基于故障树的智能电网调度防误操作拓扑分析.pdf

基于故障树的智能电网调度防误操作拓扑分析陈天宇,孙仪,田跃军,李进昌,宋智伟,夏卫国(国网安徽省电力有限公司,安徽 合肥 )摘要:在智能电网调度防误操作拓扑分析过程中,当电网结构改变时,需要实时修正的内容会突然增加,严重影响分析效率,分析方法的工作效率需要进一步提高.针对该问题,提出基于故障树的智能电网调度防误操作拓扑分析.利用故障树技术中的各类符号描述不同的调度操作,在故障树中设定优先级,将调度操作的各项数据保存到故障树的叶节点中,并在各个节点之间建立起联系,根据优先级的高低处理不同的节点数据,完成对调度防误操作的诊断,同时利用电网的设备信息建立调度防误操作知识库,将其与诊断结果相结合,完成对智能电网调度防误操作的拓扑分析.实验结果表明提出的分析方法在不同操作环境下数据对接速度快、分析计算收敛速度高,整体工作效率得到了提升.关键词:故障树;智能电网;调度操作票;防误操作;拓扑分析中图分类号:TM D O I:/j c n k i d g j s T o p o l o g i c a lA n a l y s i so fS m a r tG r i dD i s p a t c h i n gA n t i m i s o p e r a t i o nB a s e do nF a u l tT r e eA n a l y s i sCHE NT i a n y u,S UNY i,T I ANY u e j u n,L I J i n c h a n g,S ON GZ h i w e i,X I A W e i g u o(S t a t eG r i dA n h u iE l e c t r i cP o w e rC o,L t d,H e f e i ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h ep r o c e s so ft o p o l o g ya n a l y s i sf o ra n t i m i s o p e r a t i o no fs m a r tg r i dd i s p a t c h i n g,w h e nt h eg r i ds t r u c t u r ec h a n g e s,t h ec o n t e n tt h a tn e e d sr e a l t i m ec o r r e c t i o ns u d d e n l yi n c r e a s e s,w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t st h ea n a l y s i se f f i c i e n c y,a n dt h ew o r ke f f i c i e n c yo f t h ea n a l y s i sm e t h o dn e e d s t ob e f u r t h e r i m p r o v e d T os o l v e t h i sp r o b l e m,a f a u l t t r e ea n a l y s i sb a s e da n t im i s o p e r a t i o nt o p o l o g ya n a l y s i sf o rs m a r tg r i dd i s p a t c h i n gi sp r o p o s e d V a r i o u ss y m b o l s i nf a u l tt r e ea n a l y s i st e c h n o l o g yw e r eu s e d t od e s c r i b ed i f f e r e n t s c h e d u l i n go p e r a t i o n s P r i o r i t i e sw e r e s e t i n t h e f a u l t t r e e,t h ed a t ao f s c h e d u l e do p e r a t i o n sw a ss a v e dt ot h el e a fn o d e so f t h ef a u l t t r e e,a n dc o n n e c t i o n sw e r ee s t a b l i s h e db e t w e e nt h en o d e s D i f f e r e n tn o d ed a t aw e r ep r o c e s s e da c c o r d i n gt ot h ep r i o r i t yl e v e l,a n dt h ed i a g n o s i so fs c h e d u l i n ge r r o rp r e v e n t i o no p e r a t i o nw a sc o m p l e t e d A t t h es a m e t i m e,t h ee q u i p m e n t i n f o r m a t i o no f t h ep o w e rg r i dw a su s e dt oe s t a b l i s ht h ek n o w l e d g eb a s eo fd i s p a t c h i n ga n t i m i s o p e r a t i o n,a n dt h e t o p o l o g i c a l a n a l y s i so f t h ea n t i m i s o p e r a t i o no f s m a r tg r i dd i s p a t c h i n gw a sc o m p l e t e db yc o m b i n i n g i tw i t ht h ed i a g n o s t i cr e s u l t s T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a t t h ep r o p o s e da n a l y s i sm e t h o dh a df a s td a t ad o c k i n gs p e e d,h i g ha n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o nc o n v e r g e n c es p e e du n d e rd i f f e r e n to p e r a t i n ge n v i r o n m e n t s,a n d i m p r o v e dt h eo v e r a l lw o r ke f f i c i e n c y K e yw o r d s:f a u l t t r e e;s m a r tg r i d;d i s p a t c h i n go p e r a t i o nt i c k e t;a n t im i s o p e r a t i o n;t o p o l o g i c a l a n a l y s i s收稿日期:作者简介:陈天宇(),硕士,高级工程师,研究方向为电网调度运行;孙仪(),硕士,高级工程师,研究方向为新能源发电,逆变器变换控制技术和电能质量等;田跃军(),硕士,高级工程师,研究方向为电网调度运行;李进昌(),硕士,研究方向为电网调度运行;宋智伟(),硕士,研究方向为电网调度运行;夏卫国(),硕士,研究方向为电网调度运行.引言近些年,随着智能电网的不断建设,在保证电力系统正常稳定运行的情况下,许多地区的变电站逐步实现了远程监控和操作的改造.在调度工作上,逐渐形成了一套新的操作流程,但是调度中心的防误操作工作还存在一些不足,在实际工作上存在多操作任务的混乱与冲突,如何实现调度中心任务全流程的统一和防误是一个有待解决的问题 .随着用电需求的增加,相关业务量也在不断增加,调度上需要处理的数据和指令越来越多,工作人员的工作强度大,误操作隐患愈加明显.对于此类问题,国内外有很多专家学者展开大量研究,在 世纪美国电力机构通过自动化水平的提高,实现了电网调度防误操作的智能化判断,但是这种判断主要用于人员行为,在应用上还存在一些明显的缺陷,直到 世纪,国外一些机构利用大数据技术建立起不同的分析模型,在一定程度上提高了调度防误操作分析的自动化水平.在国内研究中,对电网调度防误操作拓扑分析的研究起步并不晚,早期研究比较重电工技术系统解决方案视变电站内防误、站间防误,对于调度上的防误操作分析还比较薄弱,在具体的操作上存在一些不足.发展到现在,这一情况已经得到了一些转变,研究重点逐渐向调度安全转移,但是调度防误操作的拓扑分析仍然需要大量人力支持,虽然有一些较实用的分析方法,但是面对不同结构的智能电网,分析效率比较低,智能化水平严重不足,这是因为常见的分析方法需要修正的内容比较多,为了保证分析效果,往往需要大量准备工作,需要消耗额外的时间成本.为此,本文提出基于故障树的智能电网调度防误操作拓扑分析,利用故障树的结构特征解决上述常见的分析方法中存在的问题.智能电网调度防误操作拓扑分析 基于故障树的防误操作诊断故障树中包括始终不同的符号,分别是与门、或门、基本事件和中间事件,在分析智能电网调度防误操作时,利用表示不同意义的符号描述各种事件之间的关系,绘出相应的逻辑关系图,进而确定调度操作是否异常以及可能发生的误操作的概率.建立合适的故障树是分析智能电网调度防误操作的关键,智能电网调度工作是一项复杂的工作,在建立故障树时,设立故障子树,并通过优先级的方式解决故障子树分析的顺序问题.在按照优先级的等级高低分析具体的调度细节和操作细节的同时,以智能电网内设备之间的关系、电气元件之间的关系和各个业务模块之间的关系作为依据,将子树联系到一起,将子树的顶节点作为故障树的叶子节点,将防误操作相关的数据保存到节点中.在拓扑分析过程中,将故障树的每一个故障节点作为调度操作数据的存储节点,由各个节点组成完整的节点知识链表存放在故障树中.故障树以及各个节点的数据存储结构见表.表故障树以及树节点数据结构故障树项目类型树节点项目类型I DS t r i n gI DI n tN a m eS t r i n gC o d eS t r i n gD e s c r i b eS t r i n gN a m eS t r i n gP r i o r i t yI n tP a r c o d eS t r i n gN o d e sL i s t n o d e T y p eE n u mE v e n t_I DS t r i n g表中,P a r c o d e表示父节点,E v e n t_I D表示事件编号,P r i o r i t y表示优先级,T y p e表示门类型.在一个完整的故障树中I D可以表示一个唯一的故障树节点,事件编号主要用于分析电网中发生的事件对应着数据库中的哪一个事件编号.当面对不同结构的电网时,只需要根据唯一I D、事件编号和逻辑门的类型即可完成故障树的修正,实现针对性的防误操作拓扑分析.故障树建立完成后,即可分析出可能发生事件的概率,若所有基本事件都发生,则相应的顶事件必然发生.在拓扑分析中,如果出现一个调度误操作事件,那么说明相应的底部数据均发生了异常.由此可知,在诊断不同的操作事件时,需要找到故障树的全部底层数据,但是这样直接分析需要大量的计算资源来支持,为了节省计算资源,减轻计算复杂度,需要采取一定方法求取最小逻辑集合.以与门和或门作为逻辑基础,利用布尔公式计算,具体表示为:AAAA()AAAAAA()(A)A()A(AA)AAABA()以上个公式分别表示互补率、幂等率、对合率以及吸收率,其中A和B表示不同的基本事件.通过上述过程即可计算出各个事件的发生概率,从而确定调度事件的性质,提前判断误操作.建立调度防误操作知识库智能电网调度防误操作拓扑分析与电网内的一次设备、电气元件相关,在具体分析过程中,以整个电网模型作为基础,建立调度防误操作知识库,结合故障树的多个树节点,通过物元表达方法构建知识库.调度操作知识库具体内容如图所示.图调度操作知识库图中,关系状态单元是根据电网内各个元件之间的关系构建的,操作过程知识单元是根据调度操作所需设备的操作顺序和流程确定的,与设备的初始状态和目标状态相关.将以上内容与防误操作诊断结果相结合,实现电网调度防误操作拓扑分析.防误操作拓扑分析在防误操作拓扑分析过程中,利用故障树对操作环境进行一个初步的判断,判断其是否需要进行拓扑分析,确定需要后再结合防误操作知识库进行防误操作拓扑分析,系统解决方案电工技术 得到最终的分析结果.考虑到智能电网内各个设备单元都具有可扩展性,可以通过发散得到相关设备集合.此时,将设备功能类型作为特征,将发散结果形成区域,求解出设备的特征边界区域.整个求解过程主要以设备为中心,以拓扑连接关系为依据,在特征边界区域内展开搜索,其逻辑核心是设备特征判断节点.在求解完成后,所形成的目标边界就是与知识库对应的防误操作.如果在电网模型中存在很多电气间隔,并且同一种电气间隔内有多个开关单元和外部电气设备,那么这些结构组成了一个分段电路.每一种防误操作对于分段电路来说都是一种扰动,在对防误操作进行拓扑分析时,可根据分段电路的状态变化,直接判断操作是否满足防误要求.根据这一特点,可将这些相关数据保存到故障树的叶节点中,用于分析不同电网结构下的防误操作.在调度防误操作知识库的基础上,故障树的叶节点中也可以保存不同数据,能够为拓扑分析提供逻辑判断.实验研究在智能电网调度防误操作拓扑分析过程中,在数据与调度中心的对接上存在一些不足.为了验证提出的基于故障树的分析方法是否存在这一不足以及实际应用水平,以常见的分析方法作为目标,设计对比实验.实验中,以某地区的智能电网调控系统作为辅助,采用S O P流程管理调度操作票,根据当前电网运行数据以及方式,模拟真实的智能电网正常调度情况,以自动成票过程对电网进行模拟计算,完成校核.之后,设计种不同的操作任务:一种为正常情况下的操作任务;另一种是电网存在故障的操作任务.调度员根据电网运行情况编写调度操作票,写票完成后进行操作预演,发布预令,通过调度数据网传输调度预令,实现数据对接、指令流转,调度操作票执行完毕后,归档处理.对于上述内容中的电网故障,以历史数据中的双重故障为例,电网调度收到的故障信息见表.表电网故障信息序号告警信息母差保护(主保护母线)右侧断路器跳闸左侧线路主保护左侧线路光纤差动保护通信异常序号告警信息断路器跳闸线路左侧近后备保护断路器跳闸断路器控制电源失电断路器通信异常按照上述内容模拟种实验环境,分别使用基于数据挖掘的分析方法、基于图形建模的分析方法以及提出的分析方法处理上述过程,分析智能电网调度防误操作.在完成分析后,利用计算机统计出各个分析方法的数据对接速度以及计算收敛速率.经过计算机的简单处理和计算,得到的实验结果见表、表.表智能电网正常运行下实验结果分析方法调度阶段数据对接速度/(MB/s)计算收敛速度/(MB/s)基于数据挖掘的分析方法校核阶段 写票阶段 指令流转阶段 基于图形建模的分析方法校核阶段 写票阶段 指令流转阶段 提出的分析方法校核阶段 写票阶段 指令流转阶段 从表可以看出,在智能电网正常运行情况下,基于数据挖掘的分析方法和基于图形建模的分析方法在不同调度阶段的数据对接速度比较慢,分析计算过程中的收敛速度也比较慢,而提出的拓扑分析方法在不同调度阶段的数据对接速度快,分析计算收敛速度在 MB/s以内,说明整体分析效率高,应用性能好.表智能电网存在故障条件下实验结果分析方法调度阶段数据对接速度/(MB/s)计算收敛速度/(MB/s)基于数据挖掘的分析方法校核阶段 写票阶段 指令流转阶段 基于图形建模的分析方法校核阶段 写票阶段 指令流转阶段 提出的分析方法校核阶段 写票阶段 指令流转阶段 从表可以看出,在智能电网存在故障的情况下,基于数据挖掘的分析方法和基于图形建模的分析方法在不同调度阶段的数据对接速度有明显下降,而提出的分析方法并没有出现这种情况;另外,各个分析方法的分析计算收敛速度与表中结果相差不大,说明故障的存在并不会对收敛速度产生大的影响.综合表和表的实验结果分析可知,提出的基于故障树的智能电网调度防误操作拓扑分析方法收敛速度快、数据对接速度快,在实际应用上,整体分析效率优于常见的分析方法.结语本文以智能电网调度防误操作的拓扑分析作为研究重点,在大量文献资料的支持下,将故障树技术应用到电网调度防误操作拓扑分析中,进一步提高了对操作数据的处理能力,为智能电网的稳定运行提供了一定技术支持.为了进一步验证提出的分析方法的使用效果,在方法设计完成后,以常见的分析方法作为参考,设计了大量对比实验,模拟了电网正常运行和存在故障的情况,实验结果证明了提出的基于故障树的分析方法能够满足实际工作的效(下转第 页)电工技术系统解决方案图一送二方式换流站B投入过程仿真结果图优化后极投入时序示意图从仿真结果可以看出,极投入命令下达后,换流站A移相,相应H S S开关合闸后,换流站B即释放脉冲,换流站A收到使能信号后取消移相,直流电压、电流重新建立.换流站B释放脉冲前,极母线上无直流电压,符合预期效果.结语本文从三端高压直流输电系统典型并联L C C电气接图优化时序后极投入过程R T D S仿真结果线特点分析了直流偏置电压产生的原理,结合工程实践中一起解锁不成功案例,探讨了直流偏置电压对换流阀解锁启动过程的影响,进一步研究从三站解锁时序入手,消除直流偏置电压的措施,提出了可行性方案.同时,基于相同的原理,分析了三端直流输电系统第三站在线投退控制策略,提出时序优化方案,通过仿真论证了优化效果.参考文献 邓珂琳高压直流分断技术在多端高压直流输电系统中的应用研究D北京:北京交通大学,李兵石永立王秋阳,等云贵互联工程高坡换流站直流滤波器改造研究J电工技术,():李志平,洪潮,靳巩磊,等高压直流换流器解锁启动原理及工程验证J南方电网技术,():侯谭松,郭天炜,贺强三端直流换流站汇流母线区顺控策略研究J机电信息,():(上接第 页)率需求,该分析方法的工作效率较常见的分析方法有明显提升.虽然本文在调度防误操作拓扑分析的研究上有一些成果,但是还有进步的空间,例如调度操作票的格式和数据属性不符合常用格式,或者调度数据缺乏完整性等问题.在后续研究中,将针对以上问题展开更深层次的研究,从根本上解决问题,完善电网防误操作分析内容.参考文献 史玉良,张坤,荣以平,等智能电网系统中费控服务的优化调度研究J计算机学报,():余文辉,尹立彬,梁耀文雾计算在智能电网需求调度中的应用J计算机工程与设计,():郑逸凡,周赣,傅萌,等基于图形处理器加速的电网全网拓扑分析算法J电力自动化设备,():张亮,屈刚,李慧星,等智能电网电力监控系统网络安全态势感知平台关键技术研究及应用J上海交通大学学报,(S):王永明智能电网调度控制系统的二次设备防误技术J电力系统自动化,():肖彦娟,丁坚勇基于故障树的电气主接线可靠性及薄弱环节分析J电测与仪表,():唐鹤,陈锦荣考虑线路运行状态的智能电网调度自适应控制研究J电网与清洁能源,():系统解决方案电工技术