电力应急管理中的综合预测预警技术

电力应急管理中的综合预测预警技术

孙玉玮薛美益

（国网南通供电公司226000）

摘要：电力能源是国家的主要经济命脉之一，一旦发生大面积停电事故将引起社会恐慌，因此政府和各级电网公司对其极为重视，纷纷将电力应急管理平台的建设作为提升电力系统预防处置大面积停电事故的重要手段。

关键词：电力应急管理；平台定位；模型

1.前言

电力应急管理中预测预警系统的构建需要具备电网安全评估、设备受损预报、停电事故预测以及预警信息发布等功能，保证电力系统在遭遇灾害性破坏时能够最大限度减少受侵害程度。

2.电力应急管理平台定位

2.1电力应急管理平台概念

电力应急管理平台是以公共安全理论为基础，利用现代信息技术、通信技术、电力系统分析与控制技术，为了应对电力生产重特大事故、设备破坏、电力供应危机、与电力生产相关的严重自然灾害影响等重大突发事件以及公共安全事件而建设的具有应急信息采集与管理、应急值守、预测预警、调度指挥、辅助决策、电子预案、资源管理、演练评估、信息发布等应急管理功能的技术保障系统。电力应急管理平台是电力应急所需要的软硬件的统一体，是整个应急过程的统一信息支撑平台，它不一定都是新开发的，也不一定是信息源和信息的维护者，但是应急管理所需要的信息及信息展示是统一完整的，是经过充分整合的系统。

2.2电力应急管理平台与电网调度系统的关系

电力应急管理平台为电力应急管理提供全方位的技术支持，不但支持电网大面积停电的应急处理，而且还支持其他应急处理。在电网大面积停电的应急处理过程中，电力应急管理平台支持危险源监测监控、预测预警、应急指挥、事故抢险、社会应急救援、后期处置以及应急保障、演练培训、应急信息组织与发布等工作。电网调度的首要任务是保障电网安全、稳定、正常运行和对电力用户安全可靠供电。电网调度的另一重要任务是保证电能质量，保持频率、电压、波形合格。

电力应急管理平台和电网调度系统在应急指挥调度中所起的作用是不一样的，是全局和局部的协作关系；电力应急管理平台并不能取代电网调度系统的职责，它重点在危险源监测监控、预测预警、应急指挥、事故抢险、社会联动及应急保障、应急信息发布的组织等；电网恢复的具体指挥工作由电网调度系统负责，电网调度系统将电网恢复进展情况快速传送给电力应急管理平台，为应急指挥服务。

由于电网物理系统是可测可控的，负责电网安全、优质和经济运行的电网调度中心通过静态模型与动态数据相结合的各种高级应用软件，分析解决电网的有关问题。但属于灾变性质的突发事件涉及到控制/通信系统失灵、人为错误、电力市场竞争、自然灾害、蓄意破坏等自然和社会因素，既复杂又难于测控，需采用知识工程（如预案、事例检索等）来取代静态模型与动态数据相结合的精确解。

除大面积停电应急处置以外，电力应急管理平台还支持流域防洪及大坝安全应急、重大建设工程项目安全应急、社会应急联动、应急培训和应急演练等工作。电力应急管理平台取得相应数据后，可以进一步对其分析处理，为应急辅助决策服务。

图1预警系统的功能

3.综合预测预警模型

本节提出的综合预测预警模型如图2所示。

图2电力系统综合预测预警模型

在紧急状态下，该模型以保证系统安全运行为目标，以停电造成的损失最小为原则，提出相应的预防和紧急控制策略。该模型在电力应急管理平台中由事件触发器调用，也可以人工激活。它在考虑电力系统发生大面积停电事故的同时，也在一定程度上考虑了调度员的应急反应。其基本流程如下。

3.1根据自然灾害的变化修改网络模型。很多灾害可以作为触发事件来启动模型。当有事件发生时，模型才被调用，模型不参与电网的日常运行。

3.2按一定的概率开断电气设备。由于各电气设备在选型时都具备抗击一定灾害的能力，因此可以定义各种设备在不同等级灾害条件下的受损概率。如果在某种灾害条件下某个设备的故障概率大于设定的概率阈值T，则认为该设备在此情况下受损并退出运行。据此可以预测相关灾害引起的线路故障，从而形成新的电网拓扑结构。统计灾害过后系统的负荷水平、发电机组情况和线路容量情况。

3.3判断切断故障设备后是否产生孤岛。若产生了2个以上的孤岛则进入步骤4，若无孤岛产生则进入步骤5。

3.4计算各个孤岛的负荷量和发电装机容量。根据电网的负荷水平，设定负荷的阈值M，认为小于M的负荷量对系统的影响不大。对每个负荷量大于M的孤岛进入步骤5。对于负荷量小于M的孤岛，若装机容量大于负荷量，则认为该孤岛不会损失负荷；若装机容量小于负荷量，则将负荷量与装机容量的差值近似为损失负荷量。

3.5安全评估与应急调度。当负荷水平超过发电容量或超出网络传输的承载能力时，电网运行在不安全的状态，必须采取控制措施，使线路传输功率稳定在允许的范围内。电网必须运行在一定的约束条件下，主要包括潮流约束、电压约束、发电机出力约束和线路容量约束。如果这些约束条件都满足，就可以认为系统运行在一个可以接受的状态。如果电网在某些灾害条件下其最优潮流仍然可以收敛，表明电网可以通过改变发电模式避免突破电网的运行约束。因此，这一步在具体实现上可以采用求解最优潮流的办法。若最优潮流收敛，说明通过调度能够避免停电事故，进入步骤7；若最优潮流不收敛，说明系统不能安全稳定运行，进入步骤6。

3.6紧急切负荷措施。在电力系统遭受破坏而危害到系统的安全运行时，可以采取紧急切负荷措施使系统稳定下来，避免事故进一步扩大。在采取紧急切负荷措施时，应当尽量争取减小负荷损失。这个问题可以通过求解下面的优化问题来解决。

4.电力预测预警系统模型的几点讨论

4.1本文关于预测预警模型的建立采用的最优潮流评估系统安全性，这主要是因为这一方法既能够准确获悉系统是否有安全运行的可行域存在，同时也能够通过对调度过程的模拟从根本上满足应急管理平台对于突发公共事件的处理要求。其实针对电网安全性评估的方法还有其他，评估方法的选择对于电网本身的安全运行至关重要。

4.2从电力系统紧急控制措施的形式分析，除了本文中提到的切负荷方法外切机、解列等形式也同样能够达到保障电力系统安全运行的目的，这是后续研究需要关注的方面。

4.3针对电力系统预测结果的处理理应根据灾害变化和事故发展而发生改变，由此可见对于电力应急平台预测预警系统的构建应当表现为循环反复的过程。

4.4对于电网灾害预测而言可能存在着诸多不确定的因素，紧急情况下还需要考虑到数据不准确或是数据无法获得的问题，大量简化电力系统特性其实并不可取，这与电力系统停电情况的准确预测有着必然联系。本文中采用的最优切负荷算法实际上是假定各项系统参数信息都可以被获得，忽略了对启发式算法的考虑。简而言之，针对停电范围的预测可采用不同甚至是多种方法同时展开，对各种不同结果进行整合之后便可得到所需要的预测信息，从防灾需求等方面考虑，对应的预测结果应当略微保守。

5.结束语

总之，针对我国电力系统的特点，建立了基于最优切负荷问题的电力系统综合预测预警模型。该模型考虑了自然灾害对电力系统的影响，可以模拟调度员的应急调度手段。

参考文献：

[1]卢强，梅生伟.面向21世纪的电力系统重大基础研究[J].自然科学进展，2017，10（10）：870-876.

[2]田世明，陈希，朱朝阳，等.电力应急管理平台研究[J].电网技术，2016，32（1）：26-30.