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关键词 灰色模型;残差改进;神经网络
中图分类号:TP393.08 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2014)08-0132-04
Application of Network Security Forecast based on Improved Grey Model for Electric Power Industry//GUO Zhengwei, MA Wenlong , HAO Jing
Abstract The paper suggests a new forecasting model for the network security-related problems in the power industry to remedy the shortcomings of the traditional ones which fail to reflect the industry’s overall conditions and cannot accurately predict. The sample data is collected by analyzing the events concerning the network security. Then AHP (analytic hierarchy process) is applied to set up an indicator system to evaluate those data and form a sequential distribution of exceptional values. Based upon that, GM (Grey Model) is introduced to comprehensively predict the conditions of the industry’s information security, and then the prediction results are modified by using artificial neural network method. The simulating tests have also been carried out to prove that the proposed model with improved GM as the basis is viable and valid.
Key words grey model; error improvement; artificial neural network
1 引言
随着电力行业信息化建设水平的不断提高,部门之间信息交换愈加频繁,网络安全问题日益突出,为行业信息化工作的深入开展埋下了诸多隐患。并且作为重点行业,用户核心业务及敏感数据的安全保护,生产大区与信息大区分布范围较广但信息交换日益增多,网络结构受地区限制而差异较大,网络结构复杂等诸多因素决定了行业网络安全方面的特殊性。因此,针对行业特点,人们提出许多技术措施和管理手段。
但是由于网络安全涉及多个方面的内容[1-12],无法简单地通过某一方面的数据而反映整体网络安全状况,现有网络安全机制出发点在于可视化的网络管理维护、突发事件的应急管理、风险评定等,这些措施加强了网络安全的管理,但是缺乏对网络安全的主动预测,以便提前遏制可能出现的各类安全问题,消除潜在风险。因此,本文通过综合日常运维工作实际与各项考核指标,提出一种基于残差改进GM(1,1)模型的网络安全预测方法。
2 网络安全预测方法与标准
本文所提出的信息风险预测方法,以灾变灰预测[13-14]为基础,从以往的被动防御方式,如防火墙、入侵检测技术等,转换为主动预测的方式,通过对以往网络安全事件发生的统计分析,包括网络安全事件发生的频率、数量[15]、类型以及威胁程度等多个方面,得出原始序列并指定阈值,构造异常序列与时分布映射,通过对时分布序列的GM(1,1)建模,对异常值时分布作预测,使运维管理人员、网络及软件工程师提前采取相应的防范措施,消除风险[16-18]。
在结合信息系统安全评价考核指标与日常运行维护所反映出的主要问题后,选择出重要的样本类型,具体参看图1,确定权重。
3 网络安全预测模型构建
层次分析法 首先将预测参考指标层次化[16],通过相互比较确定各指标对于安全预测的重要程度,构造判断矩阵,而后考察判断矩阵对应于特征根的特征向量是否在容许的范围内,若通过了一致性检验,则再通过层次总排序来决定各个因素的优先程度,即对于网络安全预测的权重值。
GM(1,1)模型及灾变灰预测 如前所述,使用GM(1,1)灰色预测模型,其基本形式为x(0)(k)+az(1)(k)=b,根据此基本形式,可以列出如下两个矩阵:
Y=(x(0)(2),x(0)(3),x(0)(4),……,x(0)(n))T
【关键词】配网;安全管理;分析
1、概述
当前电网迅速扩张,用电客户数量逐渐增多,配网线路错综复杂,用电客户电器操作人员素质参差不齐,配网安全压力增大。为了保障配网工作人员的人身安全和电网安全稳定的运行,电网运营企业应该不断的提高配网安全管理水平。
2、配电网的概念
配电网是指在电力网中起电能分配作用的网络。通常是指电力系统中二次降压变压器低压侧直接或降压后向用户供电的网络。配电网是由架空或电缆配电线路、配电开关类设备、配电所、柱上变压器及配电箱等组成。高压配电电压为110kV、63 kV、35kV,中压配电电压为10(20)kV,低压配电电压为380/220V。
3、目前配网安全管理面临的安全问题
⑴配网基础薄弱
配网基础薄弱主要表现在:一是配网网架薄弱,线路转供能力差。许多线路还没能形成双电源“手拉手”的环网,线路负载重,转供负荷能力差,难以满足“N一1”的运行要求。二是电源点不足,部分线路太长。配网线路基本为单辐射、单回路树干式放射性供电,线路分段点少,分支线长,大多没装隔离保护装置,供电可靠性较低。三是设备装备水平较低,公用配电变压器布点偏少,部分地区公用变过载情况普遍,接地电阻偏高,农村地区低压线路供电半径长,线路末端电压偏低。四是配网防雷能力差,一些处于高雷区的线路雷击跳闸次数占该线路跳闸总数的三成甚至更多,配电变压器也时有因雷击烧坏。
⑵)配网运行环境复杂
①树障和违章建筑影响影响线路运行
在经济作物的种植区域,时有影响配网运行。由于关系到各方利益,线路走廊的清理工作困难极大。另外,线路保护区域内的违章建筑屡禁不止,尤其在建筑期间,脚手架和建筑工器具稍有不慎,就可能触碰到正在运行的配电线路上,危及人身安全。
②外力破坏和人为破坏影响
房地产开发、城镇基础建设的项目较多,时有施工车辆、运输车辆碰线、撞杆,造成倒杆断线事故;一些施工机械在线路旁挖坑取土,也极易引发斜杆、倒杆事故。
③自然灾害多
广东属亚热带气候,暴雨、热带风暴、台风等自然灾害多发,有些运行年限久的配网线路往往难以抵挡强台风的侵袭,几乎每次的台风来临都会使配网设备损失惨重。
④用户用电存在隐患
农田灌溉用电、居民生活用电乱拉乱接,一些农村居民由于安全用电意识不强和受到经济能力限制,乱拉乱接行为屡禁不止。
⑤配网基本建设安全管理任务重
配网项目数量大,点多面广,一些配网施工单位人员技术水平参差不齐,给配网施工安全管理工作带来一定的难度。
4、配网安全管理的方法
⑴优化配网规划,规范配网接线。加强对配网规划的管理,尽量减少配网接线繁乱的情况,加强对用户配网设备的管理,对于接入配网的用户线路,用电管理部门、配网设备管理部门必须严格把关。
⑵推广应用配网自动化等现代科学技术。对配网设备进行更新改造,实现配网自动化,减少人员的现场操作,隔离配网危险源。选用本质安全型设备,例如选用绝缘包裹的配电线路、配网接地闭锁装置,以保障员工在误碰、误动配网设备情况下的人身安全。加强员工个体防护设施的配备,如配备绝缘手套、护目镜等,降低人员在发生触电,高空坠落等情况下的伤害程度。
⑶强化监督管理
各级生产管理人员要全方位履行“管生产必须管安全”的职责,强化配网生产运行、基建,检修和技改等各个方面的安全管理,将工作重点放在“监督在先”上来,继续完善、健全各项安全规章制度,严肃查处不执行规章制度、不履行安全生产职责的行为。要加强生产作业现场的安全管理,提高员工的安全防范意识和对规章制度的执行力度,特别是要对不落实安全措施、技术措施、组织措施就盲目作业的违章行为进行严厉惩处,以杜绝人身伤亡事故的发生。要狠抓违章,提高现场安全监察的精细程度,进一步控制人的不安全行为。从初始环节入手,有效消除引发事故的人员因素,培育相互监督保安全、共同促进反习惯性违章的全员氛围,促进配网安全生产可控、在控能力的持续提高。
⑷加强配网运行维护队伍的建设。电网运营企业要建立一支专业化的配网运行维护队伍,使配网运行维护工作走上专业化发展的道路。加强对配网运行维护队伍的培训,实现业务技能、安全技能专业化。
⑸加强员工的教育培训。要扎实开展安全规章核心制度的宣传培训工作。员工只有在熟悉、理解规章制度的基础上,才能将各项制度真正执行到位。要开展多种形式的安全技能培训,提高员工对危险源的辩识能力,制定和应用危险点预防措施的能力,以及处理险情和自我防护的能力。聘请专业人员做好对员工紧急救护的培训和急救药品的配置工作,提高员工自救、互救能力。
⑹完善人身伤害的现场应急预案,在预案中明确信息报送、现场急救等各个环节,指导现场应急人员能正确实施急救流程。结合实际情况适时开展人身伤害事故的应急演练,检验应急队伍组织、指挥、协调事故处理的能力,检验应急预案体系的完备性、各预案之间的衔接水平和各子预案的正确性、可操作性,检验各级人员对应急预案的掌握程度,在此基础上总结经验,查找问题,促进应急管理上台阶。
关键词:10kV 配电线路;维护;检修;可靠性
Abstract: This paper analyzes the factors of 10kV distribution line fault-prone and circuit reliability, and puts forward some measures for the maintenance and overhaul of 10kV distribution lines, in order to improve the reliability of 10kV distribution line power supply.
Key words: 10kV distribution line maintenance; maintenance; reliability;
中图分类号:TM726 文献标识码:A 文章编号:
10kV配电线路网络结构复杂,容易发生故障,为提高线路的安全性和可靠性,就要加强线路的维护和检修。因此,本文研究了10kV线路的常见故障和影响线路供电可靠性的因素,并提出了有效的维护和检修措施。
1. 10kV配电线路常见故障和影响可靠性的因素
1.1 10kV配电线路常见故障
10kV线路的常见故障有:单相接地、相间短路、断路和倒杆、设备故障停电等。
造成单相接地的主要原因有:第一,气候条件造成单相接地,电气设备遭到雷击会出现单相击穿;第二,线路通道偏窄,线路旁的潮湿树枝易与绝缘子、导线相碰触;第三,与其他线路交叉跨越时引起单相接地;第四,绝缘损坏和外力破坏造成单相接地;第五,导线接头烧断,电源侧导线与大地接触造成单相接地。
造成相间短路、断路的主要原因有:第一,线路遭到雷击,绝缘子发生炸裂,带电导线相互碰触;第二,线路通道偏窄,树枝与导线碰触;第三,线路弧垂过大、导线松弛和线间距偏小,当导线大幅度摆动发生碰线或击穿空气放电;第四,鸟类活动造成相间短路。
造成倒杆主要原因有:第一,特大自然灾害;第二,电杆质量差、杆塔埋深小、拉线和和拉线盘设置不当、杆塔基础没做好。
造成设备出现故障而停电的主要原因有:第一,外力破坏:自然灾害,错误施工,交通事故和盗窃电力设施。第二,变压器故障,变压器故障主要有:线圈绝缘老化和材质变差,硅钢片短路和片间绝缘损坏、变压器接地不良等。
1.2影响供电可靠性的因素
影响10kV线路供电可靠性的主要因素有:预安排停电、线路问题、自然灾害和人为因素。
1.2.1预安排停电
预安排停电指由于据线路改造或检修而有计划地停电。预安排停电主要是为了配网计划施工、用户工程改造、线路检修、市政建设等工程安排的停电。
1.2.210kV配电网的线路问题
10kV配电网的线路问题分为配电网络的结构问题和线路故障两方面。
(一)配电网络的结构问题
10kV配电网络的结构问题主要有:
(1)电源点结构不完善,10kV配网线路上变压器数量过多,一条配电线路上会出现几十个变压器,出现故障时线路大范围停电。(2)10kV配电网结构上有问题,出现接线形式无法满足用户需要,导线截面小、联网面积过大等问题,导致事故发生率高,出现大面积停电。
(二)线路故障
常见的线路故障有:
(1) 设备老化,使用时间过长使线路绝缘体10kV,或者受污染造成污闪导致零序电压,使某些瓷体被击穿形成接地故障。某些接点老化或氧化导致接触不良,出现缺相运行情况,最终造成供电不正常。(2) 线路某相超负荷运行,设备负荷过重,事故发生率升高,出现大面积停电。
(二)自然灾害因素
雷电、台风、洪水、冰雪等自然灾害的会影响到10kV配电网的可靠性,比如,雷电击中配电网使绝缘子爆裂,烧毁配电变压器;洪水会冲蚀杆塔和拉线引起倒杆事故等。
(三)人为因素
人为因素主要是人为破坏和用户原因两方面,人为破坏有:在线路附近栽树造成线路接地、断线和短路;盗窃电力设施;车辆撞击电杆;施工挖断线路等。用户原因有:供配电设备运行环境恶劣,造成设备腐蚀损坏、线路老化,设备发生污闪;企业对线路维护和检修不当。
2.10kV配电线路的维护及检修的措施
要提高10kV配电线路供电的可靠性,需要从技术和管理两个方面着手, 对于10kV配电线路的维护及检修,本文提出以下具体措施:
2.1 维护及检修线路的技术措施
2.1.1促进10kV配电网结构改造
10kV配电线路存在着网架薄弱和结构不合理的问题,所以应适当加快配电网的建设速度,促进环网结构改造。供电可靠性最高的接线方式是环网结构,为提高线路的可靠性,应逐步将供电线路改造成环网结构,并转化成自动化。环网结构联络性强,可对每条线路双电源供电,减少用户数,缩小了故障停电的范围,每段线路中间设置分段开关与重合器,能自动排除分段性故障。配备变压器时,应根据实际负荷选择配电变压器数量,在用电较为集中的工业园区适当减少变压器数量;在线路负荷较小的社区适当增加变压器数量。
2.1.2促进新技术的应用
为提高供电的可靠性,对于新加的线路和电源,采用可靠性较高的设备和采用新技术施工。实施配网自动化,在线路各个分段开关处和分支处安装故障传感器,线路出现故障时,传感器能将故障信号传到监控系统,监控系统能自动判断故障发生区段并进行隔离,缩短寻找和处理故障的时间,保证供电的可靠性。
2.1.3解决线路污闪问题
在污染和树线矛盾突出的线路区段,加装穿墙套管、隔离开关、热缩绝缘管、支柱绝缘子等设备;在断路器室内安装干燥设施防止产生污闪;同时,根据实际情况不断完善污区分级和分布,有序开展摸排和测量工作,提高线路防污闪能力。
2.1.4提高线路抗雷击能力
笔者认为,采取如下措施可加强线路的防雷工作:采用瓷横担提高线路的抗雷能力,有效地减少线路的雷击次数。在多雷地带,线路顶相瓷横担的额定电压值提高一个等级;组装杆塔时将顶相瓷横担的固定铁件与电杆的钢筋牢固焊接,形成顶相铁脚接地运行,在线路的顶相上装设金属氧化锌避雷器;对于架空电缆线路,可将避雷器安装在电缆头,为防止电缆芯线对外放电,要将电缆线的接地引线、电缆的金属外皮和电缆的另一端外皮均接地。
2.1.5积极开展带电作业,提高事故抢修能力
应为线路维修人员配备带电作业工具,在保证安全的前提下带电作业,减少线路停电时间;线路报修中心应实行24 小时值班制,维修人员经常对线路进行检查,随时掌握线路的运行状况,发现问题及时处理。
2.2 维护及检修线路的管理
2.2.1加强对配电网的管理,采取预防措施
加强对管理人员的责任意识教育,定期对管理人员进行业务培训。管理人员要严格执行行业规范,做好对线路的巡查工作,定期检查电力设备和供电线路的运行状况,防止有人盗窃电线、变压器等设施,防止车辆违章行驶,撞到配电线路。此外还要加强日常线路管理,收集原始资料,通过分析原始资料找出配电网的运行缺陷和故障发生的规律,制定有效的防范措施。
10 kV 配电线路需采取的预防措施主要有:每年冬季定期修剪对线路通道两旁的树木,确保线路通道的宽度;清除杆塔和绝缘子上的污物、尘土积物和鸟巢等杂物,更换劣质的绝缘子;整改质量不满足要求的线路,更换不合格的线路金具(检查其是否锈蚀、松股、断股、损伤或闪络烧伤)、电杆和长期过负载截面积偏小的导线;检查线路是否存在弧垂过大、线间距偏小、线路通道窄、拉线松弛等情况;检查杆塔基础,检查杆塔本体是否破坏,进行加强和加固。
2.2.2严格控制线路的施工质量和检修质量
施工质量直接的影响电网的安全运行,首先要严格审查施工设计方案,同时,要严格按照技术标准选择每一条线路和设备,严格审查施工过程的每一道工序,并建立质量监督记录。线路或设备在投入使用一段时间后,就会出现老化,应及时检修或者技术改造。同时要根据负荷情况随时调整线路设备和保护定值。
2.2.3加强控制电力设备的来源
选择电力设备的供应商时,应选择国内外信誉度高的知名企业,或者比较了解其设备产品的企业。另外,严格做好验收工作,避免运行后发生故障。
2.2.4做好各种自然灾害的应急预案
平时要做好对自然灾害的应急预案,减少人身事故和设备事故。应急预案针对地震、结冰、台风、煤矿塌陷及汛期灾害等自然灾害。管理人员应及时了解天气动态,做好各项电力措施的应急预案,随时做好抢险救灾准备。
3.结束语
10kV配网线路稳定可靠运行关系着供电质量,它的运行受到多种因素的影响,要提高10KV供电线路的可靠性,就必须研究影响供电线路可靠性的因素,采用有效的措施来加强电力网络的维护及检修。
参考文献
[1] 陈鹏.10kV配网供电可靠性的技术探讨[J] .中国新技术新产品,2012(06) .
关键词:电力系统;应急管理;预测预警;技术研究
1.引言
电力能源是国家的主要经济命脉之一,一旦发生重大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应急处理能力的重要手段。作为一种现代化管理系统,电力应急管理平台具备辅助决策、预测预警和调度指挥等功能,其中综合预测预警系统的构建更能够准确预测停电的时间、区域和影响人口,并提出与之相关的预警信息。传统OPA模型、CASCADE模型和隐故障模型等结构的提出旨在模拟电力系统大面积停电事故,对电力系统不同内因与外因作用下大规模停电事故的发生规律进行探索研究,但却并不涉及到对某一特定条件下大面积停电发生可能性的预测,这显然难以满足实际的电网应急管理需求。
2.电力应急管理的定义和构成
2.1电力应急管理的定义
电力应急管理所对应的事件是电力系统突发灾害,这一区域灾害的显著特征是突发性和重大危害性,不仅难以准确预测,且很难有效防御和彻底清除。作为一种综合系统,电力系统存在于社会环境和自然环境的双重影响下,不同于纯自然灾害和纯社会系统灾害,电力系统突发灾害很难对其发生的时间段、宽度和区域进行预测,而电力应急管理的对象正是电力系统重大突发灾难事件,通过对重大突发灾难预防相应机制的研究及时恢复系统供电,这对于电力系统应急管理能力的提高影响深远。
2.2电力应急管理的构成
电力应急管理由预防、准备、响应以及恢复四个环节构成,这四个典型环节有着一定的整体性和动态性特征。所谓的预防环节涉及到识别危险源和危险缓解两方面内容,除了开发应急计划程序之外对相关人力和物力资源的识别也不可或缺;应急准备环节的目的在于促进应急处理能力的提升,一般包括四个方面的内容,即准备应急资源、编写预案、实际演练和预测模拟;响应环节是指利用应急资源保证电力设施和人身安全,降低灾害对社会环境乃至对国家的危害,并正式启动救援行动;最后的恢复环节顾名思义就是恢复正常的秩序,采取必要的行动对应急状态进行终止。
3.电力应急管理中综合预测预警技术的研究
3.1综合预测预警系统的模块构成
综合预测预警系统在电力应急管理中的应用需要先构建相对应的功能模块,通过各模块的相互配合促进预测预警系统的循环运行。
3.1.1电网设备受损预报模块
该模块能够准确预测安全事件及自然灾害对电力系统造成的不良影响,根据预测结果来分析电网可能发生的特重大设备损失问题,并将相关信息传递给相关人员。根据自然灾害的预先报道,以电力网络地理接线盒灾害易发区域为研究重点,在此基础上综合考虑电网设备的灾害承受能力,进一步准确判断出易受灾害且易发生故障的设备。该模块能够在第一时间内将预测的受损信息及时上报,相关部门可以提前做好设备的抢修准备工作,这也有助于电网安全评估工作的顺利开展。
3.1.2电网安全评估与应急调度模块
该模块能够融合电网当前受灾状况、实际运行及调度运行经验,在此基础上分析电网的安全状态,判断电网在运行过程中是否存在负荷损失。如果存在,那么可以通过科学合理的调度工作来有效减少负荷的损失。该模块的主要功能就是采用与电网调度系统对等的预警模块,模拟电网调度系统的调度指令,以此来提高系统稳定运行点判断信息的准确性,避免系统报警信息的频繁发出。
3.1.3停电事故预测模块
停电事故预测模块的主要功能就是准确预测停电故障的影响范围及影响程度,根据预测结果及实际情况来制定一系列紧急防控措施,调度部方案时,要能够做到具体问题具体分析,根据故障情况的不同采用差异化处理方法。简而言之,该模块的具体作用就是以灾害信息为参考依据,利用紧急手段来建模,采取紧急控制措施,以此来准确估算电力故障引发的停电范围与时间。
3.1.4预警信息模块
该模块可以在第一时间内将预警信息传递给应急管理相关部门,它能够将停电预警信息、设备防护预警信息、设备抢修预警信息及抢险物资等综合预警信息及时上传。
3.2预测预警系统的基本实施流程
①依据自然灾害变化情况对网络模型进行修改。灾害可以作为模型启动的触发事件,事件发生的同时模型也被调用,这与电网日常运行并不冲突。②开断电气设备。电气设备在选型阶段都考虑到其抗击灾害的能力,这就可以针对不同等级的灾害条件对设备受损概率进行计算。③故障设备切断后判断是否产生孤岛,若是产生了两个以上的孤岛则就需要对孤岛的发电装机容量和负荷量进行计算,以实际电网负荷水平为依据对负荷阈值进行设定,负荷量小于这一阈值则对系统的影响并不大。若是负荷量大于阈值或是没有孤岛产生则需要衡量装机容量和负荷量之间的关系,倘若负荷量小于装机容量则不会损失负荷,负荷量大于装机容量则这一差值就是损失的负荷量。④应急调度和安全评估。若是负荷水平超过了网络传输承载能力和发电容量则就表明电网的运行状态不够安全,亟需采取相关措施稳定线路传输功率。⑤紧急切负荷措施的制定。若是电力系统在破坏影响下可能对系统安全运行产生影响就需要采取对应的紧急切负荷措施,以保证系统运行的稳定性,合理控制事故范围,尽可能减小其中的负荷损失。⑥对损失负荷进行统计。对损失负荷的统计包括各个节点损失的负荷和线路损失负荷。⑦预警信号的发出。从应急预案内容出发将预警信息发送至受影响地区,依据事故的严重过程度预警信号,从高到低分别是红色预警、橙色预警、黄色预警及蓝色预警。
3.3对以上电力预测预警系统模型的几点讨论
首先,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。其次,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。再次,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。最后,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。
4.结束语
综上所述,自然灾害频发也有可能成为我国电力系统重大停电事件的重要诱因,但事实情况却是我国在电力应急救援的技术管理和装备水平方面都还亟待改善,面对重大停电事故时所采取的电力应急手段还局限于事故抢险救援,这无疑将对电力系统运行的可靠性造成阻碍。伴随输电通道能力的增强和输送距离的增大,线路损毁问题导致的停运势必将造成更加庞大的经济损失,这越发证明了电力应急管理综合预测预警系统构建的迫切性。本文中电力应急管理预测预警系统功能架构的提出对其中的各个实施模块都进行了细致阐述,以我国电力系统特点和运行规律为依据解决最优切负荷问题,充分考虑自然灾害可能对电力系统带来的影响,实现了对调度员应急调度手段的模拟,但在具体操作方面还欠缺对预测预警系统功能要求的全面整合。
参考文献
[1]唐斯庆,张弥,李建设.海南电网“9.26”大面积停电事故的分析与总结[J].电力系统自动化,2006,(01):1-7.
[2]赵希正.强化电网安全保障可靠供电——美加“8.14”大停电事件给我们的启示[J].电网技术,2003,(10):1-7.
【关键词】智能电网;运行安全;风险评估
作为未来电力行业的发展方向,具有安全、可靠、经济、环保、友好接入等特征的智能电网是近年来世界各国关注的热点,与此同时,电力安全是关系到社会稳定和经济发展的世界共性问题。在智能电网方兴未艾的新形势下,探讨各种灾变因素下电力系统的风险评估体系,利用智能电网自愈性理念进行电网风险控制,具有重要的理论意义和工程实用价值。
1.智能电网的定义
智能电网(smart power grids),就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标,其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
2.智能电网的特征
虽然目前国际上对智能电网的定义还未具体统一,但对智能电网的关键特征形成共识:
(1)自愈性(Self-healing)。对电网的运行状态进行连续的在线自我评估, 并采取预防性的控制手段, 及时发现、快速诊断和消除故障隐患;故障发生时,在没有或少量人工干预下, 能够快速隔离故障、自我恢复,避免大面积停电的发生。
(2)互动性(Interactive)。系统运行与电力市场实现无缝衔接,支持电力交易的有效开展,实现资源的优化配置;同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理,从而提升电力系统的安全运行水平。
(3)优化性(Optimized)。实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化,合理地安排设备的运行与检修,提高资产的利用效率。
(4)兼容性(Compatible)。电网能够同时适应集中发电与分散发电模式,扩大系统运行调节的可选资源范围,满足电网与自然环境的和谐发展。
(5)集成性 (Integrated)。通过流程的不断优化,信息整合,实现企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务的集成,不断提升电力企业的管理效率。
(6)安全性(Safety)。无论是物理系统还是计算机遭到外部攻击,智能电网均能有效抵御由此造成的对电力系统本身的攻击伤害以及对其他领域形成的伤害;一旦发生中断,也能很快恢复运行。
(7)优质性(High-quality)。在数字化、高科技占主导的经济模式下,电力用户的电能质量能够得到有效保障,实现电能质量的差别定价。
3.智能电网运行安全风险评估
3.1 智能电网与传统电网的差异
传统电网是一个刚性系统,电源的接入与退出、传输等都缺乏弹性,难以构建实时、可配置、可重组的系统。另外,运行时使用SCADA系统,通常为2~4s采样一次,并可能存在数据污点,导致状态估计存在误差,对网络缺乏能见度。传统电网系统自愈、自恢复能力较差,依赖于实体冗余。与用户之间缺乏互动,对客户的服务简单、信息单向。新一代智能电网将在传统电网的基础上进一步拓展系统的灵活性、网络能见度、自愈能力及与用户之间的双向互动能力。智能电网与传统电网的主要差异包括:
(1)更多不确定性的可再生能源(如风能、太阳能、潮汐能等)的接入。
(2)更加小型化的发电设备以及即插即用的高效储能设备。
(3)配电侧形成一些小型而独立的微网系统(Microgrid)。
(4)与用户之间更多互动。促使电力用户发挥积极作用,实现电力运行和环境保护等多方面的收益。
3.2 智能电网风险评估与传统电网风险评估的差异
鉴于智能电网与传统电网的不同之处,智能电网的风险评估也存在相应的不同。一方面,大规模随机波动的可再生能源的接入使得传统的风险评估更加复杂化;另一方面,可再生能源的发展及微网的接入可满足部分负荷需求,提高整个系统的经济性、可靠性和安全性。
(1)大规模可再生能源的接入增加了系统的不确定性,从而也增加了系统风险。
可再生能源通常具有间歇性和严重的不确定性,如变化的风速和太阳辐射,因而可再生能源发电机的出力被视为是不可靠的,具有极强的随机性和不确定性。对于随机波动的可再生能源发电系统来说,电力供应情况受以下不确定性因素影响较大:宏观经济走势;气候因素;新投产的可再生能源发电机组能否按时投产发电、发电设备运行状况能否稳定等。因此,可再生能源发电系统的投入使用,为评估系统风险带来更多更复杂的考虑因素。
(2)虽然可再生能源发电本身具有随机性和波动性,但可再生能源的持续使用从本质上可加强电力系统的整体可靠性。
实际上,现阶段为解决可再生能源发电的随机性和波动性带来的系统风险,确保系统的可靠性,保守的系统运行部门倾向于将与可再生能源发电量相等的装机容量作为系统备用,这虽然从某种程度上大大减轻了可再生能源的不确定性带来的风险。当然,未来的智能电网风险评估将不仅仅停留在现阶段偏于保守的风险评估及风险控制方法上,而应实时、有效地评估可再生能源发电对整个电力系统能源结构优化带来的积极作用,并可使人们清楚地认识到可再生能源在提高供电可靠性方面所具有的独特的优势,同时也应实时评估出其对大电网安全稳定带来的冲击。
(3)更多灾变情况下的即插即用小型设备风险评估。
由于智能电网中使用了更多更加小型化的新型发电设备以及即插即用的高效储能设备,因此,分析这些设备在各种灾变情况下(包括冰灾、台风、洪水等严重自然灾害或人为破坏如恐怖袭击等)停运导致的系统风险也非常重要,利用此项风险指标尽可能地减少灾害损失,做好相应的防护工作。
(4)微网作为智能电网中极其重要的组成部分之一,如同可再生能源发电一样,对电力系统而言一方面增强了局部供电的可靠性,另一方面微网的接入本身也可能带来对大电网的冲击。微电网中含有多个微电源,可在主网发生故障时,与主网隔离运行,提高局部供电的可靠性。但由于微网中含有传统的电源方式(燃气轮机等)、新型的DERs(风电和光伏等)和各种储能元件。这些元件的时间常数各不相同,而电力系统中的能量都是瞬时平衡的,如何协调这些元件的控制策略,保持微电网运行的稳定性,尽量减少这些不可控源对主网的冲击等,都需要做进一步的探讨和研究。另外,微电网中引入了很多先进的电力电子设备,它们大都是灵活可控的,如何实现对这些设备的智能控制和最优控制也是一个很重要的问题。
(5)包括用户端共同参与的智能电网风险评估。
未来智能电网风险评估的目的是从社会公共安全的角度出发,把握住整个系统的薄弱环节和风险度。由政府、电力企业及用户共同采取措施有效降低风险度,减少大面积停电的可能性,同时根据风险制定应急预案,采取相应的应急措施。因此,未来智能电网的安全风险评估体系并非简单地指导电力企业自身的安全生产,而是将其定位为受到全社会高度关注的公用事业及基础能源安全问题,对其供电安全风险进行分析、评估和监管。
4.智能电网安全展望
随着社会的发展与时代的进步, 新一代电力网络――智能电网的发展已经初露端倪。它是全球经济和技术发展的必然结果,预期效益也相当可观,是下一代电网的必然发展模式。
然而,电力系统取得巨大发展的同时,也承受着更大的潜在风险,尤其是自然灾害及人为破坏等各种灾变情况下的安全稳定性问题日趋复杂。在智能电网增加了大量不确定的可再生能源接入、即插即用的高效储能设备、配电侧形成多个微网系统的背景下,为保证电力系统特别是未来智能电网的可靠性和安全性,探讨在自然灾害及人为破坏等各种灾变情况下的智能电网的风险评估和应急减灾机制,具有重要的理论意义和工程实用价值。如何通过评估含有可再生清洁能源的智能电网的可靠性来降低电力系统的安全风险,是国内外电力行业近年来所关注的重点之一。对于大型电力系统特别是含有大规模可再生清洁能源形势下的智能电网可靠性和风险评估体系的研究,还有大量的基础性研究工作有待进一步开展:
(1)含有可再生清洁能源及微网的智能电网不确定性及风险分析。由于大多数可再生清洁能源及微网受自然环境、社会环境及人为因素的影响较多,来源不稳定,具有较强的不确定性。这也造成了利用可再生清洁能源及微网发电具有较强的不确定性这一特点,因此,可再生清洁能源及微网系统虽然一方面可以为电力系统提供额外的电力支持,另一方面可再生清洁能源及微网的不确定性也必然为电力系统稳定送电带来一系列风险及挑战。由其不确定性带来的风险分析这一研究领域迄今并未有太多进展,还有大量工作亟待开展。
(2)含有大量新型高效储能设备的智能电网设备的风险评估。由于智能电网引入了大量的新型元件和设备,包括分布式电源,大型可再生能源电源,用户侧的智能电器,包括测量、保护、控制装置的二次装置,新型的一次设备,通信设备等。对这些新型一次及二次智能电网设备进行风险评估,并对对传统设备和新设备运行时的协调问题进行研究也是必不可少的。
(3)包括用户端参与的智能电网动态安全风险评估体系。深入探讨由政府、电力企业及用户共同参与的智能电网实时动态安全风险评估系统,在风险来临时,由各方面共同参与,采取相应应急措施保证电力基础能源的安全运行及用户供电,实现智能电网安全评估动态化、运行控制最优化,将是近几年的一个非常重要的热点研究方向之一。
【参考文献】