法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-08-28
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G06Q10/06 授权公告日:20170627 终止日期:20190912 申请日:20140912
专利权的终止
2017-06-27
授权
授权
2015-02-18
实质审查的生效 IPC(主分类):G06Q10/06 申请日:20140912
实质审查的生效
2015-01-21
公开
公开
技术领域
本发明涉及电网运行趋势安全评估技术领域，具体为一种电网运行趋势实时安全评估方法。
背景技术
随着我国电网的迅猛发展以及智能化电网的建设，电网运行方式将变得更为复杂，控制也随之愈加困难，如何准确、快速、全面地评估电网的安全水平，并以此为依据制定合理的控制策略和应急预案，成为了避免大规模停电事件的关键；电网实时安全评估大致可分为电网运行状态与电网未来趋势评估两个方面，简称态势评估；其中，态是指电网单一时间断面的静止状态，包括当前态和未来态，而势是指电网的运行趋势，是联系电网当前态和未来态的纽带，是当电网遇到外部环境改变时从当前态转化为未来态的动态过程，在电网实时安全评估中，态和势二者均不可或缺；随着时间的向前推进，电力系统的运行状态在不断变化和演进，一般是利用连续不断的静态断面对其描述并进行分析，其被称之为运行状态评估，运行状态评估是静态的评估，体现着某一时刻电网各个侧面的运行状态，是监视电网运行的重要工具，同时也是实时安全评估中的基础环节；状态之间的动态过程，其演进方向可被称之为趋势，趋势评估是动态的评估，反映着短期内电网的运行走势；实际运行中，调度人员对未来的运行状态即趋势更为关注，也更关注对趋势的在线评估，这是因为趋势可反映电力系统未来的状态，与之相比，状态由于是目前的已发生的正在运行的情形，故调度人员容易把握，同时，电网内部和外部事件均会导致运行状态的不断改变，而这些内外因素所造成的电网状态改变的表征，既无法在静态的状态指标中予以体现，又难以在短时间内给出精确的分析结果，所以给调度人员造成极大的认知负担和心理压力。
目前电网的安全评估方式分为两类，其中一类方式是从电网运行状态的评估出发给出确定性状态指标体系，如文献《基于最优乘子潮流确定静态电压稳定临界点》、《暂态稳定性分析中的确定性方法和概率性方法》等中从电压稳点、功角稳定、拓扑结构脆弱性等单一侧面去评估电网的安全性，如文献《电网安全评价的指标体系与方法》中提出的评估指标体系包括安全供电能力、静态电压安全性、拓扑结构脆弱性、暂态安全性、风险指标五个方面，从不同的侧面建立了安全指标体系；另外一类方式是基于预想故障集合，给出电网的未来运行风险指标，如文献《基于风险的电力系统安全预警的预防性控制决策分析》中定量分析电力系统的运行状态并转换为风险指标，根据系统低电压、过负荷和电压失稳三种风险指标，综合表征系统的安全等级，如文献《面向调度运行的电网安全风险管理控制系统(二)风险指标体系评估方法与应用策略》中建立了事件越限风险与事件驱动风险相结合的指标体系；由上可以看出，由于确定性指标体系能够直观且全面地反映电网当前的实时运行状态，故得到广泛的应用；但确定性指标体系只着眼于电网的当前态，缺乏对电网运行趋势的评估，而调度人员更为关心的是电网的发展趋势，所以在实时安全评估中这类确定性的指标体系并不能很好地满足调度需求；同时，若依据当前态的指标进行风险分析来获取当前系统运行趋势，则由于指标体系本身十分繁杂，且趋势变化影响因素众多，导致计算量巨大，无法满足电网实时安全评估的速度要求；另外，关于电网发展趋势风险性指标的研究，均集中在单一侧面的精细描述或指标体系的简化，而该种作法又会导致趋势评估的不全面，难以实用。
因此，电网运行趋势评估的关键，是在短时间内准确、快速、全面地判断电网的运行趋势；由于电网是个庞大的动态系统，对全网运行状态的每个侧面进行趋势评估会造成巨大的计算量，在实时评估中并不现实；同时，由于问题所关注的是短期动态行为，内外部事件发生的概率可以明确，故电网运行趋势的走向亦在大概率上可以明确，具备分析的基础，但即便如此，由于系统规模大、运行涉及因素多，分析起来仍然十分复杂，难以在线实施。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种电网运行趋势实时安全评估方法。
本发明的技术手段如下：
一种电网运行趋势实时安全评估方法，包括如下步骤：
步骤1：将电网划分为若干个互联区域，根据区域内各部分的功能、以及各区域之间的联接关系划分电网内部元素；所述电网内部元素包括任一区域的发电侧、任一区域的用电侧、以及互联区域之间的联络线；
步骤2：确定区域i用电侧的重要度Ai用，其中i为电网的任一区域；
步骤3：利用公式
步骤4：利用公式
步骤5：对各区域用电侧的重要度、各区域发电侧的重要度和各联络线的重要度执行归一化处理；
步骤6：根据公式
步骤7：预设包含多个不同运行趋势等级的评估集，根据得出的冲击事件量化值x和设定的三角形隶属度函数确定任一电网内部元素在不同运行趋势等级下的概率，并得到评估矩阵R；所述设定的三角形隶属度函数为>所述评估集为{十分严重、严重、轻微影响、无影响}；所述评估矩阵R中每一行各元素分别表征某一电网内部元素在不同运行趋势等级下的概率；
步骤8：通过将评估矩阵R与第一预设矩阵p、第二预设矩阵q进行比较，确定各电网内部元素的运行趋势；
步骤9：对于运行趋势为轻微影响或无影响的电网内部元素，则继续采用原有的控制策略；对于运行趋势为十分严重的电网内部元素，则采用紧急控制策略；对于运行趋势为严重的电网内部元素，则针对该电网内部元素进行进一步的功率平衡指标、功角稳定指标、网络安全指标、电压稳定指标、频率安全指标、电压安全指标和频率稳定指标计算；
步骤10：利用公式
进一步地，在步骤7和步骤8之间还具有如下步骤：
将评估矩阵R中对应运行趋势为轻微影响和无影响的两列进行比较，针对运行趋势为无影响的概率大于运行趋势为轻微影响的概率的电网内部元素，则该电网内部元素的运行趋势为无影响，同时针对该电网内部元素继续采用原有的控制策略；
进一步地，所述步骤8具体包括如下步骤：
步骤81：将评估矩阵R中对应运行趋势等级为轻微影响的列与第一预设矩阵p进行比较，当某一电网内部元素的运行趋势为轻微影响的概率大于第一预设矩阵p的相应元素，则该电网内部元素的运行趋势为轻微影响；所述第一预设矩阵p的各元素pm＝α1+(am-1/M)×β1，其中am为第m个电网内部元素的重要度、M为电网内部元素的总数、α1和β1为预设系数；
步骤82：将评估矩阵R中对应运行趋势等级为十分严重的列与第二预设矩阵q进行比较，当某一电网内部元素的运行趋势为十分严重的概率大于第二预设矩阵q的相应元素，则该电网内部元素的运行趋势为十分严重；所述第二预设矩阵q的各元素qm＝α2-(am-1/M)×β2，其中am为第m个电网内部元素的重要度，M为电网内部元素的总数，α2和β2为预设系数；
步骤83：排除运行趋势为无影响、轻微影响和十分严重的电网内部元素，其余电网内部元素的运行趋势为严重。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的电网运行趋势实时安全评估方法，能够很好地兼顾全面性和快速性，采用初估结合精算的方式实现电网运行趋势在线评估，在初估过程中确定了电网安全水平的趋势走向，在精算过程中，精确计算问题的具体侧面，从而既可满足在线评估的快速性需求，又可兼顾状态指标的全面性，在保证计算精度的前提下大幅减少计算量。
附图说明
图1是针对运行趋势为严重的电网内部元素所构建的评估指标体系；
图2是本发明所述方法的实施过程示意图；
图3是电网运行趋势初估的实施过程示意图；
图4是划分区域后的电网结构实例示意图。
具体实施方式
一种电网运行趋势实时安全评估方法，包括如下步骤：
步骤1：将电网划分为若干个互联区域，根据区域内各部分的功能、以及各区域之间的联接关系划分电网内部元素；所述电网内部元素包括任一区域的发电侧、任一区域的用电侧、以及互联区域之间的联络线；
步骤2：确定区域i用电侧的重要度Ai用，其中i为电网的任一区域；
步骤3：利用公式
步骤4：利用公式
步骤5：对各区域用电侧的重要度、各区域发电侧的重要度和各联络线的重要度执行归一化处理；
步骤6：根据公式
步骤7：预设包含多个不同运行趋势等级的评估集，根据得出的冲击事件量化值x和设定的三角形隶属度函数确定任一电网内部元素在不同运行趋势等级下的概率，并得到评估矩阵R；所述设定的三角形隶属度函数为>所述评估集为{十分严重、严重、轻微影响、无影响}；所述评估矩阵R中每一行各元素分别表征某一电网内部元素在不同运行趋势等级下的概率；
步骤8：通过将评估矩阵R与第一预设矩阵p、第二预设矩阵q进行比较，确定各电网内部元素的运行趋势；
步骤9：对于运行趋势为轻微影响或无影响的电网内部元素，则继续采用原有的控制策略；对于运行趋势为十分严重的电网内部元素，则采用紧急控制策略；对于运行趋势为严重的电网内部元素，则针对该电网内部元素进行进一步的功率平衡指标、功角稳定指标、网络安全指标、电压稳定指标、频率安全指标、电压安全指标和频率稳定指标计算；
步骤10：利用公式
进一步地，在步骤7和步骤8之间还具有如下步骤：
将评估矩阵R中对应运行趋势为轻微影响和无影响的两列进行比较，针对运行趋势为无影响的概率大于运行趋势为轻微影响的概率的电网内部元素，则该电网内部元素的运行趋势为无影响，同时针对该电网内部元素继续采用原有的控制策略；
进一步地，所述步骤8具体包括如下步骤：
步骤81：将评估矩阵R中对应运行趋势等级为轻微影响的列与第一预设矩阵p进行比较，当某一电网内部元素的运行趋势为轻微影响的概率大于第一预设矩阵p的相应元素，则该电网内部元素的运行趋势为轻微影响；所述第一预设矩阵p的各元素pm＝α1+(am-1/M)×β1，其中am为第m个电网内部元素的重要度、M为电网内部元素的总数、α1和β1为预设系数；
步骤82：将评估矩阵R中对应运行趋势等级为十分严重的列与第二预设矩阵q进行比较，当某一电网内部元素的运行趋势为十分严重的概率大于第二预设矩阵q的相应元素，则该电网内部元素的运行趋势为十分严重；所述第二预设矩阵q的各元素qm＝α2-(am-1/M)×β2，其中am为第m个电网内部元素的重要度，M为电网内部元素的总数，α2和β2为预设系数；
步骤83：排除运行趋势为无影响、轻微影响和十分严重的电网内部元素，其余电网内部元素的运行趋势为严重。
本发明将电网运行趋势的评估过程分为初步评估和精确计算两个步骤，从而有效解决在电网运行趋势评估中所存在的全面与快速不能兼得的问题；初步评估的目标是通过对电网进行模糊建模，快速找出全网和局部电网运行趋势的概率性走向；电网运行状态的改变取决于所发生的冲击事件，所述冲击事件对安全水平的影响大小有别，影响大的事件固然需要关注，但影响较小的多个事件叠加起来，其综合效果亦可对电网造成较大的影响；所以首先需要对大概率下发生的冲击事件进行合理的统一化处理，并对同时发生的事件的叠加效果予以分析；另一方面，冲击事件对系统的影响具有地域性，这样当出现紧急情况时，调度人员最为关注的是紧急区域，故电网的运行趋势分析宜采用分区的方式进行，可以根据未来可能发生的大概率事件的统一量化结果，分析其对电网造成的影响，初估每个区域的安全水平，确定问题区域，从而快速得到全网和各个区域的运行趋势走向，并将各区域的趋势走向按照不同的运行趋势等级(危险等级)进行分类，运行趋势初估的要点，在于对电网运行状态趋势走向的把握，为满足快速性要求，本发明采用模糊评估方法进行处理，当初估结果为十分严重、轻微影响或无影响的运行趋势，则处理方式较为简易，对于十分严重的运行趋势，则直接执行紧急控制策略，对于轻微影响或无影响的运行趋势，则不作处理，保持原有的控制策略即可，对于严重的运行趋势则利用构建的运行状态评估指标体系(图1示出了针对运行趋势为严重的电网内部元素所构建的评估指标体系)进行精细描述，找到具体的安全问题，以便施行相应的控制策略，图1示出了功率平衡指标、功角稳定指标、网络安全指标、电压稳定指标、频率安全指标、电压安全指标和频率稳定指标所包含的内容；同时，电网运行状态纷繁复杂，信息量巨大，为减少调度人员认知负担，采用利用简洁而全面的抽象指标十分必要；当问题区域确定后，由于之前为初步评估，并未明确问题的细节，调度人员并不清楚具体出现问题的侧面，因此，有必要对电网运行趋势的指标进行精确计算，其内涵是以前述的趋势走向作为进一步计算的依据，结合所构建的状态指标体系，对问题区域进行具体的指标精算，对于问题区域的具体指标进行定量计算，有助于准确找到具体安全问题，方便调度人员进行精准的安全预防和校正控制；图2示出了本发明所述方法的实施过程示意图，图中安全态对应运行趋势为轻微影响和无影响、紧急不安全态对应运行趋势为十分严重、非紧急不安全态对应运行趋势为严重，模糊评估算法即本发明所述方法的步骤7和步骤8。
本发明采用模糊评价理论作为电网运行趋势初估的分析基础，其方式是通过已知数据对电网进行建模，模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法，该方法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体评价；该理论的最大特点是能够利用已给定的数据建立模型，快速估计出系统未来时刻的预测值，其预测结果清晰，能较好的解决难以量化的问题，适合各种非确定性的预测问题；模糊综合评价过程共有四个主要步骤，具体为：①确定评价对象因素论域：把选定的状态量作为评价因素，因素论域中的评价因素表明对评价对象评价的指标；②确定模糊评价因素的权重：用以反映每个评价因素的重要程度；③建立模糊关系矩阵：从单一的评价因素出发，确定每一个评价因素对于评价结果的隶属度；④评价对象的综合评价：从评价对象整体出发，确定整体评价结果；进一步地，电网运行趋势的快速评估是利用已有的各种信息，快速评估短期内大概率事件对电网局部区域及全网造成的影响，并将电网的趋势走向以概率性的结果予以表示，图3示出了电网运行趋势初估的实施过程，具体包括四个步骤：确定电网内部元素的重要度、电网冲击事件统一量化、电网内部元素运行趋势评估、全网运行趋势量化评估；在确定电网内部元素重要度之前，由于电网是个复杂的系统，冲击事件对其的影响往往作用在不同的局部，不能直接进行全网评估，首先将电网划分为若干个互联区域，具体可以将复杂的大电网按照行政区域进行区域划分，划分出各区域之后，根据区域内各部分的功能如发电、用电和输电，以及各区域之间的联接关系如互联区域之间的联络线，来划分出电网内部元素；由于电网运行宗旨是向用户提供安全、可靠、优质的电能，用电侧作为其服务的对象，是电网运行的核心，故应首先确定各区域用电侧的重要度，本发明所述方法具体通过层次分析法(AHP)对各区域用电侧的重要度进行计算，相应步骤如下(参考百度文献AHP层次分析法计算步骤)：
①以区域i用电侧重要度为目标层，将该区域政治因素、经济因素、电气因素确定为一级指标，将每个一级指标下的具体指标如人口数、地区GDP、地区用电负荷量等相关因素确定为二级指标；
②从层次结构模型的第2层开始，对于从属于(或影响)上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法和1～9比较尺度构造成对比较阵，直到最下层；
③对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验；若检验通过，特征向量(归一化后)即为权向量，若不通过，需重新构造成对比较阵；
④计算最下层对目标的组合权向量，并根据公式做组合一致性检验，若检验通过，则可按照组合权向量表示的结果进行决策，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率较大的成对比较阵。
确定各区域用电侧的重要度之后，则可以区域用电侧重要度为基准，依据电网内部结构的关联性和潮流走向，进而计算得到区域发电侧、联络线等电网内部元素的重要度，本发明所述方法的步骤3和步骤4分别给出区域发电侧重要度和联络线重要度的计算过程；经过步骤2、步骤3和步骤4之后能够得到各电网内部元素的重要度，其中步骤3中当z＝i时，表示区域z使用本区域自发电的功率，步骤4中Piy输包括区域非直接相连传输的功率；由于各电网内部元素的重要度未经归一化处理，无法进行进一步计算，所以进一步地，对得到的各区域用电侧的重要度、各区域发电侧的重要度和各联络线的重要度执行归一化处理；然后对电网的冲击事件进行统一量化，冲击事件是指能够使电网运行状态发生改变的事件，可分为外部事件和内部事件，具体地，外部事件包括极端天气、不可预测的自然灾害、重大集体活动等；内部事件包括电源故障、一次能源供给变更、负荷异常、检修计划等，本发明所述方法的步骤6给出了冲击事件进行统一量化的步骤，其中P0表示某一电网内部元素的当前功率，对于发电侧P0为当前有功发电功率、对于联络线P0为传输有功功率、对于用电侧P0为有功负荷量，为了便于计算，实际应用时可以将量化后的数据统一归算至[0,10]区间，即对电网内部元素无影响为0，使电网内部元素达到稳定功率极限则表示为10；
本发明所述电网运行趋势实时安全评估方法能够很好地兼顾全面性和快速性，采用初估结合精算的方式实现电网运行趋势在线评估，在初估过程中确定了电网安全水平的趋势走向，在精算过程中，精确计算问题的具体侧面，从而既可满足在线评估的快速性需求，又可兼顾状态指标的全面性，在保证计算精度的前提下大幅减少计算量，下面以某电网为例说明本发明所述方法的实施过程；首先按照行政管辖区域划分，将该电网划分为三个区域，分别为区域A、区域B和区域C，图4示出了划分区域后的电网结构示意图，其中区域A发电总量为1000MW、备用极限为1200MW、用电总量200MW、稳定极限为350MW，且分别向区域B、区域C直接传输功率为500MW和300MW，其稳定极限分别为800MW和500MW；区域B的发电总量为400MW、备用极限为550MW、用电总量为600MW、稳定极限为800MW，且直接向区域C传输的功率为300MW，其传输的稳定极限为550MW；区域C的发电总量为300MW、备用极限为400MW、用电总量为900MW、稳定极限为1100MW。实际所面临的问题是如何评估此时电网的运行趋势，设定电网具体受到强暴风雨天气和气温骤升双重事件的冲击，其中，暴风雨天气造成联络线跳闸5条次，重合不成功2次，损失传输能力230MW；天气骤升5℃，造成负荷增加280MW，发电增加280MW，三条联络线负荷共增加160MW；进一步地，在划分区域之后，根据区域内各部分的功能、以及各区域之间的联接关系划分电网内部元素，具体得到9个电网内部元素，分别为区域A发电侧、区域A用电侧、区域B发电侧、区域B用电侧、区域C发电侧、区域C用电侧、AB联络线、AC联络线和BC联络线；进一步通过步骤2、步骤3、步骤4和步骤5得到各电网内部元素的重要度以及归一化处理后的重要度结果，具体数据如表1所示。
表1.各电网内部元素的重要度以及归一化处理后的重要度结果。
进一步地，通过步骤6对冲击事件进行统一量化，各电网内部元素受暴风雨天气与气温骤升天气的具体影响如表2所示，二者均会使联络线功率发生改变，其中气温骤升造成的改变以括号形式体现。
表2.冲击事件对各电网内部元素造成的功率变化量以及统一量化后的得到的量化值x。
进一步地，以冲击事件的量化值为基础，通过步骤7得到评估矩阵R，如表3所示。
表3.评估矩阵R的数据表。
进一步地，将评估矩阵R与第一预设矩阵p、第二预设矩阵q进行比较，确定各电网内部元素的运行趋势，所述第一预设矩阵p的各元素pm＝α1+(am-1/M)×β1，其中am为第m个电网内部元素的重要度、M为电网内部元素的总数、α1和β1为预设系数，根据实际需求具体设定，其中α1表征电网整体重要度；所述第二预设矩阵q的各元素qm＝α2-(am-1/M)×β2，其中am为第m个电网内部元素的重要度，M为电网内部元素的总数，α2和β2为预设系数，根据实际需求具体设定，其中α2与α1成反比；这里取α1＝α2＝0.40，β1＝β2＝1，则p＝[0.49,0.36,0.37,0.41,0.34,0.43,0.45,0.38,0.38]，q＝[0.31,0.44,0.43,0.39,0.46,0.37,0.35,0.42,0.42]，具体地，当评估矩阵R中对应运行趋势等级为轻微影响的列与第一预设矩阵p进行比较时，该列的元素按照顺序与第一预设矩阵p的各元素依次比较(运行趋势等级为轻微影响的列的第一个元素0与第一预设矩阵p的第一个元素0.49比较，运行趋势等级为轻微影响的列的第二个元素1与第一预设矩阵p的第二个元素0.36比较，…，运行趋势等级为轻微影响的列的第九个元素0.50与第一预设矩阵p的第九个元素0.38比较)，评估矩阵R中对应运行趋势等级为十分严重的列与第二预设矩阵q进行比较时，也是如上按照顺序依次比较，通过步骤8，得出冲击事件对区域A用电侧、区域B发电侧、区域B用电侧、BC联络线的运行趋势均有较小影响，故无需进行进一步指标计算及控制，但区域A发电侧的运行趋势十分严重，应立即采取紧急控制策略，其余电网内部元素均处于非十分紧急的状态，通过步骤9进一步计算出问题指标，并采取相应的控制策略。
进一步，通过步骤10得出电网对应不同运行趋势等级的可信度bj，如表4所示。
表4.电网对应不同运行趋势等级的可信度数据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
机译： 实现股票价格导航以提供股票价格和期货指数的每个时间单位的实时趋势信息并执行趋势跟踪和趋势指南功能的方法和系统
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