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)建設的關鍵元素,但相較于中壓配電網(wǎng)而言,低壓配電網(wǎng)運行風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,亟需利用科學的方法、智能化的技術支撐運行風險的管控。目前,低壓配電臺區(qū)已安裝有各種類別的監(jiān)測設備,包括用電信息采集類、配網(wǎng)精益運維類、多元化負荷監(jiān)測類等,但由于各類監(jiān)測設備硬件獨立、軟件固化,擴展性、靈活性較差,造成設備分散化、采集重復化、管控復雜化,對設備運維、建設成本帶來較大壓力,且不利于臺區(qū)運行信息綜合評估分析,難以基于風險辨識需要重點關注運維的低壓臺區(qū)。因此,建立一種基于多要素協(xié)同分析的低壓臺區(qū)風險評估方法,搭建智能風險管控系統(tǒng)已成為追切需求。

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

在配電網(wǎng)運行風險評估方面,文獻采用配電網(wǎng)狀態(tài)連續(xù)采樣法模擬其運行故障,確定風險等級:文獻綜合考慮了繼電保護、自注入和甩負荷運行的影響,提出了包含變化過程的電網(wǎng)運行風險評估方法:文獻從配電網(wǎng)故障風險概率和事故后果兩個方面構建了配電網(wǎng)運行風險指標,并對設備故障風險進行了分類:文獻在效用原理的基礎上搭建風險評估平臺,運用層次分析法對配電網(wǎng)運行風險進行加權計算,確定風險等級。在配電網(wǎng)結(jié)構風險評估中,文獻提出了一種以符號動力學為基礎的配電網(wǎng)結(jié)構模型:文獻實現(xiàn)了配電網(wǎng)拓撲結(jié)構對配電網(wǎng)風險影響的綜合分析。為了從配電網(wǎng)運行風險和配電網(wǎng)結(jié)構風險兩個方面全面開展風險評估,文獻構建了綜合配電網(wǎng)設備、運行和電網(wǎng)結(jié)構的風險計算模型,并利用信息嫡理論提供了對風險的綜合評估:文獻提出了基于分區(qū)域的故障權重算法,對配電網(wǎng)的抗災變性實施評估:文獻綜合事故轉(zhuǎn)供方案和運行風險來計算配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構風險,利用運行風險和網(wǎng)架風險計算值的乘積來確定整體風險定級。上述文獻均針對的是輸電網(wǎng)的風險狀況或中壓配電網(wǎng),對于低壓配電網(wǎng)的風險評估尚未見系統(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)綜合風險評估方法,低壓臺區(qū)的風險等級系統(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,以運行風險來反映低壓臺區(qū)當前運行狀態(tài)下的風險水平,以潛在風險反映低壓臺區(qū)結(jié)構方面影響故障后的風險水平,并結(jié)合風險量化值的計算以及風險等級的劃分確定低壓臺區(qū)綜合風險水平。

1低壓臺區(qū)風險評估的指標體系

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)當前運行狀態(tài)和突然性故障,因此在進行風險評估指標體系設計時,既需考慮當前時刻臺區(qū)設備存在運行的電網(wǎng)實時風險因素,又應考慮臺區(qū)發(fā)生故障后潛在的電網(wǎng)損失風險因素,故本文基于低壓配電網(wǎng)的實時運行風險因素和故障潛在風險因素兩個方面考慮,分別定義了風險指標,通過運行風險來反映低壓臺區(qū)當前設備運行狀態(tài)下的風險水平,通過潛在風險來反映低壓臺區(qū)結(jié)構方面存在的故障損失。

低壓臺區(qū)風險評估指標體系如圖1所示。

1.1運行風險評估指標體系

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

1.1.1設備最高負載率

該指標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)的最嚴重情況,按照配變中負載率最高的值來衡量,該指標記為Rsys1。

1.1.2設備三相不平衡度

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

1.1.3用戶低壓持續(xù)時間

該指標反映低壓臺區(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潛在風險評估指標體系

潛在風險影響因素是指低壓臺區(qū)發(fā)生故障后可能導致的配電網(wǎng)損失。體系構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,其具體定義如下:l.2.l故障后能量損失率

該指標反映發(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,該風險指標記為Rpot2。

1.2.3故障后關鍵用戶流失

由于電網(wǎng)故障后,對關鍵客戶的影響相對一般家庭客戶影響較大,所以應十分關注發(fā)生故障時關鍵用戶是否受到了影響,是否造成了極大的經(jīng)濟損失。必須將關鍵客戶的損失當做單獨的因素來考慮,定性關鍵客戶的停電狀態(tài),要依據(jù)其停電的具體情況,用Rpot3來表示。

2低壓臺區(qū)風險評估算法

2.1低壓臺區(qū)風險值計算

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

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

操作風險值的計算方法如下:

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

式中,RsYsA為運行平均風險值:Ai為風險指標Rsysi的風險量化值:αi為風險指標Rsysi的權重,且滿足

αi可以通過如下公式計算其權重:

式中,αi′為給定的第i個運行風險指標的初始權重,可以利用層次分析法確定,也可以直接指定大小:αi為第i個運行風險指標經(jīng)過修正后的權重: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險值(即運行風險指標中風險最大的指標對應的風險量化值):

式中,RsYsM為運行最高風險值。

運行風險的最終計算值如下,

式中,Rl、R2分別為運行風險平均值的權重及最高運行風險的權重。

同理,可以計算出潛在風險的風險值,標記為RGRI。

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

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

2.2低壓臺區(qū)風險定級

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

3算法在低壓臺區(qū)智能風險管控中的應用

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,開展低壓臺區(qū)智能風險管控模塊應用的開發(fā)。應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,精準獲取三相不平衡、低電壓等臺區(qū)運行風險要素,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)絡拓撲、故障及異常綜合研判技術,確定低壓臺區(qū)故障后能量損失、時戶數(shù)損失等潛在風險因素:同時,應用基于本文所提算法獲取低壓臺區(qū)綜合風險值,能夠有效支撐低壓臺區(qū)的運維風險管控。

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)風險水平全面而準確的評估,本文提出了綜合考慮實時運行風險和潛在影響因素的低壓臺區(qū)風險評估算法,采用風險分級和風險量化的方法來表示低壓站區(qū)的風險等級,定性表示和定量表示相結(jié)合,有利于風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)的風險信息,制定精準的運維策略、有效的運維措施,提升低壓配電網(wǎng)的智能運維水平。