基于电网调度操作全过程的动态N-1风险评估技术分析

黄 洁

（国网湖南省电力有限公司湘西供电分公司，湖南湘西 416000）

1 电网调度操作风险评估框架

调度操作全过程风险包括：其一，如果调度操作开关操作失败，会导致电网风险的出现，比如关联母线故障导致的母线欠压；其二，执行调度方案后，系统N-1 故障导致的运行风险；其三，执行调度方案之后长时间运行目标网络，电网存在潮流越限、电压越限等风险。后两者为成功调度操作后的电网运行风险，要共同考虑，文中对风险评估过程中发生故障概率与损失进行考虑。基于××电网运行经验与技术需求，设计调度操作过程中风险评估框架如图1 所示[1]。

图1 调度操作过程中风险评估框架

故障分析还要对电网运行过程中及开关操作失败导致出现的N-1 故障风险进行考虑，具体为：

其一，调度方案运行风险。在调度目标完成之后，电网运行风险评估主要包括：电网N-1 故障后的运行风险，要全面分析N-1 故障的损失、概率和潮流；电网是否出现设备重载、电压越限、潮流越限等风险。

其二，刀闸与断路器操作失败的故障导致开关操作全过程风险，在对调度方案开关操作序列执行的过程中，如果操作出现故障就会导致电网出现风险，所以要对每步操作的失败概率与关联母线故障进行分析，以此定量评估操作失败导致的电网损失[2]。对于指定的调度方案，假如能够使开关操作序列顺利执行，表示达成调度目标；相反，在任何开关操作出现关联母线故障或者拒动时，工作人员将停止后续操作，无法完成预定调度目标，因为每步调度操作成功和后续执行相关。文中使用状态转移矩阵创建非记忆性状态序列模型，并且对各操作故障场景中潮流分布、电网拓扑与故障损失进行分析，之后，通过故障损失与概率对开关操作流程风险进行计算。

其三，为了对调度操作全过程风险进行综合考虑，首先，要对电网运行与开关操作导致的后果严重度指标进行统一，文中将潮流越限、负荷损失、设备重载、电压越限等作为指标[3]。

2 设备故障时变概率模型

暴露型设备故障模型。文中充分考虑天气原因导致暴露型设备故障，首先，通过历史统计数据实现暴露型设备时变故障模型的创建，瞬时状态概率方程为：

式中，Pi(t)为t 时间在i 状态中的瞬时概率，μ(t)为故障状态到运行转移速率函数，λ(t)为运行状态到故障转移率函数[4]。

表1 为天气类型分类，不同天气所对应设备出现故障停运次数比例公式：

表1 天气类型分类

Wi 为i 天气状态下出现故障比例，T 与λ0 表示全部天气状态持续总时间和历史统计平均故障率，λi 与Ti 表示i天气状态下平均故障率与持续时间。

已知设备故障率计算公式如式（3）所示：

式中i 为考虑时间天气情况时，通过历史数据统计中得到Wi、T、Ti 与λ0。

3 算例分析

利用IEEE-RTS 测试系统对文中方法进行验证，分析电网历史数据，设置调度操作成功率与失败率分别为0.98、0.02，表2 为开关与刀闸故障导致失败操作几率，其中的1～23 为各线路，24 为母线[5]。

以综合调度为例，假如因为某原因线路要通过上述模型计算风险，得出风险指标为27.56、14.36、1.35。以此表示具有较大的电压越限风险，所以要提请调度员在操作执行过程中实现电压预控措施的制定。

3.1 操作风险分析

因为线路侧刀闸的中断为不带电操作，并没有操作风险，操作风险为母线侧刀闸与开关操作。针对电压越限风险指标RU 与支路过载风险指标RO，表2 中的1、4 步风险比2、5 步大。第1 步开关爆炸和第4 步刀闸瓷瓶断裂会使母线15 失压，将与其相连接的设备切除。母线15 失压切除设备比母线24 要多，提高了对潮流的影响，所以存在高风险。母线15 和负荷连接，那么导致的母线失压会降低负荷。所以，整体调度中要注意第1 步和第4 步的风险，从而使系统能够稳定安全的运行[6]。

表2 开关与刀闸故障导致失败操作几率

3.2 操作风险来源

因为操作成功或失败后发展状态导致调度操作风险，对于线路15～24 从运行到冷备操作，表3 为操作风险来源。

通过表3 可以看出来，潮流与电压越限风险为正常的操作状态，也就是正常操作之后系统的高风险，因为操作失败会导致出现负荷削减。

表3 操作风险来源

其实，操作失败与成功之后的发展状态，对于导致系统电压越限与支路过载比操作成功的指标大，但是发生概率比较小，所以总指标占比小。针对负荷削减风险指标，在失败操作极端情况中会导致母线失压，从而削减负荷，所以操作失败会出现负荷削减。

3.3 开关操作风险

（1）将母联开关合上，如果此操作拒动，将停止后续操作，不会改变原本的电网结构；如果此操作开关爆炸，母线失压，后续操作停止，则全站失压。

（2）断开电站开关，导致拒动失败和开关爆炸，拒动停止后续操作，电站环网运行，也就是第一个操作后的电网状态，爆炸会导致电站全站失压。

实际调度操作会更加复杂，为了避免电网合环运行，撤销步骤1。为了使电网状态空间降低，文中只是执行调度方案到目标的过程，对调度单项序列失败导致的损失考虑，忽视后续风险处理。基于实际电网风险的定级规则，设置220kV 负荷损失指标重要程度为5，设置110kV 负荷重要性程度为1。

4 结语

文中提出对调度操作全过程考虑的动态N-1风险评估技术框架，分析开关操作和目标电网N-1 故障导致的关联母线N-1风险。此风险评估技术被应用到实际供电局中，提供稳定运行阶段与贯穿开关操作量化风险值，能够使调度员对最终调度方案作出选择。