一种电网每日运行评价方法.pdf

本发明公开了一种电网每日运行评价方法，属于电力系统调度运行控制技术领域。该方法包括：构建每日电网调度运行评价指标集合，该指标集合包括运行的安全性、经济性、公平性和环保性指标四个方面；按照构建的评价指标采集电网每日运行的相应数据对每个指标进行计算；对计算的指标结果进行综合，对电网每日运行的结果进行评价。本发明将电网运行的评价限定于每日范围内，对电网运行效果的评价更有针对性，能够为电网运行人员制定调度运行策略提供参考，提高电网运行的安全性、经济性、公平性和环保性。

1.  一种电网每日运行评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：构建每日电网调度运行评价指标集合，该指标集合包括运行的安全性、经济性、公平性和环保性指标四个方面；
B：按照步骤A构建的评价指标采集电网每日运行的相应数据对每个指标进行计算；
C：对步骤B中计算的指标结果进行综合，对电网每日运行的结果进行评价。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的运行的安全性方面指标中具体包括包括计划安全、运行安全、合格性和设备安全和电网安全四个类别；其中在安全性指标中的主要断面最大负载率为相应的线路、变压器或断面的最大负载率，计算分别如下式(1)，(2)和(3)所示；

上式中，P_imax为第i个断面能承受的最大负载，P_i为第i个断面在某个统计时段的负载，Ω为选定的主要断面集；对于不同的电网而言，主要断面的选取根据电网的实际情况选定；

上式中，P_imax为第i个变压器能承受的最大负载，P_i为第i个变压器在某个统计时段的负载，Ω为选定的统计的变压器集；

上式中，P_imax为第i条线路能承受的最大负载，P_i为第i条线路在某个统计时段的负载，Ω为统计的线路集。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的经济性方面指标中包括设备利用率、负荷水平和收益三个类别，其中，负载率指标采用相应的线路、变压器平均负载率，其计算如式(4)和(5)所示：

上式中，P_imax为第i条线路能承受的最大负载，P_i为第i条线路在某个统计时段的负载，Ω为选定的线路集；

上式中，P_imax为第i个变压器能承受的最大负载，P_i为第i个变压器在某个统计时段的负载，Ω为选定的统计的变压器集；
经济性方面的抽蓄机组加权电量指标的计算方法如下式(6)：

式中，P_pi是抽蓄机组在时刻i的出力，取发电为正值，α_i为权重值，取值根据电网的负荷曲线按下式(7)确定；


4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的公平性方面指标包括发电计划进度指标，发电利用小时排序指标，发电负荷率指标和每日计划调整合理度指标；
其中，定义发电计划进度均衡度指标：用来对机组的发电计划进度进行评价，其计算如下式(8)：

发电利用小时排序指标用发电利用小时均衡度指标进行综合评价，其计算如式

每日计划调整合理度指标用于评价在现有进度已经不甚合理的情况下做出调整的合理性；该指标计算方式如式(10)：

则应当考虑M_i与的趋势是否一致，即：分别对M_i与进行排序，对应的序号分别为SortM_i和SortN_i，定义一致性指标如下式(11)：

即为发电量排序与已完成年度计划比例的倒数排序序号之差绝对值之和。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的环保性方面的指标包括清洁能源使用、资源消耗和污染物排放四个类别。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C采用层次分析法确定指标权重，用TOPSIS方法进行综合实现对每日运行状况的评价。

一种电网每日运行评价方法
技术领域
本发明属于电力系统调度运行控制技术领域，特别涉及一种电网每日运行评价方法。
背景技术
对电网评价方法的研究一直以来都是研究的热点之一。目前来看对于电网运行的评价方法大多集中在对电网的长期评价上，已有的对电网评价方法的研究的目标或是比较不同电网规划方案的优劣，起到规划决策的作用；或是对电网长期的运行情况进行宏观评价，指导未来电网的规划运行，很少有研究对电网每日运行评价方法进行讨论。
对于电网的评价的侧重点来看，对电网运行的安全性和经济性评价一直以来都是评价研究的重点，在安全性方面，一般考虑的指标有N-1通过率、N-2通过率、短路电流水平、断面负载率、有功裕度、无功裕度、电压合格率、频率合格率、负荷预测合格率、事故次数等，不同的评价方法中，因为评价对象、目的不同，选用的安全性评价的指标也有所差异；在经济性评价方面，一般考虑的指标有售电收入、利润率、线损率、峰谷差、最大负荷利用小时数等，同样的，经济性方面评价指标的选取也因为评价对象和目的的不同在各个不同的评价方法中选取的指标会有所差异；对电网运行公平性的评价目前在相关研究中较为少见，相关评价指标只在《国家电网“三公”调度管理规定》中有所提及，但主要考虑的是从发电计划进度指标、发电利用小时排序指标和发电负荷率指标三个指标对每个电厂的发电情况分别进行评价；对电网环保性的评价目前随着“低碳”概念的兴起，研究的热度也越来越高，选取的评价指标包括清洁能源发电占比、清洁能源发电量、煤耗、各种污染物的排放量等，不同的评价方法中对这些指标的考虑方式也有所不同。
目前对电网调度运行人员而言，缺乏对电网每日运行的评价，不能及时了解实际电网每天的运行状态，因此对当天电网的调度运行方式是否有进一步改进的空间没有明确依据，不能有针对性指导电网实现更安全、经济、公平和环保地优化运行。
发明内容
本发明的目的是对现有电网评价体系中尚未考虑每日运行的评价的不足之处，，提出一种电网每日运行评价方法，实现对电网每日运行效果的评价，并可通过对每日运行评价 结果的分析为电网的安全、经济、公平和环保节能优化运行提供指导。
本发明提出的一种电网每日运行评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：构建每日电网调度运行评价指标集合，该指标集合包括运行的安全性、经济性、公平性和环保性指标四个方面；
B：按照步骤A构建的评价指标采集电网每日运行的相应数据对每个指标进行计算；
C：对步骤B中计算的指标结果进行综合，对电网每日运行的结果进行评价。
本发明的有益效果
本发明提出的电网每日运行评价方法，从电网调度运行的实际需求出发，提出了一套适用于电网每日运行评价的指标体系，可以实现对电网每日运行在安全性、经济性、公平性和环保性四个方面的综合评价，具体的评分结果利于电网调度运行人员了解实际电网每天的运行状态，从而方便找出运行较好的典型日，更进一步可以通过对比分析讨论当前的调度运行方式是否有进一步改进的空间，为电网的优化运行提供指导。
附图说明
图1是本发明所述电网每日运行评价指标体系构建及评价方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提出一种电网每日运行评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：构建每日电网调度运行评价指标集合，该指标集合包括运行的安全性、经济性、公平性和环保性指标四个方面；分别说明如下：
安全性指标包括计划安全、运行安全、合格性和设备安全和电网安全四个类别，其中计划安全包括N-1通过率，主要断面的N-2通过率和短路电流超标率三个指标；运行安全包括主要断面负载率、主要断面负载均衡度、旋转备用率、无功裕度、220kV以上线路跳闸重合不成功次数、220kV以上线路继电保护正确动作率、220kV以上变压器最大负载率、220kV以上线路最大负载率、发电机跳机次数、发电机跳机停运小时数十个指标；合格性包括电压合格率、频率合格率和负荷预测合格率三个指标；电网安全和设备安全包括电网事故数、设备事故数、人身死亡数和人身重伤数四个指标。各指标的具体的计算方式如下：
N-1通过率：
N-1通过率用以检验电网是否能够满足第一级安全稳定标准的要求，本发明中的N-1通过率指标统计指定元件的N-1通过率；
计算公式如式(1)：

根据采集电网公司每天给出N-1通过率得到。
主要断面N-2通过率：
主要断面N-2通过率用以检验电网的第二级安全稳定标准，
计算公式如式(2)：

根据采集电网公司每天给出N-2通过率的计算值得到；
短路电流超标率
短路电流超标率为指定被统计的母线中统计短路电流超标的母线占全部统计母线的比例，电流超标标准为330kV及以上的母线统计大于50kA，220kV母线大于40kA；
计算公式如式(3)：

根据采集电网公司每天给出短路电流超标率的计算值得到；
主要断面负载率
用于统计指定的主要断面的负载(由于一天中各个时段断面的负载率不一样，同时考虑到有不同断面需要统计)，在安全性指标中主要断面负载率取主要断面最大负载率；
计算公式如式(4)：

式中，P_imax为第i个断面能承受的最大负载，P_i为第i个断面在某个统计时段的负载，Ω为选定的主要断面集；对于不同的电网而言，主要断面的选取根据电网的实际情况选定；
主要断面负载均衡度：
用于统计各断面负载率的均衡程度，所取值应为指定被统计的主要断面一天96个点数据计算出来的负载均衡度的最大值；
计算公式如(5)：

旋转备用率：
用于考虑正负备用，为利用一天96点的各发电机出力数据和发电机容量计算旋转备用率的正负备用的最小值；
计算公式如式(6)：

式中，P_imax为在某个统计点第i台开机的发电机能够发出的最大有功功率，P_imin为在某个统计点第i台开机的发电机能够发出的最小有功功率，P_i为某个统计点第i台发电机实际发出的有功功率，Ω为某个统计点开机的发电机集；最后取正负旋转备用率中的最小值。
无功裕度：
用于考虑无功的就地平衡因素，利用一天96点的各发电机无功出力数据和发电机无功容量，分区计算无功裕度的最小值，再取所有分区无功裕度的最小值。
计算公式如式(7)：

式中，Q_imax为在某个统计点第i台开机的发电机能够发出的最大无功功率，Q_i为某个统计点第i台发电机实际发出的无功功率，Ω_i为某个分区统计点开机的发电机集，Ω为分区集合；
220kV以上线路故障重合闸不成功数：
通过统计一天中220kV及以上线路发生故障重合闸不成功次数得到，该指标可以反映电网一天中发生故障的情况；
220kV及以上线路线路继电保护正确动作率：
根据统计一天中在220kV线路发生故障时，继电保护正确动作的比例得到，
计算公式如式(8)：

220kV以上变压器最大负载率：
用于统计主要变压器(220kV以上)的负载(由于一天中各个时段变压器的负载率不一样，同时考虑到有不同变压器需要统计)，在安全性指标中变压器负载率统计变压器最大负载率；
计算公式如式(9)：

式中，P_imax为第i个变压器能承受的最大负载，Pi为第i个变压器在某个统计时段的负载，Ω为选定的统计的变压器集；
220kV及以上线路最大负载率：
用于统计主要线路(220kV及以上)的负载(由于一天中各个时段线路的负载率不一样，同时考虑到有不同线路需要统计)在安全性指标中线路负载率统计线路最大负载率。
计算公式如式(10)：

式中，P_imax为第i条线路能承受的最大负载，Pi为第i条线路在某个统计时段的负载，Ω为统计的线路集；
发电机跳机事故数：
统计一天中发电机跳机数(包括火电、水电、风电、生物质能电站和抽蓄电站)得到；
发电机跳机停运小时数：
统计一天中发电机跳机(包括火电、水电、风电、生物质能电站和抽蓄电站)停运小时数得到；
电压合格率：
电压合格率根据各观测点每天96点采样数据中电压合格的点数与总采样点数计算得到；
计算公式如式(11)：

通过采集电网给出的每天电压合格率值得到；
频率合格率：
频率合格率根据各观测点每天96点采样数据中频率合格的点数与总采样点数计算得到，频率合格率取(50±0.1Hz)的频率合格率；
计算公式如式(12)：

日负荷预测合格率
日负荷预测合格率根据各观测点每天96点采样数据中负荷预测准确的点数与总采样点数计算得到，日负荷预测值采用日前预测的结果，
计算公式如式(13)：

通过采集电网公司每天给出的日负荷预测合格率得到；
电网事故次数：
采用根据《国家电网公司电力生产事故调查规程》定义的一般电网事故、重大电网事故和特大电网事故总数；
设备事故次数
采用根据《国家电网公司电力生产事故调查规程》定义的一般设备事故、重大设备事故和特大设备事故总数；
人身死亡数：
采用根据《国家电网公司电力生产事故调查规程》定义的造成人员死亡的人数；
采用人身重伤数
采用根据《国家电网公司电力生产事故调查规程》定义的造成人员重伤的人数；经济性方面包括设备利用率、负荷水平和收益三个类别，其中设备利用率包括220kV及以上线路的平均负载率、220kV及以上变压器的负载率两个指标；负荷水平包括日均负荷率、峰谷差和抽蓄机组加权电量三个指标；收益水平包括平均购电电价和网损两个指标；各指标的具体计算方式如下：
220kV及以上线路平均负载率
用于统计线路的负载率。由于一天中各个时段线路的负载率不一样，同时考虑到有不同线路需要统计，所以线路负载率统计线路平均负载率，计算公式如式(14)：

式中P_imax为第i条线路能承受的最大负载，P_i为第i条线路在某个统计时段的负载，Ω为选定的线路集；
220kV及以上变压器平均负载率
用于统计主要变压器的负载。由于一天中各个时段变压器的负载率不一样，同时考虑到有不同变压器需要统计，所以变压器负载率统计变压器平均负载率；计算公式如式(15)：

式中P_imax为第i个变压器能承受的最大负载，P_i为第i个变压器在某个统计时段的负载，Ω为选定的统计的变压器集；
日均负荷率
日均负荷率为日均负荷与最大负荷的比值，日负荷率越大，说明一天中负荷水平越稳定，对电网的经济性越有利；计算公式如式(16)：

峰谷差
峰谷差为一天96点数据中电网负荷最大值与最小值之差。峰谷差越小，说明一天中系统的负荷水平越稳定，对电网运行的经济性更有利；计算公式如式(17)：
日峰谷差＝日最大负荷-日最小负荷          (17)
抽蓄机组的加权电量
抽蓄机组的使用能够减小电网的峰谷差，有利于系统运行的经济性，通过抽蓄机组的加权电量来考虑抽蓄机组对于经济性的影响，加权电量的计算方式如式(18)：

在上式中，P_pi是抽蓄机组在时刻i的出力(取发电为正值)，α_i为权重值，取值根据电网的负荷曲线按下式(19)确定：

平均购电电价指标为水电、火电、风电、外送电的电价的加权平均值。
网损指标是电网在输送电能过程中网络所消耗的电量，可以用购电量和售电量之差表示。一般取EMS的统计值。
本发明的公平性方面选取的指标除了《国家电网“三公”调度管理规定》中提出的发电计划进度指标，发电利用小时排序指标，发电负荷率指标这三个指标外，还新增了每日计划调整合理度指标，一共四个指标；具体计算方式如下：
发电计划进度指标，用于对各类发电厂发电计划进度情况进行分别评价，其中非供热电厂按照发电计划单元可调利用率偏差与省域内机组平均可调利用率偏差的差值进行评价，指标正常范围按照±3％确定；与非供热电厂相比，供热电厂的指标在不同时段可小幅调整，按照一季度末适当超前，二季度末相当，三季度末适当滞后的原则进行评价。
发电计划单元可调利用率偏差的计算公式如式(20)：
发电计划单元可调利用率偏差(％)＝发电计划单元实际可调利用率-发电计划单元计划可调利用率 (20)
上式中相应的每项计算公式如式(21)：

省域内机组平均可调利用率偏差的计算公式如式(22)：
省域内机组平均可调利用率偏差(％)＝省域内机组平均实际可调利用率-省域内机组平均计划可调利用率 (22)
上式中相应的每项计算公式如式(23)：

定义发电计划进度均衡度指标：用来对机组的发电计划进度进行评价，其计算方法如下式(24)所示：

发电计划进度指标统计的是每个机组从每年1月1日开始到现在所完成的年度计划的累计值。
发电利用小时排序指标，用发电利用小时均衡度指标进行综合评价：
按照年度发电计划利用小时、外送交易利用小时、电网约束利用小时分别对大小机组利用小时排序进行评价，即不得因调度自身原因导致前述利用小时倒挂极差扩大。
发电机组利用小时的计算公式如式(25)：

省域内发电机组平均利用小时的计算公式如式(26)：

定义发电利用小时均衡度指标来对发电利用小时排序指标进行综合评价，如下式(27)：

发电利用小时均衡度指标属于越小越好型指标，发电利用小时均衡度值越小，说明各个机组的发电利用小时数越均衡。为考虑600MW机组的利用小时数要大于300MW机组的利用小时数这一要求，则可以按下式(28)对发电利用小时均衡度进行考虑：


即对600MW机组的发电利用小时数乘以一个小于1的系数，对300MW机组的发电利用小时数乘以一个大于1的系数(系数具体取值可以根据电网的实际情况进行调整)，然后再计算发电利用小时均衡度指标，即可保证在发电利用小时均衡度指标取理想值0的情况下600MW机组的发电利用小时数要大于300MW机组。
发电负荷率指标
由于机组发电负荷率受用电负荷率、电源结构等因素影响较大，因此以省域内机组平均发电负荷率与省域内用电负荷率之差进行评价；
机组发电负荷率计算公式如式(29)：

省内机组平均发电负荷率的计算公式如式(30)：

省域内用电负荷率以96点日负荷曲线数据计算得到。
对发电负荷率指标，在每日评价时考虑每日的省域内机组平均发电负荷率与每日省域内用电负荷率之差。省域内用电负荷率计算用日均用电负荷率计算。
每日计划调整合理度指标
用于评价在现有进度已经不甚合理的情况下做出调整的合理性(即若发电计划单元i当日之前已完成年度电量计划比例为P_i，发电计划单元j当日之前已完成年度电量计划的比例为P_j，若两者差异较大，则当日发电量应当体现与之对应的调整。)；
计算方式如式(31)。

则应当考虑M_i与的趋势是否一致，即：分别对M_i与进行排序，对应的序号分别为SortM_i和SortN_i，定义一致性指标如下式(32)：

即为发电量排序与已完成年度计划比例的倒数排序序号之差绝对值之和；
环保性方面的指标包括清洁能源使用、资源消耗和污染物排放四个类别，其中清洁能源使用包括清洁能源发电占比和清洁能源发电量两个指标，资源消耗包括火电平均煤耗和水电站发电耗水率两个指标，污染物排放包括单位电量二氧化硫排放量、单位电量氮氧化物排放量、单位电量粉尘排放量和单位电量固体废物排放量四个指标；具体计算方法说明如下：
清洁能源发电占比指标
用于考虑清洁能源电网总的能源结构中的比例，清洁能源主要包括水电、风电、太阳能、生物质能等；清洁能源发电占比越高，电网的环保要求越好，计算公式如式(33)：

清洁能源发电量指标
用于统计清洁能源发电量。清洁能源的发电量越多，对环保性也越好。
火电平均煤耗指标
用于统计每天火电发电的平均煤耗，来评价火电机组的效率。火电机组的平均煤耗越低对环保约有利。
水电站发电耗水率指标
该指标用于表示水电站对水资源的利用效率，计算公式如式(34)：

单位电量二氧化硫排放量指标为：
统计一天中二氧化硫污染物排放量。二氧化硫排放量折算到每度电的二氧化硫排放量。
单位电量氮氧化物排放量指标为：
统计一天中氮氧化物污染物排放量。氮氧化物排放量折算到每度电的氮氧化物排放量。
单位电量粉尘排放量指标为：
统计一天中粉尘排放量。粉尘排放量再折算到每度电的粉尘排放量。
单位电量固体废物排放量指标为：
统计一天中固体废物排放量。固体废物排放量再折算到每度电的固体废物排放量。
上述各评价指标集合如下表1所示。
表1电网每日运行评价指标集合


B：按照步骤A构建的评价指标采集电网每日运行的相应数据对每个指标进行计算；
C：对步骤B中计算的指标结果进行综合，对电网每日运行的结果进行评价。
对指标值进行综合的方法很多，在本实施方式中给出用层次分析法确定指标权重，用TOPSIS方法进行综合实现对每日运行状况的评价；具体步骤如下：
(C-1)用层次分析法确定各个指标在进行综合时的权重(采用层次分析法的步骤)；本实施方式进行综合，先确定安全性、经济性、公平性和环保性指标各个方面类别的权重，再确定同种类别中各个指标的权重，最终根据每个方面指标的综合权重得分作为评定值， 具体结果如下表2所示(具体实施过程中可以根据评价的侧重点需要对各个指标的权重进行修改)。
表2层次分析法确定的各个指标的权重


在进行指标综合评定得分时，对于电网安全和设备安全指标，，如果电网运行或者设备运行在当天发生了事故，则当天的安全性各指标的得分直接赋值为0。
(C-2)在确定了各个指标的权重后，在进行进一步综合前，需要先确定每个指标的均值、正理想解和负理想解。均值具体选取方式选为前一年度(时间范围可以根据需要进行修改)各个指标加权重后的每日值的平均值。正理想解和负理想解则可以统计过去一年(时间范围可以根据需要进行修改)内指标的最佳值和最差值作为正理想解和负理想解。(C-3)采用均值化方法对指标计算结果进行无量纲化处理，对于变量x_ij，若其均值为则均值化方法即令：
yij=xijx‾j---(35)]]>
(C-4)采用TOPSIS方法对安全性、经济性、环保性和公平性四个方面的每日运行效果进行评分。四个方面指标的评分结果利用雷达图进行展示。
采用本发明方法，调度运行人员可以通过对不同日期的各个方面指标的得分的对比分析出对于电网运行有利的场景，从而指导电网的调度运行，提高电网运行的安全性、经济性、公平性和环保性。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。