基于实时与潜在因素的低压台区综合风险评估方法研究

引言

低压配电台区是配电网的最底层单元,是智能配电网建设的关键元素,但相较于中压配电网而言,低压配电网运行风险一直缺乏有效的管控手段。随着电网运行要求、供电服务需求的不断提高,供电企业对低压配电台区的运维手段也提出了更高的要求,亟需利用科学的方法、智能化的技术支撑运行风险的管控。目前,低压配电台区已安装有各种类别的监测设备,包括用电信息采集类、配网精益运维类、多元化负荷监测类等,但由于各类监测设备硬件独立、软件固化,扩展性、灵活性较差,造成设备分散化、采集重复化、管控复杂化,对设备运维、建设成本带来较大压力,且不利于台区运行信息综合评估分析,难以基于风险辨识需要重点关注运维的低压台区。因此,建立一种基于多要素协同分析的低压台区风险评估方法,搭建智能风险管控系统已成为追切需求。

现阶段,配电网综合风险评估主要从配电网运行风险评估和配电网结构风险评估两方面进行。

在配电网运行风险评估方面,文献采用配电网状态连续采样法模拟其运行故障,确定风险等级:文献综合考虑了继电保护、自注入和甩负荷运行的影响,提出了包含变化过程的电网运行风险评估方法:文献从配电网故障风险概率和事故后果两个方面构建了配电网运行风险指标,并对设备故障风险进行了分类:文献在效用原理的基础上搭建风险评估平台,运用层次分析法对配电网运行风险进行加权计算,确定风险等级。在配电网结构风险评估中,文献提出了一种以符号动力学为基础的配电网结构模型:文献实现了配电网拓扑结构对配电网风险影响的综合分析。为了从配电网运行风险和配电网结构风险两个方面全面开展风险评估,文献构建了综合配电网设备、运行和电网结构的风险计算模型,并利用信息嫡理论提供了对风险的综合评估:文献提出了基于分区域的故障权重算法,对配电网的抗灾变性实施评估:文献综合事故转供方案和运行风险来计算配电网网架结构风险,利用运行风险和网架风险计算值的乘积来确定整体风险定级。上述文献均针对的是输电网的风险状况或中压配电网,对于低压配电网的风险评估尚未见系统性分析及研究。

结合上述研究,本文针对低压台区运行风险的影响因素,提出了一种基于实时与潜在因素协同考虑的低压台区综合风险评估方法,低压台区的风险等级系统是通过运行时的故障可能性和潜藏的故障两个方面因素搭建起来的,以运行风险来反映低压台区当前运行状态下的风险水平,以潜在风险反映低压台区结构方面影响故障后的风险水平,并结合风险量化值的计算以及风险等级的划分确定低压台区综合风险水平。

1低压台区风险评估的指标体系

低压电网的安全功能即增强在低压条件下防止电路电流不通的能力,达到不间断供电的效果。它涉及低压配电网当前运行状态和突然性故障,因此在进行风险评估指标体系设计时,既需考虑当前时刻台区设备存在运行的电网实时风险因素,又应考虑台区发生故障后潜在的电网损失风险因素,故本文基于低压配电网的实时运行风险因素和故障潜在风险因素两个方面考虑,分别定义了风险指标,通过运行风险来反映低压台区当前设备运行状态下的风险水平,通过潜在风险来反映低压台区结构方面存在的故障损失。

低压台区风险评估指标体系如图1所示。

1.1运行风险评估指标体系

运行风险影响因素是指低压台区设备当前运行状态下的风险水平,取决于设备运行异常的状况。体系构成主要包括低压台区设备最高负载率、三相不平衡度及用户低压持续时间三个指标,其具体定义如下:

1.1.1设备最高负载率

该指标反映在一定评估周期内低压台区的配变出现重载或过载状态的最严重情况,按照配变中负载率最高的值来衡量,该指标记为Rsys1。

1.1.2设备三相不平衡度

该指标反映低压台区三相平衡的程度,取电流、电压的负序基波分量与正序基波分量的均方根百分比表示,该指标记为Rsys2。

1.1.3用户低压持续时间

该指标反映低压台区中用户出现低电压状态的持续程度,覆盖到全部用户在低压下的用电时间,该指标记为Rsys3。若某个用户由低压状态变为电压正常状态,则记录该持续时间并重新开始计时。

1.2潜在风险评估指标体系

潜在风险影响因素是指低压台区发生故障后可能导致的配电网损失。体系构成主要包括低压台区故障后能量损失率、用电时户数损失率及重要用户损失三个指标,其具体定义如下:l.2.l故障后能量损失率

该指标反映发生低压台区故障后电网的能量损失情况,能量损失是由损耗的功率大小和持续的时间两个方面计算得出的,该指标记为Rpotl。

1.2.2故障后用电时户数损失率

用电时户数损失率是指低压网路崩溃后网路中客户流失的情况,可以通过故障后用户数的损失及故障时间来确定,该风险指标记为Rpot2。

1.2.3故障后关键用户流失

由于电网故障后,对关键客户的影响相对一般家庭客户影响较大,所以应十分关注发生故障时关键用户是否受到了影响,是否造成了极大的经济损失。必须将关键客户的损失当做单独的因素来考虑,定性关键客户的停电状态,要依据其停电的具体情况,用Rpot3来表示。

2低压台区风险评估算法

2.1低压台区风险值计算

本文将影响配电网低压站区的风险因素分为正在工作风险和背后风险两部分。利用所建低压站区的风险值计算,得到配电网低压智能站区的综合风险值,并确定与风险值相对应的风险等级。

运行风险反映了低压配电网运行状态下的当前风险水平,因此,每个操作风险系统指标初值的概率应为l。操作风险指标选择说明如前一节Rsysl~Rsys3所述,仅考虑操作风险的最终计算结果,即低压配电网当前风险指标值。

操作风险值的计算方法如下:

首先分别计算风险指标Rsysl~Rsys3的风险量化值,记为Al~A7,再利用以下公式计算出平均运行风险值:

式中,RsYsA为运行平均风险值:Ai为风险指标Rsysi的风险量化值:αi为风险指标Rsysi的权重,且满足

αi可以通过如下公式计算其权重:

式中,αi′为给定的第i个运行风险指标的初始权重,可以利用层次分析法确定,也可以直接指定大小:αi为第i个运行风险指标经过修正后的权重:β为均衡系数,取值在0到l之间,本文中取β=0.5。

然后利用下式计算运行最高风险值(即运行风险指标中风险最大的指标对应的风险量化值):

式中,RsYsM为运行最高风险值。

运行风险的最终计算值如下,

式中,Rl、R2分别为运行风险平均值的权重及最高运行风险的权重。

同理,可以计算出潜在风险的风险值,标记为RGRI。

结合操作风险值和背后风险值的计算结果,可以计算出低压站区的综合风险量化值。由于操作风险值和潜在风险值水平应相似,且对同一低压站区具有一定的相关性,因此,有必要采用对数综合法计算低压站区综合风险量化值Rcom:

式中,θl和θ2为RsYs和RGRI的权重,且满足θl+θ2=l,其大小用数学的方法也可以直接赋予。

2.2低压台区风险定级

本文依照计算综合风险值的大小,将风险划分为一级、二级、三级三个风险等级,其中,一级风险表示最危险,三级风险以下表示危险最小。具体的低压台区风险定级如表l所示,风险值越大,则低压台区运行情况越好。

3算法在低压台区智能风险管控中的应用

本文提出的基于实时和潜在影响因素的低压台区综合风险评估方法,已结合茂名供电局模块化农村低压智能台区的建设,开展低压台区智能风险管控模块应用的开发。应用以模块化传感器为信息采集节点,以智能配变终端为数据汇集和边缘计算核心,精准获取三相不平衡、低电压等台区运行风险要素,以主站为数据分析处理中心,结合自动辨识低压台区网络拓扑、故障及异常综合研判技术,确定低压台区故障后能量损失、时户数损失等潜在风险因素:同时,应用基于本文所提算法获取低压台区综合风险值,能够有效支撑低压台区的运维风险管控。

4结语

为提升低压台区的运维管理水平,实现对台区风险水平全面而准确的评估,本文提出了综合考虑实时运行风险和潜在影响因素的低压台区风险评估算法,采用风险分级和风险量化的方法来表示低压站区的风险等级,定性表示和定量表示相结合,有利于风险等级的可视化显示,同时也方便了配电网运行维护人员和管理人员得到低压站区的风险信息,制定精准的运维策略、有效的运维措施,提升低压配电网的智能运维水平。