基于實時與潛在因素的低壓臺區(qū)綜合風(fēng)險評估方法研究

引言

低壓配電臺區(qū)是配電網(wǎng)的最底層單元,是智能配電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵元素,但相較于中壓配電網(wǎng)而言,低壓配電網(wǎng)運行風(fēng)險一直缺乏有效的管控手段。隨著電網(wǎng)運行要求、供電服務(wù)需求的不斷提高,供電企業(yè)對低壓配電臺區(qū)的運維手段也提出了更高的要求,亟需利用科學(xué)的方法、智能化的技術(shù)支撐運行風(fēng)險的管控。目前,低壓配電臺區(qū)已安裝有各種類別的監(jiān)測設(shè)備,包括用電信息采集類、配網(wǎng)精益運維類、多元化負(fù)荷監(jiān)測類等,但由于各類監(jiān)測設(shè)備硬件獨立、軟件固化,擴展性、靈活性較差,造成設(shè)備分散化、采集重復(fù)化、管控復(fù)雜化,對設(shè)備運維、建設(shè)成本帶來較大壓力,且不利于臺區(qū)運行信息綜合評估分析,難以基于風(fēng)險辨識需要重點關(guān)注運維的低壓臺區(qū)。因此,建立一種基于多要素協(xié)同分析的低壓臺區(qū)風(fēng)險評估方法,搭建智能風(fēng)險管控系統(tǒng)已成為追切需求。

現(xiàn)階段,配電網(wǎng)綜合風(fēng)險評估主要從配電網(wǎng)運行風(fēng)險評估和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)風(fēng)險評估兩方面進行。

在配電網(wǎng)運行風(fēng)險評估方面,文獻采用配電網(wǎng)狀態(tài)連續(xù)采樣法模擬其運行故障,確定風(fēng)險等級:文獻綜合考慮了繼電保護、自注入和甩負(fù)荷運行的影響,提出了包含變化過程的電網(wǎng)運行風(fēng)險評估方法:文獻從配電網(wǎng)故障風(fēng)險概率和事故后果兩個方面構(gòu)建了配電網(wǎng)運行風(fēng)險指標(biāo),并對設(shè)備故障風(fēng)險進行了分類:文獻在效用原理的基礎(chǔ)上搭建風(fēng)險評估平臺,運用層次分析法對配電網(wǎng)運行風(fēng)險進行加權(quán)計算,確定風(fēng)險等級。在配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)風(fēng)險評估中,文獻提出了一種以符號動力學(xué)為基礎(chǔ)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型:文獻實現(xiàn)了配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對配電網(wǎng)風(fēng)險影響的綜合分析。為了從配電網(wǎng)運行風(fēng)險和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)風(fēng)險兩個方面全面開展風(fēng)險評估,文獻構(gòu)建了綜合配電網(wǎng)設(shè)備、運行和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險計算模型,并利用信息嫡理論提供了對風(fēng)險的綜合評估:文獻提出了基于分區(qū)域的故障權(quán)重算法,對配電網(wǎng)的抗災(zāi)變性實施評估:文獻綜合事故轉(zhuǎn)供方案和運行風(fēng)險來計算配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)風(fēng)險,利用運行風(fēng)險和網(wǎng)架風(fēng)險計算值的乘積來確定整體風(fēng)險定級。上述文獻均針對的是輸電網(wǎng)的風(fēng)險狀況或中壓配電網(wǎng),對于低壓配電網(wǎng)的風(fēng)險評估尚未見系統(tǒng)性分析及研究。

結(jié)合上述研究,本文針對低壓臺區(qū)運行風(fēng)險的影響因素,提出了一種基于實時與潛在因素協(xié)同考慮的低壓臺區(qū)綜合風(fēng)險評估方法,低壓臺區(qū)的風(fēng)險等級系統(tǒng)是通過運行時的故障可能性和潛藏的故障兩個方面因素搭建起來的,以運行風(fēng)險來反映低壓臺區(qū)當(dāng)前運行狀態(tài)下的風(fēng)險水平,以潛在風(fēng)險反映低壓臺區(qū)結(jié)構(gòu)方面影響故障后的風(fēng)險水平,并結(jié)合風(fēng)險量化值的計算以及風(fēng)險等級的劃分確定低壓臺區(qū)綜合風(fēng)險水平。

1低壓臺區(qū)風(fēng)險評估的指標(biāo)體系

低壓電網(wǎng)的安全功能即增強在低壓條件下防止電路電流不通的能力,達到不間斷供電的效果。它涉及低壓配電網(wǎng)當(dāng)前運行狀態(tài)和突然性故障,因此在進行風(fēng)險評估指標(biāo)體系設(shè)計時,既需考慮當(dāng)前時刻臺區(qū)設(shè)備存在運行的電網(wǎng)實時風(fēng)險因素,又應(yīng)考慮臺區(qū)發(fā)生故障后潛在的電網(wǎng)損失風(fēng)險因素,故本文基于低壓配電網(wǎng)的實時運行風(fēng)險因素和故障潛在風(fēng)險因素兩個方面考慮,分別定義了風(fēng)險指標(biāo),通過運行風(fēng)險來反映低壓臺區(qū)當(dāng)前設(shè)備運行狀態(tài)下的風(fēng)險水平,通過潛在風(fēng)險來反映低壓臺區(qū)結(jié)構(gòu)方面存在的故障損失。

低壓臺區(qū)風(fēng)險評估指標(biāo)體系如圖1所示。

1.1運行風(fēng)險評估指標(biāo)體系

運行風(fēng)險影響因素是指低壓臺區(qū)設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài)下的風(fēng)險水平,取決于設(shè)備運行異常的狀況。體系構(gòu)成主要包括低壓臺區(qū)設(shè)備最高負(fù)載率、三相不平衡度及用戶低壓持續(xù)時間三個指標(biāo),其具體定義如下:

1.1.1設(shè)備最高負(fù)載率

該指標(biāo)反映在一定評估周期內(nèi)低壓臺區(qū)的配變出現(xiàn)重載或過載狀態(tài)的最嚴(yán)重情況,按照配變中負(fù)載率最高的值來衡量,該指標(biāo)記為Rsys1。

1.1.2設(shè)備三相不平衡度

該指標(biāo)反映低壓臺區(qū)三相平衡的程度,取電流、電壓的負(fù)序基波分量與正序基波分量的均方根百分比表示,該指標(biāo)記為Rsys2。

1.1.3用戶低壓持續(xù)時間

該指標(biāo)反映低壓臺區(qū)中用戶出現(xiàn)低電壓狀態(tài)的持續(xù)程度,覆蓋到全部用戶在低壓下的用電時間,該指標(biāo)記為Rsys3。若某個用戶由低壓狀態(tài)變?yōu)殡妷赫顟B(tài),則記錄該持續(xù)時間并重新開始計時。

1.2潛在風(fēng)險評估指標(biāo)體系

潛在風(fēng)險影響因素是指低壓臺區(qū)發(fā)生故障后可能導(dǎo)致的配電網(wǎng)損失。體系構(gòu)成主要包括低壓臺區(qū)故障后能量損失率、用電時戶數(shù)損失率及重要用戶損失三個指標(biāo),其具體定義如下:l.2.l故障后能量損失率

該指標(biāo)反映發(fā)生低壓臺區(qū)故障后電網(wǎng)的能量損失情況,能量損失是由損耗的功率大小和持續(xù)的時間兩個方面計算得出的,該指標(biāo)記為Rpotl。

1.2.2故障后用電時戶數(shù)損失率

用電時戶數(shù)損失率是指低壓網(wǎng)路崩潰后網(wǎng)路中客戶流失的情況,可以通過故障后用戶數(shù)的損失及故障時間來確定,該風(fēng)險指標(biāo)記為Rpot2。

1.2.3故障后關(guān)鍵用戶流失

由于電網(wǎng)故障后,對關(guān)鍵客戶的影響相對一般家庭客戶影響較大,所以應(yīng)十分關(guān)注發(fā)生故障時關(guān)鍵用戶是否受到了影響,是否造成了極大的經(jīng)濟損失。必須將關(guān)鍵客戶的損失當(dāng)做單獨的因素來考慮,定性關(guān)鍵客戶的停電狀態(tài),要依據(jù)其停電的具體情況,用Rpot3來表示。

2低壓臺區(qū)風(fēng)險評估算法

2.1低壓臺區(qū)風(fēng)險值計算

本文將影響配電網(wǎng)低壓站區(qū)的風(fēng)險因素分為正在工作風(fēng)險和背后風(fēng)險兩部分。利用所建低壓站區(qū)的風(fēng)險值計算,得到配電網(wǎng)低壓智能站區(qū)的綜合風(fēng)險值,并確定與風(fēng)險值相對應(yīng)的風(fēng)險等級。

運行風(fēng)險反映了低壓配電網(wǎng)運行狀態(tài)下的當(dāng)前風(fēng)險水平,因此,每個操作風(fēng)險系統(tǒng)指標(biāo)初值的概率應(yīng)為l。操作風(fēng)險指標(biāo)選擇說明如前一節(jié)Rsysl~Rsys3所述,僅考慮操作風(fēng)險的最終計算結(jié)果,即低壓配電網(wǎng)當(dāng)前風(fēng)險指標(biāo)值。

操作風(fēng)險值的計算方法如下:

首先分別計算風(fēng)險指標(biāo)Rsysl~Rsys3的風(fēng)險量化值,記為Al~A7,再利用以下公式計算出平均運行風(fēng)險值:

式中,RsYsA為運行平均風(fēng)險值:Ai為風(fēng)險指標(biāo)Rsysi的風(fēng)險量化值:αi為風(fēng)險指標(biāo)Rsysi的權(quán)重,且滿足

αi可以通過如下公式計算其權(quán)重:

式中,αi′為給定的第i個運行風(fēng)險指標(biāo)的初始權(quán)重,可以利用層次分析法確定,也可以直接指定大小:αi為第i個運行風(fēng)險指標(biāo)經(jīng)過修正后的權(quán)重:β為均衡系數(shù),取值在0到l之間,本文中取β=0.5。

然后利用下式計算運行最高風(fēng)險值(即運行風(fēng)險指標(biāo)中風(fēng)險最大的指標(biāo)對應(yīng)的風(fēng)險量化值):

式中,RsYsM為運行最高風(fēng)險值。

運行風(fēng)險的最終計算值如下,

式中,Rl、R2分別為運行風(fēng)險平均值的權(quán)重及最高運行風(fēng)險的權(quán)重。

同理,可以計算出潛在風(fēng)險的風(fēng)險值,標(biāo)記為RGRI。

結(jié)合操作風(fēng)險值和背后風(fēng)險值的計算結(jié)果,可以計算出低壓站區(qū)的綜合風(fēng)險量化值。由于操作風(fēng)險值和潛在風(fēng)險值水平應(yīng)相似,且對同一低壓站區(qū)具有一定的相關(guān)性,因此,有必要采用對數(shù)綜合法計算低壓站區(qū)綜合風(fēng)險量化值Rcom:

式中,θl和θ2為RsYs和RGRI的權(quán)重,且滿足θl+θ2=l,其大小用數(shù)學(xué)的方法也可以直接賦予。

2.2低壓臺區(qū)風(fēng)險定級

本文依照計算綜合風(fēng)險值的大小,將風(fēng)險劃分為一級、二級、三級三個風(fēng)險等級,其中,一級風(fēng)險表示最危險,三級風(fēng)險以下表示危險最小。具體的低壓臺區(qū)風(fēng)險定級如表l所示,風(fēng)險值越大,則低壓臺區(qū)運行情況越好。

3算法在低壓臺區(qū)智能風(fēng)險管控中的應(yīng)用

本文提出的基于實時和潛在影響因素的低壓臺區(qū)綜合風(fēng)險評估方法,已結(jié)合茂名供電局模塊化農(nóng)村低壓智能臺區(qū)的建設(shè),開展低壓臺區(qū)智能風(fēng)險管控模塊應(yīng)用的開發(fā)。應(yīng)用以模塊化傳感器為信息采集節(jié)點,以智能配變終端為數(shù)據(jù)匯集和邊緣計算核心,精準(zhǔn)獲取三相不平衡、低電壓等臺區(qū)運行風(fēng)險要素,以主站為數(shù)據(jù)分析處理中心,結(jié)合自動辨識低壓臺區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、故障及異常綜合研判技術(shù),確定低壓臺區(qū)故障后能量損失、時戶數(shù)損失等潛在風(fēng)險因素:同時,應(yīng)用基于本文所提算法獲取低壓臺區(qū)綜合風(fēng)險值,能夠有效支撐低壓臺區(qū)的運維風(fēng)險管控。

4結(jié)語

為提升低壓臺區(qū)的運維管理水平,實現(xiàn)對臺區(qū)風(fēng)險水平全面而準(zhǔn)確的評估,本文提出了綜合考慮實時運行風(fēng)險和潛在影響因素的低壓臺區(qū)風(fēng)險評估算法,采用風(fēng)險分級和風(fēng)險量化的方法來表示低壓站區(qū)的風(fēng)險等級,定性表示和定量表示相結(jié)合,有利于風(fēng)險等級的可視化顯示,同時也方便了配電網(wǎng)運行維護人員和管理人員得到低壓站區(qū)的風(fēng)險信息,制定精準(zhǔn)的運維策略、有效的運維措施,提升低壓配電網(wǎng)的智能運維水平。