一種基于有向無環(huán)圖的電網(wǎng)事故分析模型研究

李斌 張杰 任瑩

[摘 要] 電力電網(wǎng)系統(tǒng)作為世界上最為復雜的系統(tǒng)之一，對性能、安全性、穩(wěn)定性和可靠性等要求都非常高。電網(wǎng)被看成節(jié)點和邊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點系統(tǒng)，本文通過基于有向無環(huán)圖，構(gòu)建了電網(wǎng)事故分析模型，并采用調(diào)度SCADA實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一種電網(wǎng)事故發(fā)展演化分析的故障診斷方法，通過圖論方法構(gòu)建一個支持電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析模型，對于電網(wǎng)事故的發(fā)生判定及演化影響都具有重要的價值和意義。

[關(guān)鍵詞] 有向無環(huán)圖；電網(wǎng)事故；連接拓撲；圖算法；路徑選擇

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 09. 075

[中圖分類號] TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）09- 0167- 02

0 引 言

電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的核心，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，一旦發(fā)生電網(wǎng)事故，就可能引發(fā)大面積停電事件，造成較大的經(jīng)濟損失和社會影響。電網(wǎng)事故的發(fā)生通常是因各類電網(wǎng)風險未得到有效控制而引發(fā)的，因此建立常態(tài)、有效的電網(wǎng)風險控制機制，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

隨著電網(wǎng)的日益發(fā)展，結(jié)構(gòu)越來越復雜，當電網(wǎng)中某一個節(jié)點發(fā)生故障時，海量數(shù)據(jù)將涌入調(diào)度控制中心，同時變電站也會出現(xiàn)大量的警報信息，針對這些錯綜復雜信息的分析及可能演化的事故，都給變電站和調(diào)度中心都帶來了巨大的困難，目前調(diào)度中心主要還是通過電話，人工多方聯(lián)系變電站現(xiàn)場人員或者等待現(xiàn)場人員到場確認后，才能夠獲取事故處理的必要信息，事故的分析更多地依賴經(jīng)驗及個人技能水平，目前已無法滿足調(diào)度自動化和智能化發(fā)展的需求。

針對電網(wǎng)故障的判定和分析，主要通過數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）獲得的斷路器開合動作、母線遙測等信息進行判定分析，主要使用專家系統(tǒng)、優(yōu)化算法、因果關(guān)系、數(shù)據(jù)網(wǎng)格等方法進行判定分析，這些方法對于在復雜電網(wǎng)，大規(guī)模系統(tǒng)的診斷中存在一定困難，本文充分利用SCADA的遙測遙信數(shù)據(jù)，提出一種基于有向無環(huán)圖（DAG）的電網(wǎng)事故分析方法，能夠有效解決上述問題。

1 基于有向無環(huán)圖的事故分析原理

有向無環(huán)圖DAG與數(shù)組、排列、區(qū)塊鏈一樣，也是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。與區(qū)塊鏈不同，DAG將最長鏈共識改成最重鏈共識，每個新加入的單元，不僅僅只加入長鏈里的一個區(qū)塊，而是加入到之前的所有區(qū)塊。DAG中的每個新單元，驗證并確認其父單元，以及父單元的父單元，慢慢可達創(chuàng)世單元。隨著時間遞增，所有交易的區(qū)塊鏈相互連接，形成圖狀結(jié)構(gòu)，圖1是一個網(wǎng)狀的DAG結(jié)構(gòu)。

2 基于DAG的事故分析模型設(shè)計

2.1 有向無環(huán)圖DAG定義

電網(wǎng)連接中各個節(jié)點由帶有方向的弧連接，表示各個事件節(jié)點之間的因果關(guān)系，其中圖2中（a）表示某故障節(jié)點向外擴展；（b）表示故障的傳遞路徑為單向不閉合；（c）表示節(jié)點之間通過斷路器進行開合動作。有向無環(huán)圖DAG定義如圖2所示。

2.2 DAG事故模型設(shè)計

以電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備連接拓撲關(guān)系為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型，以有向圖為基本數(shù)學模型，采用分層結(jié)構(gòu)，將電網(wǎng)線路信息映射成DAG事故模型圖，如圖3所示，模型圖的生成過程如下：

（1）事故節(jié)點，包括名稱、類型、連接點、連接類型；（2）設(shè)備節(jié)點，是電網(wǎng)中的某一種設(shè)備，例如導線、變壓器、母線等；（3）連接節(jié)點，將多個設(shè)備連接起來的節(jié)點，隨著當前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化而改變；（4）按照預先定義的搜索策略，完成以事故節(jié)點為中心的各關(guān)聯(lián)節(jié)點數(shù)據(jù)建立；（5）按照預先定義的路徑和圖遍歷算法，完成DAG事故模型的構(gòu)建。

3 事故分析模型的判定分析

電網(wǎng)事故的分析判定過程，原則上是對系統(tǒng)中的每個任務(wù)，按照當前電網(wǎng)中的連接關(guān)系和狀態(tài)值，賦予相應的優(yōu)先級，從而生成節(jié)點調(diào)度列表，通過順序執(zhí)行節(jié)點任務(wù)步驟直至所有節(jié)點任務(wù)調(diào)度完畢為止，如圖4所示，模型的主要過程如下：

（1）以事故節(jié)點為起點，從調(diào)度列表中取出關(guān)聯(lián)的連接節(jié)點；（2）計算每個連接節(jié)點的優(yōu)先調(diào)度PR值；（3）為每個節(jié)點構(gòu)造一個包括本身節(jié)點和所有有關(guān)的后繼節(jié)點列表，按照PR值排序；（4）以遞增的PR值對列表進行重新排序，根據(jù)連接順序生成一個調(diào)度列表；（5）節(jié)點任務(wù)節(jié)點列表非空時，轉(zhuǎn)步驟6，否則調(diào)度任務(wù)結(jié)束；（6）取節(jié)點任務(wù)列表首節(jié)點V0，并以依此求出相鄰節(jié)點V1和V2的Etv1、Etv2值；（7）比較Etv1和Etv2值中的較大值，確定為下一步的路徑；（8）經(jīng)過遍歷 DAG 圖求得所有節(jié)點任務(wù)和路徑的優(yōu)先級，得以確定關(guān)鍵路徑；（9）其中調(diào)度過程中節(jié)點的優(yōu)先權(quán)固定不變，網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵路徑也是不變的，電網(wǎng)的不同狀態(tài)下，需要再次計算，關(guān)鍵路徑隨著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不斷變化。

4 事故診斷系統(tǒng)流程圖設(shè)計（如圖5所示）

在電網(wǎng)事故診斷分析系統(tǒng)中實現(xiàn)了基于DAG有向無環(huán)圖的事故分析判定模型，系統(tǒng)主要面向地區(qū)調(diào)度應用，故障診斷主要的技術(shù)要點包括基礎(chǔ)網(wǎng)架拓撲信息獲取，基于5分鐘實時SCADA遙測遙信數(shù)據(jù)，采用DAG事故模型分析模擬，分層智能化故障分析。

5 結(jié) 論

本文基于有向無環(huán)圖，構(gòu)建了電網(wǎng)事故分析模型，采用調(diào)度SCADA實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一種電網(wǎng)事故發(fā)展演化分析的故障診斷方法。本方法適用于大型復雜電網(wǎng)的事故的診斷，能對含分布式電源的電網(wǎng)進行事故的快速定位和演化分析，并且容錯能力強，不僅能夠快速準確對事故定級，還能進一步診斷事故的影響范圍和演化發(fā)展，本文針對電網(wǎng)事故的診斷分析，為下一步深入研究電網(wǎng)事故演化和影響，提供了借鑒意義。

主要參考文獻

[1]宗群，李光宇，郭萌. 基于故障樹的電梯故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計[J]. 控制工程，2013，20（2）：305-308.

[2]王磊，陳青，李天友，等. 基于網(wǎng)格平臺的電網(wǎng)故障診斷架構(gòu)[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（3）：70-76.

[3]張勇，張巖，文福拴，等. 基于時序因果網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)故障診斷[J].電力系統(tǒng)自動化，2013， 37（9）：47-53.

[4]聶倩雯，高瑋. 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的電網(wǎng)故障診斷[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2009，19（23）： 78-82.

[5]譚玉東，李欣然，蔡畔，等. 基于電氣距離的復雜電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點識別[J].中國電機工程學報，2014（1）：146-152.

[6]雯閆湖，狄方春，袁榮昌，等.電網(wǎng)智能調(diào)度中的大數(shù)據(jù)及應用場景研究 [J]. 電力信息與通信技術(shù)，2014，44（10）： 78-81.