一种配电网运行安全风险预警方法及系统

1.本发明属于电网拓扑分析技术领域，尤其涉及一种配电网运行安全风险预警方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着生活用电和工业用电不断增加，电网规模不断扩大，网络结构趋于复杂化，设备检修、线路维护等工作大量增加，增加了电网运行的不确定性。
4.目前，电网运行方式安排大部分仍依赖于人工校核等非智能化手段，导致电网调度工作人员的预警工作繁杂，对于风险信息分析以及预警信息的报送效率低且可靠性差。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种配电网运行安全风险预警方法及系统，能够进行精确的风险预警，将配电网运行故障的发生概率降到最低，提高了电网运行的安全性与可靠性。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面提供一种配电网运行安全风险预警方法，其包括：
8.获取待检修设备，结合网络拓扑图，检索待检修设备的位置；
9.基于待检修设备的位置，解析网络拓扑图得到待检修设备所带的负荷，判断待检修设备所带的负荷是否是重要负荷；如果是重要负荷，则查找重要负荷有无备用供电路径，如果有，则启动备用供电路径，并更新网络拓扑结构；如果没有备用供电路径，则所带负荷失电，基于损失负荷的重要性等级来判定风险等级；如果待检修设备不带重要负荷，则计算待检修设备停运时的损失负荷总和，基于损失负荷总和来判定风险等级。
10.进一步的，还包括：启动备用供电路径后，基于网络拓扑图，检索备用供电路径上的线路和厂站的运维单位，生成并发送风险管控措施至所述运维单位。
11.进一步的，还包括：基于所述待检修设备的位置、待检修设备所带的负荷、风险等级和风险管控措施，结合预警通知单的模板，生成预警通知单。
12.进一步的，所述网络拓扑图包括交流线段库、新能源厂站库、重要负荷库、运维部门库和多个电压等级的厂站数据库。
13.进一步的，所述损失负荷总和的计算方法为：查找待检修设备所带负荷有无备用供电路径，如果有，则启动备用供电路径，并更新网络拓扑结构；如果所带负荷没有备用供电路径，则负荷便失电，所有失电的负荷加和即为损失负荷总和。
14.本发明的第二个方面提供一种配电网运行安全风险预警系统，其包括：
15.风险定位模块，其被配置为：获取待检修设备，结合网络拓扑图，检索待检修设备的位置；
16.风险分析模块，其被配置为：基于待检修设备的位置，解析网络拓扑图得到待检修设备所带的负荷，判断待检修设备所带的负荷是否是重要负荷；如果是重要负荷，则查找重要负荷有无备用供电路径，如果有，则启动备用供电路径，并更新网络拓扑结构；如果没有备用供电路径，则所带电荷失电，基于损失负荷的重要性等级来判定风险等级；如果待检修设备不带重要负荷，则计算待检修设备停运时的损失负荷总和，基于损失负荷总和来判定风险等级。
17.进一步的，还包括风险管控模块，其被配置为：启动备用供电路径后，基于网络拓扑图，检索备用供电路径上的线路和厂站的运维单位，并发送运维指令至所述运维单位。
18.进一步的，还包括风险预警模块，其被配置为：基于所述待检修设备的位置、待检修设备所带的负荷、风险等级和备用供电路径上的运维单位，结合预警通知单的模板，生成预警通知单。
19.本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种配电网运行安全风险预警方法中的步骤。
20.本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种配电网运行安全风险预警方法中的步骤。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.本发明提供了一种配电网运行安全风险预警方法，其以利用电网拓扑结构追踪定位到须检修或维护设备的位置，而后进行风险分析与评估，判断出配电网运行的薄弱环节，并提出相应的措施，统筹以上信息形成风险预警报告单，不但减轻了工作人员的工作负担，而且针对配电网运行的薄弱环节提前采取措施，可将配电网运行故障的发生概率降到最低，提高了电网运行的安全性与可靠性。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是本发明实施例一的风险预警方法总体流程图；
25.图2是本发明实施例一的配电网的网络拓扑图；
26.图3是本发明实施例一的风险分析的流程图；
27.图4是本发明实施例一的220kv预警系统流程图；
28.图5是本发明实施例一的110kv预警系统流程图；
29.图6是本发明实施例一的35kv预警系统流程图。
具体实施方式
30.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
31.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.实施例一
34.本实施例提供了一种配电网运行安全风险预警方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
35.步骤1、构建电网拓扑图。
36.配电网规模大，各级厂站数量多，输电线路的规模更加庞大，所带负荷重要性等级不一，为了可以清晰的展示配电网的网架结构，呈现出完整的厂站与厂站、线路与厂站之间的关系，同时实现更好的交互性，构建出包含交流线段库、分电压等级的厂站数据库(35kv数据库、110kv数据库和220kv数据库)、新能源厂站库、重要负荷库和运维部门库这七个库的网络拓扑图。
37.作为一种实施方式，采用excel平台进行拓扑搭建，构建七个库的网络拓扑图。展现配电网中厂站、线路、负荷相互间的连接关系。
38.如图2所示，构建的网络拓扑结构图，建立了七个拓扑图库。交流线段库中包含了10kv、35kv、110kv、220kv这四个电压等级的输电线路，配电网中各个厂站如同散落的点，交流线段库将点连成线，交错成网，初步构建出配电网的网架结构；220kv数据库包含220kv厂站的进线、各电压等级出线及其所带的重要负荷，220kv厂站是配电网系统中重要的一环，它的出线大多作为110kv厂站和35kv厂站的进线，所以需要清楚的呈现它的每一条出线；110kv数据库包含110kv进线及其上级厂站、各电压等级出线和所带重要负荷；35kv数据库则包含35kv进线及上级厂站；重要负荷库则将负荷分为一级重要负荷、二级重要负荷与高危户，一级用户是最为紧要的负荷用户，一般会有两条及以上且来自不同厂站的线路进行供电，以尽可能避免用户发生失电状况；运维部门库中包含运维单位及地方运维公司，现如今电网规模庞大，运行维护配电网工作量巨大，为了使设备及时得到维修和维护，运维部门往往有多个，分别负责不同的厂站和线路，为了能够针对相应线路提出准确的管控措施，就要了解需要维护的线路或厂站属于哪个运维部门；新能源库将所有分布式电源统计了其并网点与并网连接线。
39.步骤2、风险定位：获取待检修设备(或线路)，结合网络拓扑图，检索待检修设备的位置。
40.具体的，检索出待检修设备或线路的位置，然后定位受影响的设备和线路。根据网络拓扑图的信息、以及需检修维护的设备或线路的位置信息，进一步检索网络拓扑图，通过名称索引实现输入的定位，然后使用行索引，得到与输入设备相关的厂站名称或线路名称等。
41.作为一种实施方式，利用python中的xlrd功能来完成。xlrd是读取excel的扩展工具，可以实现制定表单、指定单元格的读取。
42.步骤3、风险分析：当确定检修的设备或线路后，假设在检修维护过程中，另一条供电路径故障，检索下一级受影响的负荷，遍历所有受影响的负荷，如果受影响的负荷有备用的供电路径，则启用；如果没有备用路径事故发生时该负荷便失电。风险分析是按照损失负荷的重要性与损失负荷的多少来进行综合评判。首先以当前的运行状态为基础，根据配电
网历史负荷数据，针对线路检修与设备维护是的特定运行状态进行静态稳定分析，而后进行风险评估，风险等级评估有两套标准，一是利用损失负荷的重要性等级来评估风险等级，二是利用停电风险来评估风险等级。如图3所示，具体包括以下步骤：
43.步骤301：初始化，当设备或线路检修时，找出配电网运行的薄弱环节，即遍历所有受影响电力设备集合。
44.步骤302：选取设备，解析网络拓扑图得到待检修设备所带的负荷，查看其所带的负荷是否是重要负荷，如果是重要负荷，则查看该负荷有无备用供电路径，如果有则启用备用供电路径，并更新电网拓扑图；如果没有备用供电路径，则所带负荷失电，称损失负荷，直接依据损失负荷的重要性等级来判定风险等级。
45.步骤303：如果设备不带有重要负荷，则计算当设备检修停运时，所损失的负荷多少；遍历所有受影响的设备，计算总的损失负荷，依据损失负荷总和来判定风险等级。换句话说，遍历待检修设备所带全部负荷，有备用供电路径的负荷，启动备用供电路径，并更新网络拓扑结构，没有备用供电路径的负荷便失电，所有停电的损失负荷加和，即为损失负荷总和；基于损失负荷总和来判定风险等级：损失负荷总和大于等于100mw，定义为五级风险；损失负荷总和大于等于40mw小于100mw定义为六级风险；当损失负荷总和小于40mw不予定级。
46.利用电力设备所带负荷等级来评估风险等级评判标准如下：
47.(1)如果电力设备所带220千伏厂站全部停电(即失电的负荷为220千伏厂站)，则定义风险等级为五级风险。
48.(2)如果电力设备所带一级重要用户失电，则定义风险等级为五级风险。
49.(3)如果电力设备所带110千伏厂站全部停电(即失电负荷为110千伏厂站)，则定义风险等级为六级风险。
50.(4)如果电力设备所带220千伏厂站的110千伏母线全部失电，则定义风险等级为六级风险。
51.大多数的电力负荷会有两条供电路径，进行风险分析，便是在其中一条供电路径检修时，假设另一条供电路径也发生故障，依据历史负荷数据，检索网络拓扑图，查看停电事故的波及范围。
52.若待检修设备为220kv厂站的某一变压器或进线，如图4所示，在检修维护时，如果另一变压器或进线发生故障，该厂站所带出线便全部失电。先在220kv数据库中检索该厂站，然后提取出该厂站所有的出线，遍历该厂站所带110kv的线路，110kv的线路可能带110kv的厂站或是用户负荷和地方发电厂，在110kv数据库中检索，找到110kv线路所带的110kv厂站，查看该110kv厂站的另一条进线及其进线的上级厂站，如果两条进线均来自同一厂站，那么该110kv厂站必定失电。如果两条进线来自不同厂站，发生上述情况，只需将该110kv厂站备投至另一个上级厂站，既可以避免该厂站失电。在110kv数据库中无法检索到110kv的出线，便到负荷用户数据库中查找，看所带用户站是否有另一条进线，如果有便可备投至另一条进线的上级厂站，如果没有该负荷用户在故障发生时便会失电。遍历完所有110kv出线后，开始遍历35kv出线，步骤同上，逐一检索。当检索完本变电站所有线路之后，程序停止运行。
53.若待检修设备为110kv线路，如图5所示，受影响的是该线路所带的负荷。110kv所
带的负荷可能为110kv厂站、地方发电厂和重要负荷。先在110kv数据库中检索需要检修的110kv线路，如果可以找到该线路，则查看该线路所带的110kv厂站，然后看该厂站的另一条进线。如果在110kv线路检修时，厂站的另一条进线发生故障，那么该厂站便失电。如果在110kv数据库中检索不到输入的线路，便从重要负荷用户数据库中检索，然后查看该用户负荷是否有另一条进线，如果有，那么在上述事故发生时，只需将该用户备投至另一条线路，通过另一条进线来供电；如果没有另一条进线，那么事故发生时该用户负荷必定失电。若是在负荷用户数据库中也检索不到该线路，最后便检索地方发电厂数据库，在该线路检修时，作为地方发电厂的并网连接线，会导致该发电厂从电网中解列。检索完毕，程序便停止运行。
54.若待检修设备为35kv线路，如图6所示，受影响的是该线路所带的负荷。35kv数据库中检索需要检修的35kv线路，找到该线路所带的35kv厂站，然后查看该厂站的另一条进线。如果在35kv线路检修时，厂站的另一条进线发生故障，那么该厂站便失电。无论在35kv数据库能否检索到输入的线路，都要从重要负荷用户数据库中继续检索该线路，然后查看该用户负荷是否有另一条进线，如果有，那么在上述事故发生时，只需将该用户备投至另一条线路，通过另一条进线来供电；如果没有另一条供电路径，那么事故发生时该用户负荷必定失电。如果在负荷数据库中检索不到线路，便说明该线路并未带有负荷，直接检索下一条线路。所有线路检索完毕后程序停止运行。
55.步骤4、风险管控：启动备用供电路径后，基于网络拓扑图，检索备用供电路径上的线路和厂站的运维单位，生成并发送风险管控措施至所述运维单位。具体的，基于检索备用供电路径上的线路和厂站，结合风险管控措施模板，生成风险管控措施，在备用供电路径启用前，运维单位先对变压器、母线等相关设备进行巡视检查，在备用路径启用之后，加强运维防护工作，在恢复原供电路径时需要有人值守。
56.具体的，针对设备检修时，处于风险薄弱环节的设备厂站，进行提前维护，并且在设备检修时对薄弱环节加强巡视。在风险分析结束之后，当受影响的负荷要备投至其他厂站和其他线路，就要检索备用的线路和厂站的运维单位，在设备检修之前，先对这些备用线路及其厂站进行巡视维护，防止负荷投过来之后，也出现停电事故。得出检修计划前配电网的风险管控措施，让运维部门针对不同的情况采取不同的维护措施。
57.步骤5、风险预警：基于待检修设备的位置、待检修设备所带的负荷、风险等级和备用供电路径上的运维单位及其相关风险管控措施的信息汇总整理，结合预警通知单的模板，生成预警通知单。
58.作为一种实施方式，利用python提取excel中指定的内容生成一个word文档。此功能本发明是利用python的docxtpl包来实现。首先创建一个word文档，即想要生成的报告的格式模板template，这个文档的内容包括，风险分析、管控要求、停电设备等，而后将所有信息分类导入其中。
59.本发明当确定需要检修的设备之后，通过风险定位，检索网络拓扑图，确定检修设备的位置，并基于位置信息进行风险分析，进行网络拓扑图的解析，找出电网运行的薄弱环节并预测可能的停电事故与事故发生时将会损失的负荷，根据解析的风险信息进行配电网的停电风险评估得到风险等级，并进行风险管控，得出检修计划前配电网的风险管控措施，让运维部门针对不同的情况采取不同的维护措施，最后将上述所有的信息汇总，生成预警
报告单。本发明层层递进，从确定检修设备之后，不断检索数据库，确定出配电网运行薄弱的环节，针对薄弱环节给予管控措施，这就使得在设备检修维护时，配电网发生故障的概率大大降低，运行的安全性提升。
60.实施例二
61.本实施例提供了一种配电网运行安全风险预警系统，其具体包括如下模块：
62.风险定位模块，其被配置为：获取待检修设备，结合网络拓扑图，检索待检修设备的位置；
63.风险分析模块，其被配置为：基于待检修设备的位置，解析网络拓扑图得到待检修设备所带的负荷，判断待检修设备所带的负荷是否是重要负荷；如果是重要负荷，则查找重要负荷有无备用供电路径，如果有，则启动备用供电路径，并更新网络拓扑结构；如果没有备用供电路径，则所带电荷失电，基于损失负荷的重要性等级来判定风险等级；如果待检修设备不带重要负荷，则计算待检修设备停运时的损失负荷总和，基于损失负荷总和来判定风险等级。
64.风险管控模块，其被配置为：启动备用供电路径后，基于网络拓扑图，检索备用供电路径上的线路和厂站的运维单位。
65.风险预警模块，其被配置为：基于所述待检修设备的位置、待检修设备所带的负荷、风险等级和备用供电路径上的运维单位，结合预警通知单的模板，生成预警通知单。
66.当确定需要检修的设备之后，输入到风险定位模块中，检索网络拓扑图，确定检修设备的位置，并将位置信息输入到风险分析模块中。风险分析模块进行网络拓扑图的解析，找出电网运行的薄弱环节并预测可能的停电事故与事故发生时将会损失的负荷，根据解析的风险信息进行配电网的停电风险评估得到风险等级，并将信息输入到风险管控模块，在风险管控模块中得出检修计划前配电网的风险管控措施，让运维部门针对不同的情况采取不同的维护措施，最后将上述所有的信息汇总在风险预警模块，生成预警报告单。系统的四个模块层层递进，从确定检修设备之后，不断检索数据库，确定出配电网运行薄弱的环节，针对薄弱环节给予管控措施，这就使得在设备检修维护时，配电网发生故障的概率大大降低，运行的安全性提升。
67.本发明的系统利用excel构建的电网拓扑图，交互性强，易于读取和修改。而且因不同等级的厂站所带出线、负荷不同，所以其具体的逻辑过程不同，且本系统针对220kv、110kv、35kv这三个电压等级的厂站分别设计不同的逻辑。现如今，电网调度人员每天都需要人工进行风险预警信息的报送，特别是设备检修维护的集中时期，调度人员每天需要编辑大量风险预警信息，占用很多工作时间。如果运用本预警系统，根据检修计划，只需要输入需要检修的设备线路，便自动生成预警报告单，工作人员审核完毕后就可以发布，节省电网调度人员的工作量，使人员配置更趋于合理化，释放了人力资源成本，创造了良好的经济效益。
68.以220kv设备需要检修或者维护为例，在网络拓扑图输入界面，人机交互窗口，完成网络拓扑图的导入工作和检修设备的输入工作。网络拓扑图的导入操作，仅需要直接将含有配电网网络拓扑图的excel表格直接拖入窗口之中即可。只有在拖入表格之后才会显示出输出导入成功的窗口，如果导入其他形式的文件便不会出线此提示框，如此数据初始化完成了，之后只需要输入需要检修的设备，然后点击开始任务，风险预警系统便开始运
行。
69.当有220kv的设备需要检修或者维护时，利用本系统生成预警报告单的具体操作步骤如下：首先进行数据的初始化，即将网络拓扑图导入到数据查询的输入界面，显示导入成功则数据初始化完毕；假设220kv炼化站的#2变压器需要检修，利用本风险预警系统进行风险预警，在数据查询窗口输入220kv炼化站#2变压器，然后点击开始任务；程序运行结束后出现文档保存的界面，将生成的风险预警报告单命名并保存，点击保存之后便会出现提示保存成功和程序运行完毕的窗口；最后打开风险预警报告单文档，即220kv炼化站#2变压器需要检修时，配电网运行安全的风险预警报告单，报告单中给出了在220kv炼化站#2变压器检修时可能发生的风险，并分析了发生风险带来的危害，也给出了相应的管控措施，即运维部门运维中心在检修设备前进行相关设备和线路提前维护，在检修设备过程中对相关设备着重进行巡视；最后由工作人员审核此报告单，审核无误后即可发布该预警通知单。
70.此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
71.实施例三
72.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的一种配电网运行安全风险预警方法中的步骤。
73.实施例四
74.本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的一种配电网运行安全风险预警方法中的步骤。
75.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
76.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
77.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
78.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
79.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以
通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
80.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。