基于情景分析的配电网运行风险预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于情景分析的配电网运行风险预警方法，该方法包括以下步骤：调研配电网的历史运行情况，确定风险情景界定，形成若干备选情景集作为未来情景集；针对收集的配电网运行数据，确定各个情景因素的取值；进行情景风险计算；以及，根据情景风险计算结果进行配电网运行风险预警。与现有技术相比，本发明能够对多种复杂因素影响下的配电网运行风险进行科学预警，对于配电网的建设和运行能够起到有益的指导作用。
【专利说明】基于情景分析的配电网运行风险预警方法
【技术领域】
[0001]本发明属于供电系统的配电网领域，特别是涉及一种配电网运行风险评估方法。
【背景技术】
[0002]配电网的安全运行是整个电网安全运行重要的一环，是目前提高供电系统运行水平的关键环节。有统计资料显示:大约有80%的停电事故是由配电系统故障造成的。因此，对配电网运行中面临的潜在风险进行准确预警、找出薄弱环节加以改进、从而提高供电安全性，已成为目前亟待解决的问题。
[0003]配电网运行中将会受到电网自身状况以及气象条件等因素的影响，配电网运行风险预警就是要运用科学的风险分析和评估方法，对复杂因素影响下电网的潜在损失(即负荷停电损失)进行准确评估。
[0004]目前，针对电力元件、网络和系统整体的运行风险分析，已经广泛应用于电力系统可靠性、安全运行分析和电网规划等领域。但是，上述分析技术直接应用于配电网运行风险预警还存在一定的困难，主要原因是以下3个方面:一是风险指标主要面向评估配电网运行现状，对未来风险预警考虑不足；二是对电网不正常运行方式的考虑不足，指标体系不够全面；三是所提出的风险指标无法用于电网不同工况下风险事件的危害比较。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种智能配电网综合评价系统及方法，是一套较为科学、合理、全面的评价体系，即智能配电网综合评价指标体系:在宏观层面上，科学评价配电网的智能化发展水平和实际效益；在微观层面上，分析识别电网的运行状态和薄弱环节，从而指导智能配电网的发展规划，实现电网的趋优运营管理。
[0006]本发明提出了一种基于情景分析的配电网运行风险预警方法，该方法包括以下步骤:
[0007]步骤一、调研配电网的历史运行情况，确定风险情景界定，形成若干备选情景集作为未来情景集，所涉及的未来情景集包括配电网的时间情景、空间情景、自然情景条件和配电网运行情景共四种情景因素的组合，综合各情景因素的情景集的完整表达式为:
[0008]X = f (T, L, N, O)
[0009]其中，X表示未来情景集，T、L、N、0分别表示时间情景、空间情景、自然情景和配电网运行情景；
[0010]步骤二、针对收集的配电网运行数据，确定各情景因素的取值；
[0011]步骤三、进行情景风险计算，情景风险包括不可用度情景风险、失电量情景风险、失负荷情景风险、过负荷情景风险以及电压越限情景风险；不同的未来情景集中，每种不利事件发生的概率是P(Xi)，造成的后果是S(Xi)。有如下公式表达
[0012](I)不可用度情景风险，表达式为:
[0013]R1 = Σ P1 (Xi) X S1 (Xi) = Σ ni*kek0 λ ^ktIqri/ ( Σ 1^*8760)
[0014]其中，kt为时间情景因数，kx为空间情景因数，ke为环境情景因数，k。为配电网运行情景因数，Hi为各个负荷点的用户数；
[0015](2)失电量情景风险，表达式为:
[0016]R2 = Σ P2 (Xi) X S2 (Xi) = Σ kek0 λ ^ktIqriLi
[0017]其中，Li为各个负荷点的实时负荷；
[0018](3)失负荷情景风险，表达式为:
[0019]R3 = Σ P3 (Xi) X S3 (Xi) = Σ kek。λ ^lqk1Li
[0020](4)过负荷情景风险，表达式为:
[0021 ] R4 = Σ P4 (Xi) X S4 (Xi) = Σ kek0 λ ^ktIi1 LiS4
[0022]发生概率匕(\)的主要影响因素是自然影响因素和电网运行情景。损失S4与过负荷阈值V的关系是:当O彡负载率彡V时，S4 = O ;当负载率> V时，S4 =(负载率/V)2。
[0023](5)电压越限情景风险，表达式为:
[0024]R5 = Σ P5 (Xi) X S5 (Xi) = Σ kek。λ ^lqk1S5
[0025]发生概率匕(\)的主要影响因素是自然影响因素和电网运行情景；
[0026]损失S5与额定电压Un的关系是:当0.93*Un彡偏差最大电压U彡1.07*UN，S5 =O ;当偏差最大电压U<0.93*UN时，S5= (UN/U)2或偏差最大电压U> 1.07*UN时，S5= (U/Un)2;以及
[0027]步骤四、根据情景风险计算结果进行配电网运行风险预警。
[0028]与现有技术相比，本发明能够对多种复杂因素影响下的配电网运行风险进行科学预警，对于配电网的建设和运行能够起到有益的指导作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1基于情景分析的配电网运行风险预警方法框架。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步地详细描述。
[0031]本发明的基于情景分析的配电网运行风险预警方法就是要对不利事件的未来可能出现的一幕幕情景进行过程分析和结果评估，最后给出该不利事件的未来态势模型。在本发明算法中，将每一个情景都作为一个特定的条件，而在每一个特定的条件下，经过系统内部各因素的相互作用会得到相应的结果。把所有这些可能的与不利事件有关的情景综合起来，预测出这个配电系统的未来情景，也就是配电网的运行风险。
[0032]本发明分为两大部分:配电网风险情景界定和情景风险表达。风险情景界定是确定研究配电网未来可能出现的情景集，这是一个预演未来情景的过程；情景风险表达是通过对用来描述风险的指标进行提取，对未来情景中这些指标的情况进行综合评估后得结果，并用该结果作为风险分析的结果。
[0033]一、配电网风险情景界定
[0034]具体来说，配电网运行中面临的情景包括时间情景、空间情景、自然情景和电网运行情景，每种情景对于配电网运行风险有不同的作用方式。综合以上四类情景可以构建完整的未来情景集。
[0035]1、时间情景:时间情景分为一般工作日、节假日、特殊保供电日期三种情况。配电网运行中不利事件发生在节假日或者特殊保供电时期，所造成的损失要明显大于一般工作日的情况。
[0036]2、空间情景:空间情景分为市中心区、市区、城镇和农村四种情况。
[0037]3、自然情景条件:自然情景分为晴好天气、雷雨大风、高温、大雾和结冰五种情况。有研究表明，恶劣气象条件下，配电网故障发生的可能性将大幅提升。
[0038]4、配电网运行情景:电网运行情景分为正常运行、计划检修、带电检修、用户侧故障、关联线路检修五种情况。
[0039]配电网运行的未来情景集是上述四种情景因素的组合，一个完整的未来情景集可以表示为:
[0040]X = f (T, L, N, O)
[0041]其中，X表示未来情景集，T、L、N、0分别表示时间情景、空间情景、自然情景和配电网运行情景；这里的f表示以上四种情景的组合关系。以上每个情景分别界定若干种情况，四个情景的各种情况之间互相解耦。每个完整的情景集对配电网的作用情况体现在情景风险表达中，详见下文的五个风险指标计算公式。
[0042]未来情景集不仅包括可能出现的一系列状态，还包括系统中各要素的初始状态以及事件由初始状态向最终状态发展的过程描述，而可能出现的状态是初始状态在经历发展过程之后的最终结果。首先是设定的初始状态初始状态Xtl主要是指配电网当前运行的情况，这些情况应该被视为是已知的，不存在任何随机因素。其次是发展过程描述。配电网运行风险发展的过程不但与初始状态关系密切，而且也受到各种不确定因素的影响。这些不确定因素指配电网运行情景集的转换。
[0043]二、配电网情景风险表达
[0044]情景风险表达是通过合理的途径确定未来情景集中每种情况所对应的某些参数，并综合考虑这些参数，得到风险分析的结果。风险分析的结果不是单一维度的风险值，而应该从多角度反应配电网潜在损失的可能和程度。
[0045]配电网运行中的不利事件不但包括各种停电事件，也包括各种异常运行状态，如过负荷和电压越限。在评估停电事件时，采用的指标是不可用度情景风险、失电量情景风险和失负荷情景风险，在这三个指标中损失函数具有一定的物理意义，分别代表时户数百分t匕、MWh和MW/年。在评估异常运行状态时，采用的指标是过负荷情景风险和电压越线情景风险，这两个指标中损失函数将表示与正常状态的畸变严重程度。
[0046]不同的未来情景集中，每种不利事件发生的概率是P (Xi)，造成的后果是S (Xi)。有如下公式表达:
[0047]I)不可用度情景风险指标计算
[0048]不可用度情景风险反映不同情景中配电网的加权不可用度，表达式为:
[0049]R1 = Σ P1 (Xi) X S1 (Xi) = Σ ni*kek0 λ ^ktIqri/ ( Σ 叫*8760)
[0050]其中，kt为时间情景因数，kx为空间情景因数，ke为环境情景因数，k。为配电网运行情景因数，Hi为各个负荷点的用户数。
[0051]2)失电量情景风险指标计算
[0052]失电量情景风险反映不同情景中配电网的加权失电量，表达式为:
[0053]R2 = Σ P2 (Xi) X S2 (Xi) = Σ kek。λ ^ktIqriLi
[0054]其中，Li为各个负荷点的实时负荷。
[0055]3)失负荷情景风险指标计算
[0056]失负荷情景风险反映不同情景中配电网的加权失负荷的功率，表达式为:
[0057]R3 = Σ P3 (Xi) X S3 (Xi) = Σ kek。λ ^lqk1Li
[0058]4)过负荷情景风险指标计算
[0059]过负荷情景风险反映不同情景中配电网元件的过负荷风险，表达式为:
[0060]R4 = Σ P4 (Xi) X S4 (Xi) = Σ kek。λ ^ktIi1 LiS4
[0061]发生概率匕(\)的主要影响因素是自然影响因素和电网运行情景。损失S4与过负荷阈值V的关系是:当O彡负载率彡V时，S4 = O ;当负载率> V时，S4 =(负载率/V)2。
[0062]5)电压越限情景风险指标计算
[0063]电压越限情景风险反映不同情景中配电网节点的电压越限风险，表达式为:
[0064]R5 = Σ P5 (Xi) X S5 (Xi) = Σ kek。λ ^lqk1S5
[0065]发生概率匕(\)的主要影响因素是自然影响因素和电网运行情景。损失S5与额定电压Un的关系是:当0.93*Un <偏差最大电压U < 1.07*Un，S5 = O ;当偏差最大电压U< 0.93*Un 时，S5 = (UN/U)2 或偏差最大电压 U > 1.07*Un 时，S5 = (U/UN)2。
[0066]本发明结合情景分析和电网风险评估的理论，建立了基于情景分析的配电网运行风险预警方法，首先对影响配电网运行风险的因素进行风险情景界定，然后建立合理的风险指标进行情景风险表达。
[0067]具体来说包括以下步骤:
[0068](I)调研配电网的历史运行情况，确定风险情景界定，形成若干备选情景集；
[0069](2)针对收集的配电网运行数据，确定各个情景因素的取值。
[0070](3)输入配电网实时运行数据，抽取情景集，进行风险表达中指标的计算。
[0071](4)根据计算结果进行配电网运行风险预警。
【权利要求】
1.一种基于情景分析的配电网运行风险预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、调研配电网的历史运行情况，确定风险情景界定，形成若干备选情景集作为未来情景集，所涉及的未来情景集包括配电网的时间情景、空间情景、自然情景条件和配电网运行情景共四种情景因素的组合，综合各情景因素的情景集的完整表达式为:
X = f (T, L, N, O) 其中，X表示未来情景集，T、L、N、0分别表示时间情景、空间情景、自然情景和配电网运行情景； 步骤二、针对收集的配电网运行数据，确定各情景因素的取值； 步骤二、进行情景风险计算，情景风险包括不可用度情景风险、失电量情景风险、失负荷情景风险、过负荷情景风险以及电压越限情景风险；不同的未来情景集中，每种不利事件发生的概率是P(Xi)，造成的后果是S(Xi)。有如下公式表达 (1)不可用度情景风险，表达式为:
R1 = Σ P1 (Xi) X S1 (Xi) = Σ ni*kek0 λ ^ktIqri/ ( Σ 叫*8760) 其中，kt为时间情景因数，kx为空间情景因数，ke为环境情景因数，k。为配电网运行情景因数，η,为各个负荷点的用户数； (2)失电量情景风险，表达式为:
R2 = Σ P2 (Xi) X S2 (Xi) = Σ kek0 λ ^ktIqriLi
其中，Li为各个负荷点的实时负荷； (3)失负荷情景风险，表达式为:
R3 = Σ P3 (Xi) X S3 (Xi) = Σ kek0 λ ^ktIc1Li (4)过负荷情景风险，表达式为:
R4 = Σ P4 (Xi) X S4 (Xi) = Σ kek0 λ ^lqk1LiS4 发生概率匕(\)的主要影响因素是自然影响因素和电网运行情景。损失&与过负荷阈值V的关系是:当O彡负载率彡V时，S4 = O ;当负载率> V时，S4 =(负载率/V) 2。 (5)电压越限情景风险，表达式为:
R5 = Σ P5 (Xi) X S5 (Xi) = Σ kek0 λ ^ktIi1S5 发生概率P5(Xi)的主要影响因素是自然影响因素和电网运行情景； 损失S5与额定电压Un的关系是:当0.93*Un彡偏差最大电压U彡1.07*Un，S5 = O ;当偏差最大电压U<0.93*UN时，S5= (UN/U)2或偏差最大电压U> 1.07*UN时，S5= (U/UN)2 ；以及 步骤四、根据情景风险计算结果进行配电网运行风险预警。
2.如权利要求1所述的基于情景分析的配电网运行风险预警方法，其特征在于，所述未来情景集不仅包括可能出现的一系列状态，还包括系统中各要素的初始状态及事件由初始状态向最终状态发展的过程描述，而可能出现的状态是初始状态在经历发展过程之后的最终结果。
【文档编号】G06Q50/06GK104166939SQ201410280713
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】刘洪 , 朱振环, 马康 申请人:天津大学, 国家电网公司, 国网山东省电力公司, 中国电力科学研究院