一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法与流程

本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法。

背景技术：

随着电力系统的发展，电网规模日益庞大，结构也越来越复杂。由于环境的制约、电网的大规模互联等多种因素，电力系统的运行条件越来越接近安全稳定极限。在这样的系统运行条件下，稳定性的破坏会导致供电不正常，甚至会给整个电力系统带来严重的威胁。

开关及刀闸操作是电力系统日常运行的重要部分。由于开关及刀闸操作不当造成的事故往往比较严重，为了保障电力系统的安全稳定运行，调度员应对开关及刀闸操作做出正确的决策。然而在实际开关及刀闸操作过程中，天气因素、设备使用状态等不确定因素给开关及刀闸操作造成了不容忽视的影响，且调度员只能依赖于自身的经验进行决策，具有一定的风险性。因此，对开关及刀闸操作进行风险量化评估，为调度员的决策提供参考具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述问题，提供一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法，为调度员对开关及刀闸操作提供安全、可靠的决策依据。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法，包括如下步骤：

一、将开关、刀闸的操作状态分为成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三类风险场景，分别计算开关、刀闸处于成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三类风险场景的风险影响值；

开关、刀闸处于当前风险场景的风险影响值的计算方法，包括步骤(1)至(5)：

(1)选择开关、刀闸所处于的风险场景，设开关、刀闸处于第m类风险场景，对开关、刀闸进行操作模拟，开关的操作形式包括断开、合上；刀闸的操作形式包括拉开、合上；

(2)计算开关、刀闸操作的操作风险概率；

1)根据对开关、刀闸发生故障产生影响的使用状态历史统计数据，获取状态因数ps，ps∈(0,1)，其值越大表示操作风险概率越大；

2)根据天气状况对开关、刀闸发生故障的影响，获取天气影响因数pw，取值依据为：当天气状况为正常天气时，pw＝1；为台风黄色预警时，pw＝2；为台风橙色预警时，pw＝3；为台风红色预警时，pw＝4；为雷雨大风黄色预警时pw＝1.2；为雷雨大风橙色预警时，pw＝1.5；为雷雨大风红色预警时，pw＝2；为森林火险橙色预警时，pw＝1.2；为森林火险红色预警时，pw＝1.5；为高温橙色预警时，pw＝1.1；为高温红色预警时，pw＝1.2；为大雾橙色预警时，pw＝1.1；为大雾红色预警时，pw＝1.2；

3)计算开关、刀闸处于第m类风险场景的操作风险概率priskm，其计算公式为：priskm＝pspw；

(3)计算开关、刀闸操作的风险危害值；

1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，包括步骤①～④：

①根据对开关、刀闸操作可能引起的预想故障的关注程度，对关注度因数λ进行赋值，赋值范围为(0,1)，其值越大表示对其关注度越大；

②根据开关、刀闸操作引发的故障在不同时期所造成的社会影响，获取社会影响因数σ，取值依据为：在一般时期，σ＝1；在特殊时期保供电，σ＝1.2；在二级保供电，σ＝1.2；在一级保供电，σ＝1.6；特级保供电，σ＝2；

③采用电压越限指标cv、系统负荷损失指标cl和系统阻尼指标cz这三个指标作为评估指标，计算当前系统状态的操作风险后果e；其中，

电压越限指标cv的计算公式如下：

式中，ui为母线电压，udown为电压下限，uup为电压上限，un为额定电压值，v为电压越限系数，u为电压越限的节点集合；

系统负荷损失指标cl的计算公式如下：

式中，lo为负荷损失的节点集合，pj为第j个负荷损失的节点对应有功功率；

系统阻尼指标cz的计算公式如下：

式中，zo为满足对应条件下的节点集合，zn为系统部分阻尼值，zdmin为系统安全稳定运行的最小阻尼，b为告警系数，a为越限系数；

对电压越限指标cv、系统负荷损失指标cl和系统阻尼指标cz进行标幺化，方法如下：

cvmax、clmax和czmax分别为cv、cl和cz的历史最大值，若cv＞cvmax，则电压越限指标cv的标幺值大于1；下一次计算操作风险后果时，cvmax值变更为本次计算操作风险后果时cv的值；若cl>clmax，则电压越限指标cl的标幺值大于1；下一次计算操作风险后果时，clmax值变更为本次计算操作风险后果时cl的值；若cz>czmax，则电压越限指标cz的标幺值大于1；下一次计算操作风险后果时，czmax值变更为本次计算操作风险后果时cz的值；

则当前系统状态的操作风险后果e的计算公式如下：

④计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值k，其计算公式如下：

k＝λσe；

2)将完成开关、刀闸操作时的系统状态定义为系统的基本状态s0，根据步骤1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，计算基本状态风险危害值k0；

3)进行开关、刀闸操作发展态模拟，对所有可能影响系统静态安全的预想状态集合定义为系统的静态发展态s1，根据步骤1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，计算静态发展态风险危害值k1；

对所有可能危害系统暂态安全的预想状态集合定义为系统的暂态发展态s2，根据步骤1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，计算静态发展态风险危害值k2；

4)计算开关、刀闸处于第m类风险场景的风险危害值kriskm，其计算公式为：kriskm＝k0+k1+k2；

(4)根据所选择的风险场景，对发展态场景进行n-1最优潮流计算，对切负荷情况进行定量判断；

(5)计算开关、刀闸处于第m类风险场景的风险影响值rriskm，其计算公式为：rriskm＝priskmkriskm；

二、分别计算开关、刀闸处于成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三类风险场景的概率；

开关、刀闸处于成功态c1风险场景的概率p1和处于事故态c2风险场景的概率p2根据实际经验确定，取值范围为(0,1)；值越大表示风险状态发生的概率越大；开关、刀闸处于缺陷态c3风险场景的概率p3的计算公式如下：

式中，e为自然常数，t为开关、刀闸操作的实际时间，t0为开关、刀闸操作的标准时间；

三、根据风险理论进行风险量化评估；

计算开关、刀闸操作的风险影响值r，其计算公式如下：

式中，m＝1、2或3分别表示开关、刀闸处于成功态c1、事故态c2和缺陷态c3的风险场景，pm为开关、刀闸处于第m类风险场景的概率，n＝3。

上述步骤一中第(2)步的对开关、刀闸发生故障产生影响的使用状态历史统计数据包括开关、刀闸的生产厂家、投运时间、检修时间、操作频率的数据。

上述步骤一中第(3)步的越限系数a取值为1.5；告警系数b取值为1.15；电压越限系数v取值为2。

相比于现有技术，本发明的优势在于：

本发明提供了一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法，综合考虑开关及刀闸操作执行过程中的风险因素(如天气因素、开关因素等)对操作的影响，在开关及刀闸操作前完成对开关及刀闸操作的实时风险评估，将反映开关及刀闸操作关键信息的指标反映给调度人员，指导实际开关及刀闸操作，对于规避开关及刀闸操作风险，降低开关及刀闸操作风险系数，维持电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要意义。

附图说明

图1是本发明一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法的流程图。

图2是双母线接线示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

本发明所讨论的开关及刀闸操作风险量化评估实质上是对开关及刀闸操作过程中可能的成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三种状态的风险概率和风险影响值进行分析计算。开关的操作形式主要包括断开、合上(停电、送电及解合环操作等)，刀闸的操作形式主要包括拉开、合上(倒母、pt停运等)。开关、刀闸的操作状态不同，对应可能造成的系统风险后果也存在差异。

所述的成功态c1：指开关、刀闸操作顺利完成之后的系统状态，即所操作的开关正确动作，无事故或缺陷的发生，不考虑操作过程中的不安全情况。成功态的风险出现在开关、刀闸操作状态完成之后，需要注意操作前后是否存在一次网架方式调整或电磁环网解合环操作，以及是否存在设备负载率达到80％等风险状况。

所述的事故态c2：指开关、刀闸操作过程中发生预想事故时所对应的系统状态。如图2所示，对线路开关进行操作时，若发生开关爆炸，引起线路、母线保护动作，将可能导致开关所在线路及变电站母线全部跳闸，所在母线其他线路对侧远跳开关三相。对母线侧刀闸进行操作时，当线路处于热备用转冷备用过程或冷倒母线过程中，若发生刀闸瓷瓶断裂，可能导致刀闸所在母线跳闸；在热倒母线过程中，若发生刀闸瓷瓶断裂，可能导致倒母的两条母线都跳闸。通过实地调研发现，调度员在下令进行开关、刀闸操作时并不太关注事故态内的所有状态，仅关注在操作执行过程中可能引起的最严重后果，这也是开关、刀闸操作风险评估与常规电网运行风险评估的不同之处。

所述的缺陷态c3：指开关、刀闸操作过程中出现设备缺陷，在进行隔离操作时可能的系统状态。开关、刀闸设备缺陷无法操作完全需要进行隔离，扩大停电范围。开关设备缺陷主要包括开关闭锁分合、三相不一致等无法继续操作的情况。刀闸设备缺陷主要包括刀闸卡涩等无法继续操作的情况。如图2所示，当开关出现缺陷时，需要对其进行隔离，将开关所在母线或线路两侧进行停运。设备的隔离操作属于新增的操作任务，需要重新申请、办理操作票之后才能继续操作。在进行开关、刀闸的隔离操作期间，随着时间的延长有可能引发随机故障，进而扩大事故的影响范围。隔离操作成功或者失败对应的系统状态也不一样，对缺陷集进行模拟，可以为调度员提供决策信息。

如图1所示，一种面向开关及刀闸操作过程的风险量化评估方法，包括如下步骤：

一、将开关、刀闸的操作状态分为成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三类风险场景，分别计算开关、刀闸处于成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三类风险场景的风险影响值；

开关、刀闸处于当前风险场景的风险影响值的计算方法，包括步骤(1)至(5)：

(1)选择开关、刀闸所处于的风险场景，设开关、刀闸处于第m类风险场景，对开关、刀闸进行操作模拟，开关的操作形式包括断开、合上；刀闸的操作形式包括拉开、合上；

(2)计算开关、刀闸操作的操作风险概率；

1)根据对开关、刀闸发生故障产生影响的使用状态历史统计数据，获取状态因数ps，ps∈(0,1)，其值越大表示操作风险概率越大；对开关、刀闸发生故障产生影响的使用状态历史统计数据包括开关、刀闸的生产厂家、投运时间、检修时间、操作频率的数据；

2)根据天气状况对开关、刀闸发生故障的影响，获取天气影响因数pw，取值依据为：当天气状况为正常天气时，pw＝1；为台风黄色预警时，pw＝2；为台风橙色预警时，pw＝3；为台风红色预警时，pw＝4；为雷雨大风黄色预警时pw＝1.2；为雷雨大风橙色预警时，pw＝1.5；为雷雨大风红色预警时，pw＝2；为森林火险橙色预警时，pw＝1.2；为森林火险红色预警时，pw＝1.5；为高温橙色预警时，pw＝1.1；为高温红色预警时，pw＝1.2；为大雾橙色预警时，pw＝1.1；为大雾红色预警时，pw＝1.2；

3)计算开关、刀闸处于第m类风险场景的操作风险概率priskm，其计算公式为：priskm＝pspw；

开关、刀闸操作的风险概率主要是指基于开关、刀闸状态、天气状况下发生的不确定性风险的可能性，且风险发生的概率是不相同的，也是相对独立的，因所述的状态因数和天气影响因数彼此相互独立。

(3)计算开关、刀闸操作的风险危害值；

1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，包括步骤①～④：

①根据对开关、刀闸操作可能引起的预想故障的关注程度，对关注度因数λ进行赋值，赋值范围为(0,1)，其值越大表示对其关注度越大；

②根据开关、刀闸操作引发的故障在不同时期所造成的社会影响，获取社会影响因数σ，取值依据为：在一般时期，σ＝1；在特殊时期保供电，σ＝1.2；在二级保供电，σ＝1.2；在一级保供电，σ＝1.6；特级保供电，σ＝2；

社会影响因数σ表示在不同的社会时期，电力系统发生相同的故障以及相同的风险后果所造成的社会影响是有差别的。

③采用电压越限指标cv、系统负荷损失指标cl和系统阻尼指标cz这三个指标作为评估指标，计算当前系统状态的操作风险后果e；其中，

电压越限指标cv表示500kv、220kv母线电压偏离正常电压范围(分为上限、下限)百分比的绝对值之和，单位：％，电压越限指标cv的计算公式如下：

式中，ui为母线电压，udown为电压下限，uup为电压上限，un为额定电压值，v为电压越限系数，u为电压越限的节点集合；

500kv厂站500kv母线电压范围：500kv～550kv；

500kv厂站220kv母线电压以及电厂220kv母线电压范围：220kv～242kv；

220kv变电站220kv母线电压范围：213.4kv～235.4kv；

当母线电压在1.05倍电压下限至0.95倍电压上限值之间时，电压指标为0；

当母线电压在电压限制的0.95～1.05倍范围之间时，电压指标为电压值超出电压限制的绝对值比例之和。

当母线电压低过电压下限0.95倍或高过电压上限1.05倍时，电压指标计算还需乘以电压越限系数v，取值为2；

系统负荷损失指标cl指根据操作过程发生故障导致网架变化，计算得出失压节点会失去的负荷有功之和，单位是mw，系统负荷损失指标cl的计算公式如下：

式中，lo为负荷损失的节点集合，pj为第j个负荷损失的节点对应有功功率；

系统阻尼指标cz是指系统安全稳定运行的最小阻尼zdmin与当前系统各阻尼zn的百分比之和，单位：％，系统阻尼指标cz的计算公式如下：

式中，zo为满足对应条件下的节点集合，zn为系统部分阻尼值，zdmin为系统安全稳定运行的最小阻尼，b为告警系数，a为越限系数；

当系统部分阻尼值zn大于1.1倍的zdmin时，对应的系统阻尼指标为0；

当系统部分阻尼值zn在(zdmin，1.1zdmin)范围内时，代表这部分系统阻尼存在越限风险，应计算当前系统阻尼指标，系数b是此时的告警系数，取值1.15；

当系统部分阻尼小于系统安全稳定运行的最小阻尼zdmin时，代表部分区域存在系统不稳定的风险，这部分阻尼指标还应乘以越限系数a，取值1.5；

由于风险后果指标单位不统一，电压越限指标cv、系统阻尼指标cz的单位为％，系统负荷损失指标cl的单位为mw，对风险后果指标进行标幺化，可以确保数据单位的统一性和可比性；

对电压越限指标cv、系统负荷损失指标cl和系统阻尼指标cz进行标幺化，方法如下：

cvmax、clmax和czmax分别为cv、cl和cz的历史最大值，若cv＞cvmax，则电压越限指标cv的标幺值大于1；下一次计算操作风险后果时，cvmax值变更为本次计算操作风险后果时cv的值；若cl>clmax，则电压越限指标cl的标幺值大于1；下一次计算操作风险后果时，clmax值变更为本次计算操作风险后果时cl的值；若cz>czmax，则电压越限指标cz的标幺值大于1；下一次计算操作风险后果时，czmax值变更为本次计算操作风险后果时cz的值；

则当前系统状态的操作风险后果e的计算公式如下：

④计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值k，其计算公式如下：

k＝λσe；

开关、刀闸操作风险的后果主要通过对当前系统的直接影响来体现，如引起系统电压越限、负荷损失等。

2)将完成开关、刀闸操作时的系统状态定义为系统的基本状态s0，根据步骤1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，计算基本状态风险危害值k0；

3)进行开关、刀闸操作发展态模拟，对所有可能影响系统静态安全的预想状态集合定义为系统的静态发展态s1，根据步骤1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，计算静态发展态风险危害值k1；

对所有可能危害系统暂态安全的预想状态集合定义为系统的暂态发展态s2，根据步骤1)计算当前开关、刀闸操作系统状态的风险危害值的方法，计算静态发展态风险危害值k2；

4)计算开关、刀闸处于第m类风险场景的风险危害值kriskm，其计算公式为：kriskm＝k0+k1+k2；

(4)根据所选择的风险场景，对发展态场景进行n-1最优潮流计算，对切负荷情况进行定量判断；

(5)计算开关、刀闸处于第m类风险场景的风险影响值rriskm，其计算公式为：rriskm＝priskmkriskm。

二、分别计算开关、刀闸处于成功态c1、事故态c2和缺陷态c3三类风险场景的概率；

开关、刀闸处于成功态c1风险场景的概率p1和处于事故态c2风险场景的概率p2根据实际经验确定，取值范围为(0,1)；值越大表示风险状态发生的概率越大；开关、刀闸处于缺陷态c3风险场景的概率p3的计算公式如下：

式中，e为自然常数，t为开关、刀闸操作的实际时间，t0为开关、刀闸操作的标准时间；

如对于线路开关而言，开关由运行状态转为热备用状态的标准时间通常为15分钟左右，随着开关的实际操作时间越长，处于缺陷态c3风险场景的概率越大。

三、根据风险理论进行风险量化评估；

计算开关、刀闸操作的风险影响值r，其计算公式如下：

式中，m＝1、2或3分别表示开关、刀闸处于成功态c1、事故态c2和缺陷态的风险场景，pm为开关、刀闸处于第m类风险场景的概率，n＝3。