一种基于关键指标的电网安全运行特征提取方法及系统与流程

本发明涉及电力系统自动化调度领域，更具体的，涉及一种基于关键指标的电网安全运行特征提取方法及系统。

背景技术：

1、目前，构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”战略目标的重要途径。随着电网中新能源撞击比例的逐步提升，传统电力系统正在向以新能源为主体的新型电力系统转型升级。在这一过程中，一次能源特性、电源布局与功能、网络规模与形态、负荷结构与特性、电网平衡模式、电力系统技术基础等相关物质基础和技术基础持续发生深刻的变化，电力系统安全稳定运行面临新的问题与挑战。

2、相比于传统电力系统中变化较为规律的不确定性因素，能源转型下的电力系统不确定性因素显著增加，安全稳定问题与平衡调节、新能源消纳之间互相交织，频率、电压、功角等安全稳定问题之间彼此影响，网架建设与短路电流超标之间的矛盾进一步凸显，给电网的运行控制带来极大的挑战，电网调度运行的复杂度和难度日趋增加，迫切要求打破单一、分散的评价指标的局限，多层次、多角度综合考量电网的规划与运行情况，进一步深入挖掘指标背后蕴藏的电网缺陷、运行规律和演化趋势，协助电网调度运行人员快速准确掌握电网整体运行态势，辨识薄弱环节、优化控制措施，提升大电网安全运行和风险防控水平。

3、通过指标历史数据结合电网运行数据的电网安全运行特征挖掘和提取是提升电网运行安全及风险防控水平的有效手段之一。然而，在目前的主流技术中，并没有具体研究通过指标历史数据反应电网特征的技术。这使得电网安全运行特征挖掘和提取技术仍然存在局限性，例如，对于电网异常态的分析不够充分，基于各个指标对电网运行特征的影响方式的挖掘不够充分和透彻。这些因素最终都导致额电网安全运行特征的挖掘和提取结果不够准确，电网运行安全和风险防控水平难以得到有效提高。

4、针对上述问题，亟需一种基于关键指标的电网安全运行特征提取方法与系统。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于关键指标的电网安全运行特征提取方法与系统，通过提取并分析电网异常指标的灵敏度影响因素，提取电网的安全运行特征并实现可视化显示，另外通过灵敏度影响因素的特征提供电网运行安全和风险防控的建议报告。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明第一方面，涉及一种基于关键指标的电网安全运行特征提取方法，方法包括以下步骤：实时采集电网运行数据以计算电网指标，指标包括电网的线路过载安全裕度、主变过载安全裕度、母线电压安全水平、断面安全裕度、短路电流、电网供电能力、负荷预测误差、新能源预测误差和平均频率误差；跟踪指标的计算结果，并判定计算结果中的异常值，以及根据异常值对应的时间提取指标的异常阶段；以电网负荷数据、电网检修计划和电网发电计划作为自变量，以每一个指标作为因变量，基于异常阶段下自变量与因变量的关系，分别构建每一个指标的灵敏度函数；求解灵敏度函数从而获取当前异常阶段下起到决定性作用的自变量，基于起到决定性作用的自变量提取电网安全运行特征。

4、优选的，供电能力指标χsup为

5、

6、其中，pload为电网的实时负荷，

7、psup为电网的实时供电量；

8、负荷预测误差χiferr为

9、

10、其中，plf为电网的预测负荷值；

11、新能源预测误差为

12、

13、其中，prenew为电网中的新能源实时出力，

14、prf为电网中的新能源预测出力；

15、平均频率误差χavf为

16、

17、其中，n0和n0+n-1分别为平均频率误差计算时，多个连续频率采样数据中的首个频率采样时刻的编号、末个频率采样时刻的编号，

18、n为多个连续频率采样数据的数量，

19、fi为第i个频率采样时刻采集到的实时频率，

20、f0为电网标准频率。

21、优选的，跟踪指标的计算结果，并判定计算结果中的异常值还包括：以预设时间间隔，计算每一个指标的实时取值，并基于实时取值与时间间隔构建每一个指标随时间变化的曲线图；获取待测时段下连续的指标的实时取值，并根据实时取值的分布情况提取实时取值中的异常值。

22、优选的，根据实时取值的分布情况提取实时取值中的异常值还包括：按照实时取值的大小，依序排列实时取值并获得指标数组；按照提取率，提取指标数组中位置居中的部分指标，得到部分指标中最靠前的指标和最靠后的指标；基于最靠前的指标和最靠后的指标之间的权重差值，从而分别获得实时取值的正常值范围；当指标数组中的任一指标超出了正常值范围，则将其判定为异常值。

23、优选的，根据异常值对应的时间提取指标的异常阶段还包括：对于一个单独的异常值、或者多个连续的异常值，提取异常值前后预设时间范围内的所有的实时取值，从而构成一个异常阶段。

24、优选的，以电网负荷数据、电网检修计划和电网发电计划作为自变量还包括：电网负荷数据至少包括对应于当前异常阶段下的电网的实时负荷pload；电网检修计划至少包括对应于当前异常阶段下的电网的检修时间、检修范围、停运容量δpsup；电网发电计划至少包括对应于当前异常阶段下的电网的实时发电计划，其至少由电网的预测负荷值plf、电网中的新能源预测出力prf构成，并为电网的实时供电量psup提供依据；提取各个自变量在当前异常阶段下不同时刻的取值，并构建柱状图。

25、优选的，基于异常阶段下自变量与因变量的关系，分别构建每一个指标的灵敏度函数还包括：以当前指标的计算公式为基础，构建其与当前自变量的拟合公式，以使得拟合公式符合当前异常阶段下当前自变量与当前因变量生成的拟合曲线；基于拟合公式，对当前自变量进行求导，从而获得基于当前自变量和当前因变量的灵敏度函数。

26、优选的，求解灵敏度函数从而获取当前异常阶段下起到决定性作用的自变量还包括：提取灵敏度函数中当前自变量最高阶的系数，作为当前异常阶段下所述当前自变量的决定性系数；比较当前因变量的每一个自变量的决定性系数，并选取其中决定性系数超过预设值的一个或多个自变量作为当前异常阶段下起到决定性作用的自变量。

27、优选的，基于起到决定性作用的自变量生成电网安全运行特征报告还包括：若当前异常阶段下起到决定性作用的自变量为电网检修计划，则基于异常值提供对电网检修计划的改进建议；若当前异常阶段下起到决定性作用的自变量为电网负荷数据、电网发电计划，则提出电网设备稳定限额的改进建议；将改进建议汇总为电网安全运行特征。

28、优选的，基于提取的电网安全运行特征，生成电网安全运行特征报告。

29、本发明第二方面，涉及一种基于关键指标的电网安全运行特征提取系统，系统包括指标获取模块、异常提取模块、函数构建模块、报告生成模块；其中，指标获取模块，用于实时采集电网运行数据以计算电网指标，指标包括电网的线路过载安全裕度、主变过载安全裕度、母线电压安全水平、断面安全裕度、短路电流、供电能力、负荷预测误差、新能源预测误差和平均频率误差；异常提取模块，用于跟踪指标的计算结果，并判定计算结果中的异常值，以及根据异常值对应的时间提取指标的异常阶段；函数构建模块，用于以电网负荷数据、电网检修计划和电网发电计划作为自变量，以每一个指标作为因变量，基于异常阶段下自变量与因变量的关系，分别构建每一个指标的灵敏度函数；报告生成模块，用于求解灵敏度函数从而获取当前异常阶段下起到决定性作用的自变量，基于起到决定性作用的自变量提取电网安全运行特征。

30、优选的，指标获取模块计算出的电网指标为：

31、供电能力指标χsup为

32、

33、其中，pload为电网的实时负荷，

34、psup为电网的实时供电量；

35、负荷预测误差χiferr为

36、

37、其中，plf为电网的预测负荷值；

38、新能源预测误差为

39、

40、其中，prenew为电网中的新能源实时出力，

41、prf为电网中的新能源预测出力；

42、平均频率误差χavf为

43、

44、其中，n0和n0+n-1分别为平均频率误差计算时，多个连续频率采样数据中的首个频率采样时刻的编号、末个频率采样时刻的编号，

45、n为多个连续频率采样数据的数量，

46、f为第i个频率采样时刻采集到的实时频率，

47、f0为电网标准频率。

48、优选的，异常提取模块以预设时间间隔，计算每一个指标的实时取值，并基于实时取值与时间间隔构建每一个指标随时间变化的曲线图；并且，异常提取模块获取待测时段下连续的指标的实时取值，并根据实时取值的分布情况提取实时取值中的异常值。

49、优选的，异常提取模块还用于：按照实时取值的大小，依序排列实时取值并获得指标数组；按照提取率，提取指标数组中位置居中的部分指标，得到部分指标中最靠前的指标和最靠后的指标；基于最靠前的指标和最靠后的指标之间的权重差值，从而分别获得实时取值的正常值范围；当指标数组中的任一指标超出了正常值范围，则将其判定为异常值。

50、优选的，异常提取模块对于一个单独的异常值、或者多个连续的异常值，提取异常值前后预设时间范围内的所有的实时取值，从而构成一个异常阶段。

51、优选的，函数构建模块还用于处理电网负荷数据、电网检修计划和电网发电计划；并且，电网负荷数据至少包括对应于当前异常阶段下的电网的实时负荷pload；电网检修计划至少包括对应于当前异常阶段下的电网的检修时间、检修范围、停运容量δpsup；电网发电计划至少包括对应于当前异常阶段下的电网的实时发电计划，其至少由电网的预测负荷值plf、电网中的新能源预测出力prf构成，并为电网的实时供电量psup提供依据；函数构建模块提取各个自变量在当前异常阶段下不同时刻的取值，并构建柱状图。

52、优选的，函数构建模块还用于：以当前指标的计算公式为基础，构建其与当前自变量的拟合公式，以使得拟合公式符合当前异常阶段下当前自变量与当前因变量生成的拟合曲线；基于拟合公式，对当前自变量进行求导，从而获得基于当前自变量和当前因变量的灵敏度函数。

53、优选的，报告生成模块用于：报告生成模块提取所述灵敏度函数中当前自变量最高阶的系数，作为当前异常阶段下当前自变量的决定性系数；比较当前因变量的每一个自变量的决定性系数，并选取其中决定性系数超过预设值的一个或多个自变量作为当前异常阶段下起到决定性作用的自变量。

54、优选的，报告生成模块还用于判断：若当前异常阶段下起到决定性作用的自变量为电网检修计划，则基于异常值提供对电网检修计划的改进建议；若当前异常阶段下起到决定性作用的自变量为电网负荷数据、电网发电计划，则提出电网设备稳定限额的改进建议；并且，报告生成模块将改进建议汇总为电网安全运行特征。

55、优选的，报告生成模块基于提取的电网安全运行特征，生成电网安全运行特征报告。

56、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种基于关键指标的电网安全运行特征提取方法与系统，通过提取并分析电网异常指标的灵敏度影响因素，提取电网的安全运行特征并实现可视化显示，另外通过灵敏度影响因素的特征提供电网运行安全和风险防控的建议报告。本发明有效可靠，针对电网异常数据进行分析，充分挖掘出电网在异常情形下的运行特征和改进建议。

57、本技术的有益效果还包括：

58、1、本发明基于关键指标来实现历史数据电网运行特征挖掘和提取技术，用以辅助电网调控人员掌握电网安全稳定运行规律，指导强不确定性复杂电力系统运行方式安排，指导电网稳态运行方式的调节，形成从态势感知到智能控制的闭环调度模式，协助调度人员深度感知电网运行态势，辨识薄弱环节、优化控制措施，进一步提升大电网安全运行和风险防控水平。

59、2、本发明方法中基于指标的排序，来统计连续实时指标的分布情况，并根据这种方式分析电网中的指标异常值。不仅构建了新的指标，还构建了指标异常值的判断方式，提高了对于电网异常情况的分析和提取能力，确保电网中的潜在故障与隐藏的安全风险能够被通过各种手段有效识别出来。

60、3、本发明方法只针对电网的异常状态，针对性的进行了各个因素的灵敏度分析。分析方法准确的得到了多个因素对电网异常运行的影响程度，并针对不同因素的决定性影响，提出了改进建议，从而辅助运维、调度等电网工作人员自动化的获得到电网的安全性能提升方法，一定程度上为调度、运维等相关工作提供方向指引。