特點(diǎn)為現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)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(wǎng)的調(diào)度操作自動化系統(tǒng)一方面能夠?yàn)檎{(diào)度工作人員提供科學(xué)高效的輔助決策支持，另一方面，隨著電網(wǎng)規(guī)模和設(shè)備數(shù)量的增加，電網(wǎng)運(yùn)行方式的日益復(fù)雜，調(diào)度操作人員面臨多來源多平臺的海量數(shù)據(jù)信息，這也大大增加了電網(wǎng)調(diào)度操作的不確定性，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定風(fēng)險。目前電網(wǎng)公司已有的安全生產(chǎn)風(fēng)險管理體系主要是針對電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行層面，而缺少專門針對調(diào)度操作本身的風(fēng)險評估指標(biāo)體系和風(fēng)險量化評估模型，使得調(diào)度操作依然處于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)型思維模式狀態(tài)，對于省調(diào)、地調(diào)以及變電站的調(diào)度操作存在的風(fēng)險辨識模糊不清的問題，更無法對其進(jìn)行量化評估[1]。

　　電力系統(tǒng)調(diào)度操作風(fēng)險評估，是指對調(diào)度操作過程中存在的隱患進(jìn)行評估，或者說對調(diào)度操作所面臨的不確定性因素，給出其可能性與后果嚴(yán)重性的綜合度量，揭露電力系統(tǒng)的調(diào)度操作對風(fēng)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(yùn)行。因此，電網(wǎng)的調(diào)度操作風(fēng)險量化主要由兩部分構(gòu)成，即，風(fēng)險源的量化辨識與風(fēng)險后果的評估。調(diào)度操作的風(fēng)險源主要包含三類，即，設(shè)備、天氣和人員。目前，國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究中，對影響電網(wǎng)調(diào)度操作的風(fēng)險因素辨識比較局部，主要針對電力設(shè)備的風(fēng)險評估[2]。如，澳大利亞越網(wǎng)公司采用的基于擴(kuò)展風(fēng)險矩陣圖法的電力設(shè)備評估方法，并與山東電力集團(tuán)公司進(jìn)行了合作，實(shí)現(xiàn)了山東電網(wǎng)110 kV 及以上主變壓器類設(shè)備的風(fēng)險評估和排序；英國EA 公司提出了基于變電設(shè)備狀態(tài)的風(fēng)險防范管理體系評估信息系統(tǒng)（CBRM），并與云南電網(wǎng)公司進(jìn)行了合作，實(shí)現(xiàn)了云南電網(wǎng)所屬14個500 kV變電站5類500 kV一次設(shè)備，和昆明供電局61個變電站220 kV以上電網(wǎng)8類一次設(shè)備(總數(shù)達(dá)3 344 臺)的健康狀態(tài)評價和風(fēng)險評估；此外，國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）的B3/C2-14 工作組提出的資產(chǎn)管理決策流程中亦涉及對電力設(shè)備風(fēng)險評估的相關(guān)內(nèi)容[3]。上述這類對電力設(shè)備的風(fēng)險評估主要側(cè)重的是對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，沒有考慮電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時狀態(tài)的影響。

　　在天氣和人員風(fēng)險源方面的研究，仍主要側(cè)重歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，有部分學(xué)者對天氣變化影響電力設(shè)備故障率的角度入手，建立了考慮天氣因素的設(shè)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(yīng)用時難以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字天氣預(yù)報系統(tǒng)的實(shí)時對接。而人員風(fēng)險源的辨識方面，有學(xué)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(jìn)行了研究[5]，但由于該理論主要基于人的認(rèn)知模型，對歷史數(shù)據(jù)要求較高，且多采用打分的方式進(jìn)行評估，主觀性強(qiáng)，難以與設(shè)備、天氣等能夠量化的風(fēng)險因子實(shí)現(xiàn)聯(lián)動[6-9]。

　　對于風(fēng)險可能導(dǎo)致的后果值的計算方面，與失負(fù)荷值相關(guān)的指標(biāo)應(yīng)用最多，其計算主要基于電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行方式[10]，在實(shí)現(xiàn)手段上結(jié)合傳統(tǒng)潮流計算，將失負(fù)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(shù)學(xué)優(yōu)化方法進(jìn)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(wǎng)運(yùn)行方式的調(diào)整，且計算過程中，潮流計算需多次反復(fù)調(diào)用，當(dāng)電網(wǎng)規(guī)模達(dá)到省級規(guī)模及以上時，一分鐘僅能夠自動實(shí)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(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險評估的在線實(shí)時性的要求。

　　綜上所述，開展專門針對智能電網(wǎng)調(diào)度操作的風(fēng)險量化與評估是電網(wǎng)調(diào)度工作的客觀需要。本文以廣東電網(wǎng)為實(shí)際應(yīng)用背景，根據(jù)調(diào)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(wǎng)的典型調(diào)度模式，在此基礎(chǔ)上提出了智能電網(wǎng)省地一體化調(diào)度操作風(fēng)險量化評估的整體實(shí)現(xiàn)框架和核心技術(shù)思想，建立了省調(diào)-地調(diào)-變電站三級信息交互的調(diào)度操作風(fēng)險評估系統(tǒng)，使各級調(diào)度人員能夠事先掌握調(diào)度操作給變電站、地市電網(wǎng)、省電網(wǎng)所帶來的風(fēng)險水平，提高了智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險預(yù)控水平，為調(diào)度人員快速有效地制定風(fēng)險控制措施提供科學(xué)有效的輔助決策手段。

1 省地站調(diào)度操作模式分析

　　1.1 調(diào)度操作指令的分類

　　調(diào)度操作是由調(diào)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(diào)度指令，通常采用調(diào)度專用電話系統(tǒng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。根據(jù)指令的內(nèi)容和完成方式的不同，調(diào)度操作指令可分為三種類型：單項令、逐項令和綜合令[11]。

　　（1）單項令：是指值班調(diào)度員下達(dá)的單一項目操作的調(diào)度指令。

　　（2）綜合令：是指值班調(diào)度員按照操作目的和要求，用標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語說明操作對象的起始和終結(jié)狀態(tài)以及注意事項的調(diào)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(diào)度員根據(jù)一定的邏輯關(guān)系，按照順序下達(dá)的調(diào)度指令。受令人按照下達(dá)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(diào)度員報告，等待接受下一項操作指令。

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

　　1.2 主要調(diào)度操作模式的分類

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

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

　　（2）省調(diào)-地調(diào)模式：省調(diào)下發(fā)操作指令給地調(diào)值班調(diào)度員，由地調(diào)調(diào)度員制定相應(yīng)操作票，并下發(fā)給相應(yīng)變電站值班操作人員完成現(xiàn)場操作。

　　（3）省調(diào)-集控中心-變電站模式：省調(diào)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(diào)-直調(diào)電廠模式，即，有關(guān)發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)操作，由省調(diào)下發(fā)操作指令給直調(diào)發(fā)電廠調(diào)度員，并由相關(guān)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(wǎng)省地一體化調(diào)度操作風(fēng)險量化評估整體實(shí)現(xiàn)框架

　　2.1 風(fēng)險源的辨識

　　根據(jù)實(shí)際調(diào)度操作運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，主要包括四個方面的調(diào)度操作風(fēng)險源：設(shè)備因素、人為因素、規(guī)則因素以及天氣因素，具體如下：

　　（1）設(shè)備因素：主要包括設(shè)備缺陷狀態(tài)、設(shè)備陳舊度（服役年限）、操作所涉及關(guān)鍵設(shè)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(zé)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。

　　（3）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(fēng)(黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警)、雷雨大風(fēng)(黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警)、森林火險(橙色預(yù)警、紅色預(yù)警) 、高溫(橙色預(yù)警、紅色預(yù)警)、大霧(橙色預(yù)警、紅色預(yù)警)、結(jié)冰等。

　　2.2 智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險的量化通式

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

　　由于電網(wǎng)的任何一項操作，其操作成功與操作失敗均可能帶來風(fēng)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(diǎn)電壓越限等不安全后果；而操作失敗則可能帶來更嚴(yán)重的后果。因此，對于某一項調(diào)度操作風(fēng)險的評估應(yīng)結(jié)合操作成敗的概率及其相應(yīng)的風(fēng)險后果來衡量。由于風(fēng)險值本身具有累加性的特點(diǎn)，因此，可采用式（1）作為電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險的量化通式。

　　φ=操作成功風(fēng)險+操作失敗風(fēng)險

　　=ps×ξs+(1-ps)ξF（1）

　　式中，φ表示該項操作的風(fēng)險指標(biāo)；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(fēng)險后果。

　　2.3 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的操作成敗概率預(yù)測

　　基于調(diào)度模式，并根據(jù)風(fēng)險源因素及其相互之間的關(guān)系，以“本項操作失敗”作為危險事件，形成操作風(fēng)險的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖，根據(jù)該圖進(jìn)行演繹推理計算，可以預(yù)測出操作失敗事件發(fā)生的概率，形成的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

　　在該圖中，形成各個節(jié)點(diǎn)的條件概率表是關(guān)鍵，而所有起始父節(jié)點(diǎn)（如：上崗時間、學(xué)歷等）的邊際概率則可根據(jù)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(diǎn)的條件概率表后，能夠預(yù)測得出。此處，“操作失敗”是針對調(diào)度指令中的每一步具體的操作而言，如調(diào)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(wǎng)絡(luò)圖時，就應(yīng)分別對這n個步驟生成相應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖，分別用于預(yù)測這n個步驟操作失敗的概率。因此，這一項調(diào)度令操作失敗的概率可用下式來計算：

　　式中，pF表示該項調(diào)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(yīng)的失敗概率。可見，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)既可預(yù)測每一步具體操作的失敗概率，也可估計整條調(diào)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(bǔ)。

　　2.4 智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險后果值及指標(biāo)的計算

　　實(shí)質(zhì)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(yīng)的電網(wǎng)接線或運(yùn)行方式不同。根據(jù)設(shè)備操作的影響范圍不同，風(fēng)險后果值計算可分為兩種情況來考慮：

　　（1）只對變電站站內(nèi)有影響的情況

　　這種情況是指該項操作僅影響變電站內(nèi)的運(yùn)行，而對外部電網(wǎng)沒有影響，如，設(shè)備由檢修狀態(tài)轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)、旁路斷路器代其他斷路器運(yùn)行等操作。這時，操作風(fēng)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(yùn)時間、故障頻率、主變過載率等。

　　（2）對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行有影響的情況

　　這種情況是指設(shè)備的操作，如，線路投切、發(fā)電出力調(diào)整等，會影響外部電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。這種情況下，后果值的計算其實(shí)質(zhì)是操作成功或失敗前提下的電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險評估，具體思路為：首先需確定設(shè)備操作對外部電網(wǎng)運(yùn)行的影響界面，并將該站在影響界面上對外部電網(wǎng)進(jìn)行等值，然后對外部電網(wǎng)進(jìn)行潮流計算來確定該項操作的后果值。考慮操作成功與操作失敗兩種情況：

　　①操作成功：根據(jù)SCADA系統(tǒng)提供的電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，對等值后的外部電網(wǎng)進(jìn)行潮流計算，查看是否有出現(xiàn)潮流越限、節(jié)點(diǎn)電壓越限等不安全狀態(tài)出現(xiàn)。若潮流計算后電網(wǎng)沒有出現(xiàn)任何不安全情形，則操作成功后的風(fēng)險后果值為0。

　　②操作失敗：則應(yīng)制定操作失敗后的預(yù)想事故集，對事故集中的每個故障進(jìn)行潮流計算，若潮流不收斂，則進(jìn)行按負(fù)荷重要程度的最優(yōu)切負(fù)荷計算，以失負(fù)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(diǎn)電壓不合格率等。

　　然后，基于操作成敗概率預(yù)測值和上述風(fēng)險后果值，由式(1)即可求取相應(yīng)的調(diào)度操作風(fēng)險指標(biāo)。

　　2.5 智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險評估的實(shí)現(xiàn)流程

　　綜上所述，智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險評估的整體實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示，具體由風(fēng)險源辨識、操作成敗概率預(yù)測、操作風(fēng)險后果值計算以及風(fēng)險指標(biāo)的計算等四大核心模塊構(gòu)成。

3 智能電網(wǎng)省地一體化調(diào)度操作風(fēng)險量化評估系統(tǒng)構(gòu)建

　　根據(jù)圖3所示的智能電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險評估子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖，以及圍繞調(diào)度令而產(chǎn)生的省、地、站三個層面之間的相互關(guān)系，構(gòu)建了如圖4所示的廣東電網(wǎng)省地一體化智能調(diào)度操作風(fēng)險量化評估的過程，為相應(yīng)軟件系統(tǒng)的開發(fā)提供基本框架。

4  結(jié)論

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

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