基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法及系统

摘要

本发明公开了基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法，包括：计算电网厂站间的电气距离灵敏度；根据电网的需求确定评价指标，并计算所述评价指标值；根据所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险。还公开了基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估系统，包括系统电气距离灵敏度确定单元，用于确定电网的电气距离灵敏度；评价指标值确定单元，用于确定评价指标，并计算所述评价指标值；电网安全风险评估单元，用于根据所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险。本发明能够实现对电网安全运行风险的快速判定，为电网的安全稳定可靠运行奠定基础。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统在线安全稳定计算分析技术领域，并且更具体地，涉及基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法及系统。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，对电力系统安全稳定运行的要求也越来越高，系统中任意微小的局部变动，都有可能导致全网系统稳定特性的改变，提高电力系统安全稳定分析技术是保证电网可靠运行的重要手段。

新能源的快速发展、清洁能源替代的推进，源侧风光等新能源发电、荷侧电动汽车以及电力电子化柔性负荷等新型负荷的快速发展使得电网运行不确定性显著增强。新能源消纳问题伴随交直流混联电网建设、辅助服务市场机制的完善以及调控技术的发展得到明显改善。电力市场化交易逐步推进，主动参与电网运行控制的柔性负荷规模持续增加，在发达地区高峰时空调负荷占比近50％，负荷调节能力和响应对电网安全运行的影响不容忽视，部分地区负荷波动幅度达1200万千万，电源侧和负荷侧均呈现明显的不确定性，电网运行方式更加复杂多变，不确定性特征为电力系统安全经济运行与控制决策带来了巨大的挑战。

此外，我国各类自然灾害频发，大范围、长距离的特高压交直流系统容易受外部台风、山火、覆冰等环境因素的影响；受输电走廊限制，电力输电线路“三跨”问题突出，同时大量输电设备其自身的设备状态也对电网的运行产生较大影响。电网的运行方式越来越复杂，当相邻两个时段电网的拓扑结构发生较大的变化时，电网面临的不确定因素增加，电网的安全风险增加，需要重新对该运行方式进行安全稳定校核。

电气距离灵敏度可以用来表征系统的运行方式，在线监测电网运行方式的变化情况，快速评估电网的安全运行风险。挑选出能代表电网运行方式变化的厂站间电气距离灵敏度，在线监视其变化量，当电气距离灵敏度变化值比较低时，则确定电网的运行方式变化小，表示电网的安全风险越小；当电气距离灵敏度变化值比较高时，则确定电网的运行方式变化大，表示电网的安全风险越大。因此，需要基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法及系统。

发明内容

本发明提出基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法及系统，以解决如何评估电网安全风险的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法，所述方法包括：

计算电网厂站间的电气距离灵敏度；

确定电网的评价指标，并根据所述电气距离灵敏度计算所述评价指标值；

根据所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险。

优选地，其中所述计算电网厂站间的电气距离灵敏度，包括：

计算全运行方式下的节点导纳矩阵，基于系统线路连接拓扑关系和元件参数信息，生成系统节点导纳矩阵，其中系统线路连接拓扑关系包含交流线和变压器支路；

计算全运行方式下的节点阻抗矩阵，对所述节点导纳矩阵进行求逆，得到全运行方式下的节点阻抗矩阵；

遍历需要研究的系统所有的运行方式，对于每种运行方式，计算得到系统内任意2个厂站间的电气距离变化量；

计算系统所有运行方式下，系统内任意2个节点间的电气距离灵敏度。

优选地，其中所述系统内任意2个厂站间的电气距离变化量，包括：

ΔZ

其中，ΔZ

优选地，其中所述电气距离灵敏度，包括：

电气距离灵敏度指线路开断状态变化前后系统任意2个节点之间电气距离的变化率，

其中，Z

优选地，其中所述评价指标，包括：

系统节点个数为s，计算任意2个节点的电气距离灵敏度可得

根据电网的需求设定电气距离灵敏度阈值，只有当厂站对电气距离灵敏度值大于或等于设定阈值时，此电气距离灵敏度数据有效，表明此厂站对电气距离对当前的运行方式敏感；

挑选出来的m个参数需满足，m个电气距离灵敏度参数必须反应系统关注和研究的所有运行方式，即对于任意一个系统关注和研究的运行方式，在这m个电气距离灵敏度参数中至少有1个电气距离对此运行方式敏感。

优选地，其中所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险，包括：

若所述评价指标值小于等于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化小，且所述评价指标值越小，则表示电网的安全风险越小；

若所述评价指标值大于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化大，且所述评价指标值越大，则表示电网的安全风险越大。

根据本发明的又一个方面，提供了基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估系统，所述系统包括：

系统电气距离灵敏度确定单元，用于确定电网中厂站间的电气距离灵敏度；

评价指标值确定单元，用于确定电网的评价指标，并根据所述电气距离灵敏度计算所述评价指标值；

电网安全风险评估单元，用于根据所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险。

优选地，其中所述系统电气距离灵敏度确定单元，包括：

计算全运行方式下的节点导纳矩阵，基于系统线路连接拓扑关系和元件参数信息(包含交流线和变压器支路)，生成系统节点导纳矩阵；

计算全运行方式下的节点阻抗矩阵，对全运行方式下的节点导纳矩阵进行求逆，得到全运行方式下的节点阻抗矩阵；

遍历需要研究的系统所有的运行方式，对于每种运行方式，计算得到系统内任意2个厂站间的电气距离变化量；

计算系统所有运行方式下，系统内任意2个节点间的电气距离灵敏度。

优选地，其中所述电气距离灵敏度确定单元，具体用于确定的电气距离变化量：

ΔZ

其中，ΔZ

优选地，其中所述电气距离灵敏度确定单元确定的电气距离灵敏度：

电气距离灵敏度指线路开断状态变化前后系统任意2个节点之间电气距离的变化率，

其中，Z

优选地，其中所述评价指标值确定单元，具体用于系统节点个数为，计算任意2个节点的电气距离灵敏度可得个参数，从上述参数中挑选m个参数作为评价指标；

根据电网的需求设定电气距离灵敏度阈值，只有当厂站对电气距离灵敏度值大于或等于设定阈值时，此电气距离灵敏度数据有效，表明此厂站对电气距离对当前的运行方式敏感；

挑选出来的m个参数需满足，m个电气距离灵敏度参数必须反应系统关注和研究的所有运行方式，即对于任意一个系统关注和研究的运行方式，在这m个电气距离灵敏度参数中至少有1个电气距离对此运行方式敏感。

优选地，其中所述电网安全风险评估单元，包括：

若所述评价指标值小于等于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化小，且所述评价指标值越小，则表示电网的安全风险越小；

若所述评价指标值大于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化大，且所述评价指标值越大，则表示电网的安全风险越大。

本发明提供了基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法及系统，在确定系统电气距离灵敏度的基础上，通过评价指标值对电网的运行方式变化情况进行评估，能够实现对电网安全运行风险的快速判定，为电网的安全稳定可靠运行奠定基础。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方法的电气距离灵敏度计算方法200的流程图；

图3为根据本发明实施方法的评价指标计算方法300的实际算例流程图；

图4为根据本发明实施方法的基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估系统400的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提供了基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法及系统，在确定系统电气距离灵敏度的基础上，通过评价指标值对电网的运行方式变化情况进行评估，能够实现对电网安全运行风险的快速判定，为电网的安全稳定可靠运行奠定基础。

图1为根据本发明实施方式的基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估方法100，从步骤101处开始，在步骤101确定电网的电气距离灵敏度。

在本发明中，定义电气距离灵敏度为线路开断状态变化前后系统任意2个节点之间电气距离的变化率，即：

其中，Z

计算系统内任意2个厂站间的电气距离变化量的公式如下：

ΔZ

其中，ΔZ

在步骤102，根据电网的需求确定评价指标，并根据所述电气距离灵敏度计算所述评价指标值；

系统节点个数为s，计算任意2个节点的电气距离灵敏度可得

根据电网的需求设定电气距离灵敏度阈值，只有当厂站对电气距离灵敏度值大于或等于设定阈值时，此电气距离灵敏度数据有效，表明此厂站对电气距离对当前的运行方式敏感；

挑选出来的m个参数需满足，m个电气距离灵敏度参数必须反应系统关注和研究的所有运行方式，即对于任意一个系统关注和研究的运行方式，在这m个电气距离灵敏度参数中至少有1个电气距离对此运行方式敏感。

在步骤103，根据所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险。

若所述评价指标值小于等于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化小，且所述评价指标值越小，则表示电网的安全风险越小；

若所述评价指标值大于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化大，且所述评价指标值越大，则表示电网的安全风险越大。

图2为根据本发明实施方法的电气距离灵敏度计算方法200的流程图。如图2所示，本发明实施方法提供的电气距离灵敏度计算方法200，从步骤201处开始，在步骤201计算全运行方式下的节点导纳矩阵。

基于系统线路连接拓扑关系和元件参数信息(包含交流线和变压器支路)，生成系统节点导纳矩阵。

在步骤202，计算全运行方式下的节点阻抗矩阵。

对全运行方式下的节点导纳矩阵进行求逆，得到全运行方式下的节点阻抗矩阵。

在步骤203，计算得到系统内任意2个厂站间的电气距离变化量。

遍历需要研究的系统所有的运行方式对于每种运行方式，计算得到系统内任意2个厂站间的电气距离变化量。

在步骤204，计算系统内任意2个节点间的电气距离灵敏度。

图3为根据本发明实施方法的评价指标计算方法300的实际算例流程图。如图3所示，本发明实施方法提供的评价指标计算方法300，从步骤301处开始，在步骤301加载电网拓扑信息和元件参数，形成节点导纳矩阵，并求逆得到全运行方式下阻抗矩阵，本实际算例下对应的全运行方式为电网数据的基础运行方式。

在步骤302，遍历研究的所有运行方式，计算电网任意2个厂站间的电气距离灵敏度，本实际算例下所有运行方式指电网中所有500kV线路N-1运行方式。

在步骤303，设定灵敏度阈值，得到每个厂站对电气距离灵敏度对应有效运行方式集合，本实际算例下设定灵敏度阈值为0.01％。

在步骤304，采用贪心策略，挑选剩余厂站对电气距离灵敏度中包含运行方式数量最多的到厂站对集合中，本实际算例采用贪心算法计算得到评价指标。

在步骤305，对厂站对集合中所包含的运行方式数量是否增加进行判断，此步骤为贪心算法的计算内容之一，若判断结果为是，进入步骤306，若判断结果为否，进入步骤308。

在步骤306，对厂站对集合是否涵盖系统所有运行方式进行判断，此步骤判断得到的评价指标是否满足要求，若满足要求，进入步骤307，若不满足要求，进入步骤304。

在步骤307，输出挑选的厂站对集合，即得到电网对应的评价指标。

在步骤308，厂站对集合中删除该电气距离灵敏度对应的厂站对，此步骤为贪心算法的计算内容之一。

在图3的实际算例中，系统节点个数为106，最后挑选出8个厂站(如表1所示)对电气距离灵敏度组成评价指标来进行电网安全风险评估。

表1基于电气距离灵敏度的评价指标

图4为根据本发明实施方法的基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估系统400的流程图。如图4所示，本发明实施方法提供的基于电气距离灵敏度指标的电网安全风险评估系统400，包括系统电气距离灵敏度确定单元401，评价指标值确定单元402，电网安全风险评估单元403。

在步骤401，系统电气距离灵敏度确定单元，用于确定电网的电气距离灵敏度。

电气距离灵敏度的计算步骤，包括：

计算全运行方式下的节点导纳矩阵，基于系统线路连接拓扑关系和元件参数信息(包含交流线和变压器支路)，生成系统节点导纳矩阵；

计算全运行方式下的节点阻抗矩阵，对全运行方式下的节点导纳矩阵进行求逆，得到全运行方式下的节点阻抗矩阵；

遍历需要研究的系统所有的运行方式，对于每种运行方式，计算得到系统内任意2个厂站间的电气距离变化量；

计算系统所有运行方式下，系统内任意2个节点间的电气距离灵敏度。

电气距离灵敏度的计算公式，包括：

ΔZ

其中，ΔZ

C＝(a

其中，Z

在步骤402，评价指标值确定单元，用于根据电网的需求确定评价指标，并根据所述电气距离灵敏度计算所述评价指标值。

评价指标的计算步骤，包括：

系统节点个数为s，计算任意2个节点的电气距离灵敏度可得

根据电网的需求设定电气距离灵敏度阈值，只有当厂站对电气距离灵敏度值大于或等于设定阈值时，此电气距离灵敏度数据有效，表明此厂站对电气距离对当前的运行方式敏感；

挑选出来的m个参数需满足，m个电气距离灵敏度参数必须反应系统关注和研究的所有运行方式，即对于任意一个系统关注和研究的运行方式，在这m个电气距离灵敏度参数中至少有1个电气距离对此运行方式敏感。

在步骤403，电网安全风险评估单元，用于根据所述评价指标值和与所述评价指标对应的评价指标阈值评估电网安全风险。

若所述评价指标值小于等于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化小，且所述评价指标值越小，则表示电网的安全风险越小；

若所述评价指标值大于所述评价指标对应的评价指标阈值，则确定电网的运行方式变化大，且所述评价指标值越大，则表示电网的安全风险越大。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。