电网运行的安全风险在线评估
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【摘 要】近年来，随着经济生活水平的增长和工业的不断发展，我国电力系统也呈现出新的态势。随着电网规模的扩大，电力设备的升级，电网系统的输送电效率逐步提高，从而提高了电网的运行效率，但高的运行效率也增强了电网运行过程中安全问题的不确定性，给电网的运行带来了一定的风险，因此对电网运行安全风险进行在线评估有一定的必要性。
【关键词】电网运行 安全风险 在线评估 必要性
电网运行的安全稳定受到政府、产业界和学术界的特别关注。通过系统分析、在线安全管理、安全防御体系、系统保护、恢复计划等技术手段，我国在预防停电事故发生、减少停电影响范围和快速恢复供电方面取得了显著成效。然而，部分地区大面积停电事故仍时有发生，因而驾驭电网运行的能力还需要进一步提升。
国内外的电网运行控制标准通常都以确定的N-1/N-K后电网安全稳定作为约束安排运行方式/制定安全稳定控制措施。目前在线安全稳定综合防御系统大多以此为依据确定预测故障集，对于保证电网安全稳定运行发挥了极为重要的作用。然而，一方面，随着风电等新能源机组大规模接入，电网运行状态的不确定性增加和可预测性降低；另一方面，电网中各类扰动发生的概率存在时空差异，且与电网运行工况及外部自然环境和设备状态等因素密切相关。同时，电网运行的经济性越来越重要。因此，需审视以承受确定性的扰动作为电网运行安全稳定标准的合理性，要求掌控电网运行的理念从确保安全稳定运行转变为控制运行风险。
在工程界，比较经典的风险定义是[28]：R={〈Si，pi，xi〉}（1）式中：R为风险；Si为有危害的场景；pi为出现该场景的概率；xi为场景出现的后果，即危害的量度；i=1，2，…，N；N为有危害的场景数目。因此，我们可以从危害、场景和可能性三个方面来阐述电网运行安全风险的内涵。
1.1电网运行阶段的危害
（1）中断供电造成能量损失。供电是电力系统存在的重要目的，在电力被广泛应用的今天，供电的中断必会给社会各界的单位或个人带来不同程度的能量损失。
（2）造成直接经济损失。电力系统运行安全问题的出现在给用电客户带来经济损失的同时，造成安全隐患的负荷中断、设备损坏和机会成本更会带来直接的经济损失。
（3）电网运行超过稳定约束。表现在设备过载、母线电压越线和暂态失稳等方面。
1.2电网运行安全稳定问题的场景
上述观点从不同角度表述电网运行中出现的危害，归根结底则是出现安全稳定问题，导致不能正常供电和发电。纵观大体，电网出现安全稳定问题的场景有3类。
第一场景：电网元件运行正常但运行工况过渡到稳态后出现安全稳定问题。例如，母线电压越限、线路/主变过载和静态稳定性问题，即基态安全稳定问题。
第二场景：电网元件运行正常，但发电或负荷大幅度波动诱发安全稳定问题。风电等新能源大规模接入后这类情况可能会更多。
第三场景：电网元件故障，即故障下有安全稳定问题。
这3类场景之间有些关联，例如，在基态/故障下不存在安全稳定问题的运行方式，发电/负荷大幅度波动后形成新的运行方式，可能有安全稳定问题。
1.3电网运行安全风险的可能性
电网运行安全风险出现的可能性，要根据问题出现的场景进行分析。第一场景是关于导致运行方式的概率。第二场景针对风电等新能源机组出力和符合突变出现的特征。第三类场景则是基于电网运行方式、外部自然环境、设备状态和故障历史统计信息等内容对故障形态及演化规律进行了探究。
1.4运行安全风险的特点
与安全稳定性的特点类似，运行安全风险具有相对性和绝对性。相对性体现在：研究风险是针对考虑或预设的场景范畴，风险值则是相应前提条件下的结果，风险要通过比较才能更好地显示意义，比较不同场景下的风险，比较不同控制方案下的风险差异，比较控制代价与风险变化情况；从广义来看，电网运行的安全风险始终存在。
2 电网运行安全风险在线评估的特点
电网运行安全风险在线评估以实时运行工况和预测的运行方式为基础，并考虑发电出力和负荷变化等方面的不确定性，基于实测/预报的自然环境信息，还可结合设备运行状况，对当前、未来几分钟至几小时内的运行安全风险进行动态评估，从而在线监视和预测风险水平，为调度运行人员及时掌握风险水平和优化控制风险决策提供支持。综合分析风险评估和在线化2个方面的特征，电网运行安全风险在线评估具有以下特点：
（1）考虑的时间尺度短。这是电网运行安全在线评估的最大特点和优势，只需要几分钟到几小时就可以完成评估，对系统问题作出迅速反馈。
（2）候选场景集动态变化。要根据电网运行方式、自然环境和设备状态，动态调整候选场景，场景选取更具针对性。尤其是，间歇式新能源发电大规模并网后，显著增加了运行方式的不确定性。
（3）不确定性因素的时空特性。在不同的电网范围内，影响电网运行安全的不确定性因素有区别，不确定性内容和程度随时间变化。
（4）故障概率模型时变性。引发故障的主要外因不断变化，考虑的时间范围小，因而外部自然环境和设备状态成为故障概率建模的主要因素，而基于历史统计信息的故障概率模型不再占主导地位。
（5）风险指标的工程化要求高。调度运行人员对存在的安全风险要快速作出响应，含义应明确、清晰、易懂，指标变化能够准确、真实、直接反映电网运行安全风险程度。
（6）分析计算量动态变化显著。在线评估的场景数目和预想故障集要根据不确定性因素的动态变化情况进行在线调整，由此引起分析计算量大幅变化。
（7）计算效率要求高。风险评估分析计算量大，在线评估要求时效性强。
3 电网运行安全风险在线评估所要解决的问题
电网运行安全在线评估对于保证电力系统的顺利运行有着重要的作用，但在具体实施过程中仍存在着很多的重点和难点。本文针对实现在线评估的需要解决的几个关键问题进行了分析：
3.1选择合适的风险指标
风险指标与评估和控制决策方法以及效果密切相关电网运行中关注的方面很多，不必将这些要求都在指标体系中予以体现，可将某些方面作为约束条件。
3.2高校风险场景的动态生成与初选
风险评估的场景数量对效率有很大影响，而需要详细进行风险评估的场景不一定多。在初始场景之后的每个阶段有多种可能的场景，因而在后续阶段仍需选择场景。因此，快速、准确的风险场景生成和初选技术对实现在线风险评估非常重要。
3.3故障可能性时变模型
故障概率的准确性是影响风险评估结果可信度的关键因素之一因而备受关注。故障概率建模虽然已有一定基础，但仍有必要深人研究。
4 结语
风电等新能源机组大规模接入显著增加了电网运行的不确定性，按确定性的准则控制电网运行，难以适应现代电网运行的要求。基于风险管理和控制电网运行，能够促进电网运行的安全稳定性和经济性水平协调提升。在线安全稳定综合防御技术的工程应用为开展电网运行安全风险在线评估奠定了良好的基础。尽管完全实现电网运行安全风险在线评估的工程应用还有许多关键问题亟待解决，随着电网运行安全风险评估的线化研究的深入，能够在控制电网运行风险的实践中不断提升驾驭大电网安全经济运行的能力。
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