本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种电网负荷异常及运行风险实时监控预警方法。
背景技术：
随着我国大区电网互联的快速发展以及特高压电网建设的稳步推进，电网运行的技术水平和复杂程度越来越高，电网运行控制的难度越来越大；
1）传统人工监视重要运行数据已不再胜任现代大规模互联电网要求。负责省级电网频率及电压日常监视及控制的调度值班人员，需时刻对省网总发（供）电实时曲线、各统调机组实时有、无功出力、大型水库出、入库流量及实时水位、省网各厂站母线电压及输电线路有、无功以及重要运行断面潮流进行监视并参与调整。随着电网规模日益增大，人均监视数据量不断增加，传统人工肉眼已难以胜任如此繁复的实时运行数据的监视；
2）电网拓扑结构越来越复杂。近年来电网建设中，为节省经济成本，同杆并架的输电线路越来越多，其异名相短路故障存在N-2的运行风险，且目前对电网拓扑结构薄弱点智能辨识的自动化技术支持手段有限，传统依赖调度值班人员的经验调度模式难以发现和掌控电网隐藏的运行风险；
3）电网稳定控制规定越来越苛刻。电网运行方式专业人员针对电网结构和电力负荷水平，结合电网夏季、冬季等电网典型运行方式，编制电网运行控制要求，包含开机方式、旋转备用要求、输电断面正常/检修方式控制限额、厂站智能微机稳控等。随着电网规模日益增大，运行方式日益灵活，稳定控制规定逐渐复杂苛严，仅靠调度值班人员记忆已难以保证对电网运行稳定控制要求做出快速精准的判断；
4）电网异常诸如负荷波动为典型特征的强迫功率振荡、低频振荡等电网动态稳定问题日益凸显。基于同步相量测量装置（Phasor Measurement Unit，PMU）构成的广域测量系统（Wide Area Measurement System，WAMS）具有直接测量节点电压相量和支路电流相量，数据精度高、传输延时短等优点，但就目前技术水平而言，全网布点PMU所带来的经济问题以及对海量量测数据的存储处理、管理利用、计算通信所带来的技术问题这两大瓶颈决定了在相当长时间内，WAMS仍需结合基于能量管理系统（Energy Manager System，EMS）上的数据采集及监控系统（Supervisory Control And Acquisition，SCADA），对电网动态过程进行准备实时分析。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够快速有效分析电网拓扑结构、发现电网运行薄弱点和运行异常风险并报警，从而减轻值班人员工作强度、有效控制电网运行风险的电网负荷异常及运行风险实时监控预警方法。
本发明提供的这种电网负荷异常及运行风险实时监控预警方法，包括如下步骤：
获取省级电网的基础电网资料和运行数据，建立省级电网运行专家知识库的步骤；
实时获取电网运行状态下的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量的步骤；
根据获取的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量，确定电网机组、母线、线路和主变的投运状态；判断数据的波动状态和刷新状态，并对数据波动异常或数据刷新异常的数据进行报警的步骤；
根据获取的电网EMS和SCADA实时遥测遥信量，实时辨识电网运行的拓扑结构的步骤；
根据得到的电网运行拓扑结构和获取的电网EMS和SCADA实时遥测遥信量，辨识电网运行中的薄弱环节和安全风险等级并报警的步骤；
根据得到的电网运行拓扑结构和获取的电网EMS和SCADA实时遥测遥信量，判断电网运行断面的控制裕度，并在控制裕度不满足要求时进行报警的步骤。
所述的省级电网的基础电网资料和运行数据，包括线路同杆并架信息、输电断面控制限额、地区电网运行方式和事故调查规程规定。
所述的地区电网运行方式包括供各地/市、县/区电力的各220kV站母线、主变运行方式、110kV侧开环点和负荷备自投情况和110kV侧并网电源运行方式。
所述的事故调查规程规定包括五级及以上电网风险下各地/市、县/区减供负荷数量、比例及其他非正常停运事件。
所述的电网运行状态下的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量，包括从各厂站测控装置实时量测的一次设备的遥测遥信量和从上级、兄弟调控中心转发到主站的数据值。
所述的遥测遥信量分为重要网间联络线潮流、水电机组有功、火电机组有功、联络变压器有功潮流和输电线路有功潮流。
所述重要网间联络线潮流为涉及区域两两互联且交换功率扰动对整个系统频率产生影响的断面的潮流。
所述水电机组有功包括接入220kV电压等级及以上电网的统调水电机组的有功数据。
所述火电机组有功包括接入220kV电压等级及以上电网的统调火电机组的有功数据。
所述联络变压器有功潮流的包括省网内500kV电压等级主变的三侧有功潮流数据。
所述输电线路有功潮流包括省网内220kV电压等级及以上输电线路的有功潮流数据。
所述的确定电网机组、母线、线路和主变的投运状态，具体为根据获取的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量，获取机组、主变、母线、线路的实时接线方式，并计算得到电网机组、母线、线路和主变的投运状态。
所述的判断数据的波动状态和刷新状态，并对数据波动异常或数据刷新异常的数据进行报警，具体为针对电网负荷数据进行波动状态和刷新状态的判断并报警。
所述的对负荷数据的波动状态进行判断并报警，具体包括如下步骤：
A. 根据获取的数据，判断负荷类型；
B. 根据负荷类型，读取相应的波动门槛阈值；
C. 计算负荷数据的波动量，并判断负荷数据的波动量与波动门槛阈值之间的大小：若负荷数据的波动量大于波动门槛阈值，则记录该次负荷数据为单次负荷数据波动可疑点，发出单次负荷波动警告；
D. 对单次负荷波动可疑点，依据其前后两次负荷数据的大小，判断此次负荷波动可疑点为正向波动或反向波动；
E. 统计负荷数据中，负荷数据连续波动的次数，并与事先设置的连续波动次数阈值进行对比：
若连续波动的次数>连续波动次数阈值且连续波动为正向、反向有规则地波动，则判定为低频振荡可疑点，并报警；否则判定为普通负荷波动。
所述的负荷数据的波动量，具体为采用如下规则进行计算：
若负荷类型为网间联络线潮流数据、水电机组有功或火电机组有功，则负荷数据的波动量=（本次采样的负荷数据值—上次采样的负荷数据值）/上次采样的负荷数据值；
若负荷类型为联络变压器有功潮流或输电线路有功潮流，则负荷数据的波动量为本次采样的负荷数据与前一次采样的负荷数据量的差值。
所述的对负荷数据的刷新状态进行判断并报警，具体包括如下步骤：
ⅰ. 根据获取的数据，判断负荷类型；
ⅱ. 根据负荷类型，读取相应的数据上限值、下限值和不刷新门槛阈值；
ⅲ. 判断负荷数据是否位于设定的数据上限值和下限值之间：若负荷数据超出了数据上限值或低于数据下限值，则认定该负荷数据异常，并报警；
ⅳ. 若负荷数据位于设定的数据上限值和下限值之间，则计算该负荷数据与上一次采样的负荷数据之间的差值；
ⅴ. 判断步骤ⅳ中所述的差值与不刷新门槛阈值的大小：若差值小于不刷新门槛阈值，则认定此时负荷数据未刷新，记为一次数据未刷新可疑点；
ⅵ. 统计连续出现的数据未刷新可疑点的数目，若连续出现的数据未刷新可疑点次数>设定的警告阈值，则初步判定在该段时间内数据未刷新；
ⅶ. 结合负荷数据对应设备相应值的实时人工遥测封锁信息对未刷新的负荷数据进行实时纠正，最终判定该负荷数据是否未刷新：若最终判定该负荷数据未刷新，则推送自动化数据质量异常告警。
所述的辨识电网运行的拓扑结构，具体包括如下步骤：
1） 由EMS/SCADA系统实时获取统调电厂、变电站出线断路器的遥信量并判断电网拓扑结构及开机方式；
2） 由EMS/SCADA系统获取电网设备的置位、置牌信息，并以该系统置位、置牌信息的优先级高于系统实时获取的数据的原则，对电网拓扑结构进行纠正，辨识得到电网运行的拓扑结构。
所述的辨识电网运行中的薄弱环节和安全风险等级并报警，具体包括如下步骤：
① 根据电网运行的拓扑结构，获取仅由单回输电线路或多回共杆线路供电的单个220kV变电站或者多个连接在一起的220kV变电站群，并将所述的变电站构成集合Mi，电网中所有这类变电站构成集合M={Mi}；获取母线接线形式为双母线或者3/2接线，且因部分母线停电导致以单母线运行方式运行的220kV及以上电厂和变电站，并将所述的电厂和变电站构成集合N；
② 获取集合M中包含的220KV变电站的个数a，和集合N中包含的220KV变电站的个数b；若a≥1或b≥1，则判定电网存在安全风险，EMS系统推送五级电网事件风险警示；
③ 检查集合M中所有变电站的负荷类型，针对负荷包含任意县级市j负荷的集合Mi，计算变电站集合Mi负担的县级市j负荷占县级市j总负荷的比例x，获取变电站集合Mi负担的县级市j的用户占县级市j的总用户比例y；
④ 根据国网的事故调查规程，判定x和y的值是否大于规定的阈值：若x或y大于规定的阈值，则EMS系统推送四级电网事件风险警示；
⑤ 针对集合N中的所有变电站，重复步骤③和④，辨识电网运行中的薄弱环节和安全风险等级并报警。
所述的判断电网运行断面的控制裕度并报警，具体包括如下步骤：
a. 依据电网稳定规定中要求监视的电厂或电厂群机组运行台数，建立变量组Di；
b. 根据电网稳定规定中要求监视的电网实时负荷量F、稳控切负荷量Q和步骤a定义的电厂或电厂群机组运行台数Di，索引电网稳定规定，确定当前电网运行水平下各输电断面的稳定限额[Pi]和电厂或电厂群的机组预留旋转备用量[Xi]；
c. 比较实时输电断面Pi与计算的输电断面稳定限额[Pi]的大小，和实时电厂或电厂群的机组旋转备用Xi与应预留旋转备用量[Xi]的大小：若实时输电断面稳定限额大于计算的输电断面稳定限额Pi≥[Pi]，或实时电厂或电厂群的机组旋转备用小于应预留旋转备用量Xi≤[Xi]，则EMS系统推送电网稳定裕度不足告警。
本发明独立于PMU测量的动态监视，基于对厂站遥测数据的稳态监视，充分利用成熟的EMS/SCADA技术，通过实时采样电网运行工况中一次设备（机组、主变、线路等）有功潮流等主要负荷量，并将上述采样数据进行后台同步整合及计算处理，动态监测及评估电网实时运行薄弱点，对自动化数据不刷新、电网负荷波动、低频振荡、电网运行安全风险较高及控制稳定裕度不足等异常情况进行辅助记录和告警提示，为调度值班人员实时监盘提供又一重要依据，为事故处理提供科学决策。本发明的应用能够快速有效分析电网拓扑结构、发现电网运行薄弱点和运行异常风险并报警，从而减轻值班人员工作强度、有效控制电网运行风险。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的方法流程图：本发明提供的这种电网负荷异常及运行风险实时监控预警方法，包括如下步骤：
获取省级电网的基础电网资料和运行数据，包括线路同杆并架信息、输电断面控制限额、地区电网运行方式和事故调查规程规定等，建立省级电网运行专家知识库的步骤；
地区电网运行方式包括供各地/市、县/区电力的各220kV站母线、主变运行方式、110kV侧开环点和负荷备自投情况和110kV侧并网电源运行方式等；事故调查规程规定包括五级及以上电网风险下各地/市、县/区减供负荷数量、比例及其他非正常停运事件等。
实时获取电网运行状态下的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量的步骤；所述的电网运行状态下的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量包括从各厂站测控装置实时量测的一次设备的遥测遥信量和从上级、兄弟调控中心转发到主站的数据值。
而遥测遥信量又分为重要网间联络线潮流、水电机组有功、火电机组有功、联络变压器有功潮流和输电线路有功潮流。
重要网间联络线潮流为涉及区域两两互联且交换功率扰动对整个系统频率产生影响的断面的潮流；水电机组有功包括接入220kV电压等级及以上电网的统调水电机组的有功数据；火电机组有功包括接入220kV电压等级及以上电网的统调火电机组的有功数据；联络变压器有功潮流的包括省网内500kV电压等级主变的三侧有功潮流数据；输电线路有功潮流包括省网内220kV电压等级及以上输电线路的有功潮流数据。
根据获取的电网EMS/SCADA实时遥测遥信量，获取机组、主变、母线、线路的实时接线方式，并计算得到电网机组、母线、线路和主变的投运状态；判断数据的波动状态和刷新状态，并对电网负荷数据进行波动状态和刷新状态的判断并报警的步骤；
对负荷数据的波动状态进行判断并报警，具体包括如下步骤：
A. 根据获取的数据，判断负荷类型；
B. 根据负荷类型，读取相应的波动门槛阈值；
C. 计算负荷数据的波动量，并判断负荷数据的波动量与波动门槛阈值之间的大小：若负荷数据的波动量大于波动门槛阈值，则记录该次负荷数据为单次负荷数据波动可疑点，发出单次负荷波动警告；
采用如下规则计算负荷数据的波动量：
若负荷类型为网间联络线潮流数据、水电机组有功或火电机组有功，则负荷数据的波动量=（本次采样的负荷数据值—上次采样的负荷数据值）/上次采样的负荷数据值；
若负荷类型为联络变压器有功潮流或输电线路有功潮流，则负荷数据的波动量为本次采样的负荷数据与前一次采样的负荷数据量的差值；
D. 对单次负荷波动可疑点，依据其前后两次负荷数据的大小，判断此次负荷波动可疑点为正向波动或反向波动；
E. 统计负荷数据中，负荷数据连续波动的次数，并与事先设置的连续波动次数阈值进行对比：
若连续波动的次数>连续波动次数阈值且连续波动为正向、反向有规则地波动，则判定为低频振荡可疑点，并报警；否则判定为普通负荷波动。
对负荷数据的刷新状态进行判断并报警，则具体包括如下步骤：
ⅰ. 根据获取的数据，判断负荷类型；
ⅱ. 根据负荷类型，读取相应的数据上限值、下限值和不刷新门槛阈值；
ⅲ. 判断负荷数据是否位于设定的数据上限值和下限值之间：若负荷数据超出了数据上限值或低于数据下限值，则认定该负荷数据异常，并报警；
ⅳ. 若负荷数据位于设定的数据上限值和下限值之间，则计算该负荷数据与上一次采样的负荷数据之间的差值；
ⅴ. 判断步骤ⅳ中所述的差值与不刷新门槛阈值的大小：若差值小于不刷新门槛阈值，则认定此时负荷数据未刷新，记为一次数据未刷新可疑点；
ⅵ. 统计连续出现的数据未刷新可疑点的数目，若连续出现的数据未刷新可疑点次数>设定的警告阈值，则初步判定在该段时间内数据未刷新；
ⅶ. 结合负荷数据对应设备相应值的实时人工遥测封锁信息对未刷新的负荷数据进行实时纠正，最终判定该负荷数据是否未刷新：若最终判定该负荷数据未刷新，则推送自动化数据质量异常告警。
根据获取的电网EMS和SCADA实时遥测遥信量，采用如下步骤识电网运行的拓扑结构：
1） 由EMS/SCADA系统实时获取统调电厂、变电站出线断路器的遥信量并判断电网拓扑结构及开机方式；
2） 由EMS/SCADA系统获取电网设备的置位、置牌信息，并以该系统置位、置牌信息的优先级高于系统实时获取的数据的原则，对电网拓扑结构进行纠正，辨识得到电网运行的拓扑结构。
根据得到的电网运行拓扑结构和获取的电网EMS和SCADA实时遥测遥信量，采用如下步骤辨识电网运行中的薄弱环节和安全风险等级并报警：
① 根据电网运行的拓扑结构，获取仅由单回输电线路或多回共杆线路供电的单个220kV变电站或者多个连接在一起的220kV变电站群，并将所述的变电站构成集合Mi，电网中所有这类变电站构成集合M={Mi}；获取母线接线形式为双母线或者3/2接线，且因部分母线停电导致以单母线运行方式运行的220kV及以上电厂和变电站，并将所述的电厂和变电站构成集合N；
② 获取集合M中包含的220KV变电站的个数a，和集合N中包含的220KV变电站的个数b；若a≥1或b≥1，则判定电网存在安全风险，EMS系统推送五级电网事件风险警示；
③ 检查集合M中所有变电站的负荷类型，针对负荷包含任意县级市j负荷的集合Mi，计算变电站集合Mi负担的县级市j负荷占县级市j总负荷的比例x，获取变电站集合Mi负担的县级市j的用户占县级市j的总用户比例y；
④ 根据国网的事故调查规程，判定x和y的值是否大于规定的阈值：若x或y大于规定的阈值，则EMS系统推送四级电网事件风险警示；
⑤ 针对集合N中的所有变电站，重复步骤③和④，辨识电网运行中的薄弱环节和安全风险等级并报警。
根据得到的电网运行拓扑结构和获取的电网EMS和SCADA实时遥测遥信量，根据如下步骤判断电网运行断面的控制裕度，并在控制裕度不满足要求时进行报警：
a. 依据电网稳定规定中要求监视的电厂或电厂群机组运行台数，建立变量组Di；
b. 根据电网稳定规定中要求监视的电网实时负荷量F、稳控切负荷量Q和步骤a定义的电厂或电厂群机组运行台数Di，索引电网稳定规定，确定当前电网运行水平下各输电断面的稳定限额[Pi]和电厂或电厂群的机组预留旋转备用量[Xi]；
c. 比较实时输电断面Pi与计算的输电断面稳定限额[Pi]的大小，和实时电厂或电厂群的机组旋转备用Xi与应预留旋转备用量[Xi]的大小：若实时输电断面稳定限额大于计算的输电断面稳定限额Pi≥[Pi]，或实时电厂或电厂群的机组旋转备用小于应预留旋转备用量Xi≤[Xi]，则EMS系统推送电网稳定裕度不足告警。