基于概率预测的电网静态安全运行风险评估及主动调控策略

徐浩; 姜新雄; 刘志成; 邹曜坤; 廖思阳; 徐箭

doi:10.7500/AEPS20201218003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于概率预测的电网静态安全运行风险评估及主动调控策略

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于概率预测的电网静态安全运行风险评估及主动调控策略
- Probability Prediction Based Risk Assessment and Proactive Regulation and Control Strategy for Static Operation Safety of Power Grid
- 电力系统自动化 2022年46卷第1期页码：182-191
- 作者机构：
  
  1.国家电网公司华中分部，湖北省武汉市 430077
  2.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430072
- 作者简介：
  
  徐浩(1988—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电网调度运行与风险预警防控技术。E-mail：whuxuhao@163.com
  姜新雄(1997—)，男，博士研究生，主要研究方向：人工智能应用、概率预警。E-mail：jiangxinxiong@whu.edu.cn
  刘志成(1981—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电力系统调度运行控制技术。E-mail：liu_zhch318@126.com
  廖思阳(1989—)，男，通信作者，博士，副研究员，主要研究方向：电力系统运行与控制、工业负荷建模与控制。E-mail：liaosiyang@whu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(SGHZ0000DKJS2100256)
- DOI：10.7500/AEPS20201218003
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-12-18，
  
  修回日期：2021-05-12，
  
  网络出版日期：2021-08-05，
  
  纸质出版日期：2022-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
徐浩,姜新雄,刘志成等.基于概率预测的电网静态安全运行风险评估及主动调控策略[J].电力系统自动化,2022,46(1):182-191.

XU Hao,JIANG Xinxiong,LIU Zhicheng,et al.Probability Prediction Based Risk Assessment and Proactive Regulation and Control Strategy for Static Operation Safety of Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):182-191.
徐浩,姜新雄,刘志成等.基于概率预测的电网静态安全运行风险评估及主动调控策略[J].电力系统自动化,2022,46(1):182-191. DOI： 10.7500/AEPS20201218003.

XU Hao,JIANG Xinxiong,LIU Zhicheng,et al.Probability Prediction Based Risk Assessment and Proactive Regulation and Control Strategy for Static Operation Safety of Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):182-191. DOI： 10.7500/AEPS20201218003.

摘要

近年来，随着电网互联层级和规模的高速发展以及新能源、电力电子设备的大规模接入，电力系统的不确定性和调控需求都在持续增加。为解决当前电网调度控制方式基于联络线越限等经验特征量异常触发、缺乏主动性和预见性调控手段的问题，提出了一种基于概率预测的电网安全运行风险评估及主动调控方法。首先，构建了基于长短期记忆网络和支持向量机的滚动概率预测模型。然后，从充裕度的角度建立了常见风险事件的严重度函数，从而实现对关键元件的越限概率预测，并计算得到量化风险以形成触发机制，实现电力系统面对风险事件的主动调控。最后，在IEEE 39节点系统上结合中国某省电网的实际负荷数据进行仿真，计算结果验证了所提方法和模型能够实现提前主动调控，有效规避安全运行风险。

Abstract

In recent years

the level and scale of power grid interconnection have developed rapidly

integration the uncertainty and the regulation and control requirement of the power system keep increasing with the large-scale integration of new energy and power electronic equipment. The current power grid regulation and control method has the problems such as dependence on the abnormal triggering of the experience characteristic quantity and the lack of the regulation and control means for proactivity and predictability based on the out-of-limit of the tie line. In order to solve the problems

a method of risk assessment and proactive regulation and control is proposed for power grid operation safety based on probability prediction. Firstly

a rolling probability prediction model based on long short-term memory (LSTM) network and support vector machine (SVM) is constructed. Then

the severity function of common risk events is established from the perspective of sufficiency to achieve the over-limit probability prediction of key elements. Also

the quantitative risk is calculated to form a trigger mechanism so that the proactive regulation and control of the power system for risk events is realized. Finally

a simulation is carried out on the IEEE 39-bus system combined with the actual load data of a certain provincial power grid in China. The calculation results verify that the proposed method and model can realize the proactive regulation and control in advance and effectively avoid the risks of safe operation.

关键词

Keywords

references

周孝信，鲁宗相，刘应梅，等 . 中国未来电网的发展模式和关键技术［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 29 ）： 4999 - 5008 .

ZHOU Xiaoxin ， LU Zongxiang ， LIU Yingmei ， et al . Development models and key technologies of future grid in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 29 ）： 4999 - 5008 .

曹军威，杨明博，张德华，等 . 能源互联网——信息与能源的基础设施一体化［J］. 南方电网技术， 2014 ， 8 （ 4 ）： 1 - 10 .

CAO Junwei ， YANG Mingbo ， ZHANG Dehua ， et al . Energy internet： an infrastructure for cyber-energy integration ［J］. Southern Power System Technology ， 2014 ， 8 （ 4 ）： 1 - 10 .

杨胜春，汤必强，姚建国，等 . 基于态势感知的电网自动智能调度架构及关键技术［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 1 ）： 3635 - 3641 .

YANG Shengchun ， TANG Biqiang ， YAO Jianguo ， et al . Architecture and key technologies for situational awareness based automatic intelligent dispatching of power grid ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 1 ）： 3635 - 3641 .

孙元章，吴俊，李国杰，等 . 基于风速预测和随机规划的含风电场电力系统动态经济调度［J］. 中国电机工程学报， 2009 ， 29 （ 4 ）： 41 - 47 .

SUN Yuanzhang ， WU Jun ， LI Guojie ， et al . Dynamic economic dispatch considering wind power penetration based on wind speed forecasting and stochastic programming ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2009 ， 29 （ 4 ）： 41 - 47 .

沙熠，邱晓燕，宁雪姣，等 . 协调储能与柔性负荷的主动配电网多目标优化调度［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1394 - 1399 .

SHA Yi ， QIU Xiaoyan ， NING Xuejiao ， et al . Multi-objective optimization of active distribution network by coordinating energy storage system and flexible load ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1394 - 1399 .

鲁文，杜红卫，丁恰，等 . 智能配电网优化调度设计及关键技术［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 3 ）： 1 - 6

LU Wen ， DU Hongwei ， DING Qia ， et al . Design and key technologies of optimal dispatch for smart distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 1 - 6 .

刘权莹，李俊娥，倪明，等 . 电网信息物理系统态势感知：现状与研究构想［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 19 ）： 9 - 21 .

LIU Quanying ， LI Jun’e ， NI Ming ， et al . Situation awareness of grid cyber-physical system： current status and research ideas ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 19 ）： 9 - 21 .

王成山，罗凤章，张天宇，等 . 城市电网智能化关键技术［J］. 高电压技术， 2016 ， 42 （ 7 ）： 2017 - 2027 .

WANG Chengshan ， LUO Fengzhang ， ZHANG Tianyu ， et al . Review on key technologies of smart urban power network ［J］. High Voltage Engineering ， 2016 ， 42 （ 7 ）： 2017 - 2027 .

黄蔓云，卫志农，孙国强，等 . 基于历史数据挖掘的配电网态势感知方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1139 - 1145 .

HUANG Manyun ， WEI Zhinong ， SUN Guoqiang ， et al . A novel situation awareness approach based on historical data-mining model in distribution networks ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1139 - 1145 .

李柏青，刘道伟，秦晓辉，等 . 信息驱动的大电网全景安全防御概念及理论框架［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5796 - 5805 .

LI Baiqing ， LIU Daowei ， QIN Xiaohui ， et al . Concept and theory framework of panoramic security defense for bulk power system driven by information ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5796 - 5805 .

徐成，梁睿，程真何，等 . 面向能源互联网的智能配电网安全态势感知［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 6 ）： 13 - 18 .

XU Cheng ， LIANG Rui ， CHENG Zhenhe ， et al . Security situation awareness of smart distribution grid for future energy internet ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 6 ）： 13 - 18 .

朱乔木，党杰，陈金富，等 . 基于深度置信网络的电力系统暂态稳定评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 3 ）： 735 - 743 .

ZHU Qiaomu ， DANG Jie ， CHEN Jinfu ， et al . A method for power system transient stability assessment based on deep belief networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 735 - 743 .

戴远航，陈磊，张玮灵，等 . 基于多支持向量机综合的电力系统暂态稳定评估［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1173 - 1180 .

DAI Yuanhang ， CHEN Lei ， ZHANG Weiling ， et al . Power system transient stability assessment based on multi-support vector machines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1173 - 1180 .

胡伟，郑乐，闵勇，等 . 基于深度学习的电力系统故障后暂态稳定评估研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3140 - 3146 .

HU Wei ， ZHENG Le ， MIN Yong ， et al . Research on power system transient stability assessment based on deep learning of big data technique ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3140 - 3146 .

段斌，陈明杰，李辉，等 . 基于电能质量态势感知的分布式发电主动运行决策方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 21 ）： 176 - 181 .

DUAN Bin ， CHEN Mingjie ， LI Hui ， et al . Decision method of proactive operation for distributed generation based on power quality situation awareness ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 21 ）： 176 - 181 .

MCCALLEY J D ， VITTAL V ， ABI-SAMRA N . An overview of risk based security assessment ［C］// IEEE PES Summer Meeting ， July 18-22 ， 1999 ， Edmonton， Canada .

KIRSCHEN D S ， JAYAWEERA D . Comparison of risk-based and deterministic security assessments ［J］. IET Generation， Transmission and Distribution ， 2007 ， 1 （ 4 ）： 527 - 533 .

MCCALLEY J D ， FOUAD A A ， VITTAL V ， et al . A risk-based security index for determining operating limits in stability-limited electric power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1997 ， 12 （ 3 ）： 1210 - 1219 .

NI M ， MCCALLEY J D ， VITTAL V ， et al . Online risk-based security assessment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2003 ， 18 （ 1 ）： 258 - 265 .

呼士召，潮铸，钟华赞，等 . 电网调度操作的风险后果值建模及应用［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 7 ）： 54 - 60 .

HU Shizhao ， CHAO Zhu ， ZHONG Huazan ， et al . Modeling and application of power grid dispatching operation risk consequences ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 7 ）： 54 - 60 .

陈为化，江全元，曹一家，等 . 电力系统电压崩溃的风险评估［J］. 电网技术， 2005 ， 29 （ 19 ）： 6 - 11 .

CHEN Weihua ， JIANG Quanyuan ， CAO Yijia ， et al . Risk assessment of voltage collapse in power system ［J］. Power System Technology ， 2005 ， 29 （ 19 ）： 6 - 11 .

史慧杰，葛斐，丁明，等 . 输电网络运行风险的在线评估［J］. 电网技术， 2005 ， 29 （ 6 ）： 43 - 48 .

SHI Huijie ， GE Fei ， DING Ming ， et al . Research on online assessment of transmission network operation risk ［J］. Power System Technology ， 2005 ， 29 （ 6 ）： 43 - 48 .

邱威，张建华，刘念，等 . 计及运行风险的多目标发电优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2012 ， 32 （ 22 ）： 64 - 72 .

QIU Wei ， ZHANG Jianhua ， LIU Nian ， et al . Multi-objective optimal generation dispatch with consideration of operation risk ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2012 ， 32 （ 22 ）： 64 - 72 .

余贻鑫，王东涛 . 输电系统动态安全风险评估与优化［J］. 中国科学， 2009 ， 39 （ 2 ）： 286 - 292 .

YU Yixin ， WANG Dongtao . Dynamic security risk assessment and optimization of transmission systems ［J］. Science in China ， 2009 ， 39 （ 2 ）： 286 - 292 .

陈为化 . 基于风险的电力系统静态安全分析与预防控制［D］. 杭州：浙江大学， 2007 .

CHEN Weihua . Risk-based security analysis and preventive control in power system ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2007 .

JIANG Y ， MCCALLEY J D ， VOORHIS T V . Risk-based resource optimization for transmission system maintenance ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2006 ， 21 （ 3 ）： 1191 - 1200 .

DU M ， GAO H ， LI L ， et al . Power grid security risk assessment based on the comprehensive element influence index ［J］. Earth and Environmental Science ， 2019 ， 227 （ 3 ）： 032018 .

DONG M ， NASSIF A B ， LI B . A data-driven residential transformer overloading risk assessment method ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 34 （ 1 ）： 387 - 396 .

HUANG K ， ZHOU C ， TIAN Y C ， et al . Application of Bayesian network to data-driven cyber-security risk assessment in SCADA networks ［C］// 27th International Telecommunication Networks and Applications Conference ， November 22-24 ， 2017 ， Melbourne， Australia .

THAMS F ， VENZKE A ， ERIKSSON R ， et al . Efficient database generation for data-driven security assessment of power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 35 （ 1 ）： 30 - 41 .

SHI X ， QIU R ， MI T B ， et al . Adversarial feature learning of online monitoring data for operational risk assessment in distribution networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 975 - 985 .

LIU S ， LIU L ， FAN Y ， et al . An integrated scheme for online dynamic security assessment based on partial mutual information and iterated random forest ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 3606 - 3619 .

SUTSKEVER I ， VINYALS O ， LE Q V . Sequence to sequence learning with neural networks ［C］// Advances in Neural Information Processing Systems ， December 8-13 ， 2014 ， Montreal， Canada .

郑含博，王伟，李晓纲，等 . 基于多分类最小二乘支持向量机和改进粒子群优化算法的电力变压器故障诊断方法［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 11 ）： 3424 - 3429 .

ZHENG Hanbo ， WANG Wei ， LI Xiaogang ， et al . Fault diagnosis method of power transformers using multi-class LS-SVM and improved PSO ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 11 ）： 3424 - 3429 .

周艳真，吴俊勇，于之虹，等 . 用于电力系统暂态稳定预测的支持向量机组合分类器及其可信度评价［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1188 - 1196 .

ZHOU Yanzhen ， WU Junyong ， YU Zhihong ， et al . Support vector machine ensemble classifier and its confidence evaluation for transient stability prediction of power systems ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1188 - 1196 .

LIN C J . A comparison of methods for multiclass support vector machines ［J］. IEEE Transactions on Neural Networks ， 2002 ， 13 （ 4 ）： 1026 - 1027 .

周志华 . 机器学习［M］. 北京：清华大学出版社， 2016 .

ZHOU Zhihua . Machine learning ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2016 .

NICULESCUMIZIL A ， CARUANA R . Predicting good probabilities with supervised learning ［C］// International Conference on Machine Learning ， August 7-11 ， 2005 ， Bonn， Germany .

MURPHY K P . Machine learning： a probabilistic perspective ［M］. Cambridge， USA ： MIT Press ， 2012 .

KUTLU GÜNDOĞDU F ， KAHRAMAN C . A novel spherical fuzzy analytic hierarchy process and its renewable energy application ［J］. Soft Computing ， 2020 ， 24 （ 6 ）： 4607 - 4621 .

FORMAN E H ， GASS S I . The analytic hierarchy process： an exposition ［J］. Operations Research ， 2001 ， 49 （ 4 ）： 469 - 486 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于数据驱动的风电机组状态监测与故障诊断技术综述

基于输入更新长短期记忆网络的调度自适应学习模型

基于数据驱动的太阳辐射估计和预测研究与展望