电网运行可靠性研究与分析

摘要：随着社会的发展与进步，重视电网运行可靠性对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍电网运行可靠性研究与分析的有关内容。

关键词：电网；运行；可靠性；系统；数据；分析；

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

引言

电力系统可靠性包括充裕度((adequacy)即静态可靠性和安全性((security)即动态可靠性。严格地说，安全是对系统过去时段的描述，可靠性则用于规划和预测系统未来运行时段的安全。可靠性标准在俄罗斯称为电力系统稳定导则，在英国称为安全导则。在美国，电网安全成为国家安全的重要组成部分已经写进了法律。

一、国外国内研究进展

1988年，美国电科院提出电力系统可靠性评估框架，对安全限制条件的考虑进行了分析和扩展，提出了具体的静态和动态安全限制条件集合，努力将充裕度和安全性评估结合起来，组成发输电系统可靠性评估的整体框架。发输电组合系统的充裕性可靠性评估无论在计算模型、评估方法和工程应用等方面都取得了巨大的进步。

我国在电力系统可靠性的研究和应用的深度和广度方面也取得了新的进展：

（一）已形成主要电力设备可靠性数据的统计体系和完备的数据库，为开展电力系统可靠性评估和预测创造了条件，推动了设备制造商重视设备的质量和可靠性。

（二）已独立开发了一批电力系统可靠性评估的应用软件，并在实际工程中得到应用。电力系统安全分析的计算复杂度远远大于充裕性，目前国内外对安全性问题的研究还处于探索阶段，系统建模、算法研究、指标体系的建立和软件实现等方面都还有很多工作需要开展。

二、电网运行可靠性研究的数据需求

电网运行可靠性研究主要是指对电网当前状态的可靠性及运行风险进行评估，通过指标提供量化信息给出当前电网可靠性的性能标识。电网运行可靠性研究的理论及技术正处于发展阶段，涉及下列的主要指标类型。

(一）用于反映全网可靠性水平的统计指标

（二）用于分析供电点的可靠性指标

（三）运行方式对电网可靠性参数变化分析

以潮流对线路停运概率的影响分析为例，表示了线路停运概率随潮流的变化情况。为了计算电网可靠性指标，需要采集大量相关的数据，主要数据如下：

潮流数据。

电量数据。

带时标的开关变位记录。

带时标的刀开关变位记录。

带时标的保护及自动装置动作信息。

带时标的遥控命令出口记录。

本地手动操作记录。

设备检修记录。

设备停运及其他原因记录。

造成电网元件状态改变的主要原因来自下列因素：

调度中心：运行控制命令、检修命令。

继电保护：开关跳闸、合闸。

低频减载等自动装置：开关跳闸、合闸。

远方切机/负荷等安控装置：开关跳闸。

误操作，开关机构失效。

三、基于双层多Ageng系统（DMAS）的元件状态诊断体系结构

电网运行可靠性研究中的元件状态诊断包括元件的运行、失效、维修和恢复等多种状态。由以上分析可知，电气元件的当前状态及由上一状态过渡到当前状态的原因信息存在于下述信息子系统中：

调度SCADA系统：包含了由开关控制的电气设备的当前状态信息、事件顺序记录、报警记录和潮流等数据。

调度管理信息系统（DMIS）：存储有调度员下达的操作命令，包含有部分未进入监控系统的信息，例如互感器、刀开关设备检修命令等信息。

变电站综合自动化系统：存储有本站的电气运行参数、保护动作信息和故障录波等数据。

生产管理信息系统（SMIS）：存储有设备维修信息等数据。由于存储在这些信息子系统中的数据庞大，运行可靠性研究中不可能将这些数据全部集中分析处理，因此必须建立就地信息采集并进行预处理的系统。根据这一思路，本文提出建立双层多Agent元件状态诊断体系结构来满足电网运行可靠性研究的数据要求。

DMAS元件状态诊断体系由系统层（System Layer）DAS和变电站层（Substation Layer）MAS构成。 第一层为系统层MAS，由系统内的多个变电站Agent、调度Agent、DMISAgent 单元和一个在整个系统中充当管理服务角色的管理Agent 构成。各Agent只采集与运行可靠性分析相关的数据并作预处理后再将精简的信息送往管理Agent，以达到减少信息传输量、保障效率的目的。第二层为变电站层MAS，由变电站内部多个Agent及管理Agent构成，其中的管理Agent功能可由第一层的Agent 合并完成。变电站MAS 是为建立变电站内部元件状态诊断而构建的，由于变电站内部的变压器、母线等大量电气元件的状态仅依赖本站信息即可诊断，因此可大大减少从调度系统采集的数据量。此外，大量故障录波数据尚未传到调度中心，因此通过变电站MAS可进行就地采集和分析。

根据变电站规模的不同，可在变电站内设置变压器保护Agent单元、母线保护Agent单元、线路保护Agent单元和监控Agent等。

综上，整个DMAS系统在管理Agent的统一协调下，其内部各个Agent 单元通过相互作用、交换、通信与合作共同完成元件状态诊断任务，提高了诊断系统的效率。

四、元件状态诊断模型及算例

由于电网元件运行状态的复杂性，本文仅给出元件失效状态的诊断算例。元件失效诊断即通过系统中相关的开关信息、保护信息等进行失效元件的判断，并对失效元件名称及停运时间进行记录。

假设变电站内变压器因故障失效，则通过变电站MAS可得其失效诊断模型为:

式中，各符号的定义与前类似。元件状态诊断算例如下表所示。限于篇幅，电网元件的其他状态诊断模型不再一一列出。

需要指出的是，变电站内的多个Agent单元并不一定是独立的硬件模块，而仅是逻辑上的独立单元，因此实现运行可靠性数据采集的硬件设备并非复杂难以实现。

五、电网调度，提高电网运行的可靠性

（一）规范电网调度运行工作

近年，随着电网迅速发展，计算机保护和高新科技的不断应用，以及调度自动化系统的日益完善，电网调度的现代化程度越来越高，这对电网安全性和经济性的提高发挥着积极的促进作用。但是因为调度员操作不规范、误调度等原因，使得电网的安全稳定问题依然十分严重。因此，为保证电网安全运行，应认真考虑人的因素，杜绝误调度、误操作的人为事故发生。

（二）规范调度操作命令

值班调度员是电网安全、稳定和经济运行的直接指挥者，通过调度操作命令的形式，改变电网运行方式、设备状态和调整经济运行。无论是日常工作，还是异常事故处理，调度员的每道调度操作命令都必须是正确的，这就要求调度员始终贯彻“安全第一”的方针，严格执行各种规程和规章制度，避免误操作和误调度，确保人身、电网和设备安全。

（三）减小系统故障对电网运行的干扰

采取措施减小电网故障对电网运行的干扰，加强电力设施的保护，保持电网运行稳定十分重要。电网是电力系统安全稳定运行最主要的物质基础，加强电网建设是保证电网架构坚强、可靠的最主要方法和手段。但近年来电力设施的破坏，不仅给电力企业造成巨大的损失，而且严重破坏了电网用户正常的用电秩序。因此，电力企业要采取多种形式，进一步加大对《电力法》等法律法规的宣传力度，提高广大群众对安全供电重要意义的认识，自觉遵守有关法律法规，提高社会公众维护电力设施安全的自觉性和主动性。

（四）充分利用电网内一次调频功能

为进一步提高电网运行的稳定性和安全性，降低电网运行波动，增强电网的抗事故能力，提高电网电能质量，必须在不影响发电机组安全运行的前提下，充分利用电网内火电机组的一次调频功能。提高全网发电质量，提高电网稳定性和安全性需要依靠调度侧和电源侧的共同配合，通过完善调度侧的调频策略，丰富调节手段，正确合理地分配调节负荷，提高调度软件智能水平，来改善一次调频质量，与此同时在电源侧机组配合适当的参数修正，改善调节的品质和调节速度。

六、结束语

通过以上分析，从电网运行可靠性分析的数据需求出发，提出基于双层多Agent系统的元件状态诊断系统，并通过算例验证方法的有效性，为实现电网可靠性在线分析系统提供了一种数据采集与分析方式。文中提出的采用双层多的元件状态诊断体系结构，大量的数据采集与分析工作可在变电站就地完成，减少了数据传输量，提高了系统效率。对于促进电网运行可靠性研究，将具有一定的参考意义。

参考文献

[1]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]孙元章，程林，刘海涛．基于实时运行状态的电力系统运行可靠性评估[J].电网技术，2011.