基于可行度的配电网故障仿真培训评价方法

技术领域

本发明涉及配电网调度员培训仿真领域，具体来说是一种基于可行度的配电网故障仿真培训评价方法。

背景技术

随着智能电网的发展，配电网的建设规模日趋扩大，监控设备日趋增多，运行流程日趋复杂。为确保供电质量的安全性、经济性和可靠性，对电网调度运行人员的专业水平提出了更高的要求。

调度员培训仿真系统作为调度运行人员日常培训与事故反演的重要手段被广泛应用。而对调度学员的水平及培训过程给出合理的评价一直是调度员培训仿真的难点。目前调度员培训仿真系统主要包括两类，一种是变电站培训仿真系统，另一种是电网培训仿真系统。其评分方法主要包括人工干预评分法、传统加减分法，人工智能匹配法等。

配网调度员培训仿真系统有其自身的特点，其既不同于变电站培训仿真的保护独立性，也不同于主网调度员培训仿真的保护复杂性。当故障恢复及正常情况下倒负荷时，需要进行频繁的负荷转供操作。申请号为2017104173376的专利申请文件中，已经公开一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法，有必要研究一种适合于配电网故障情况下的调度员仿真培训评价方法，能够对调度员隔离及转供非标准操作进行容错处理，并能有效反映调度员培训中的操作过程及业务水平，以便更好的指导调度员日常培训与事故反演工作，确保配电网安全、经济、高效、可靠运行。

发明内容

本发明的目的在于解决配电网故障仿真培训自动评价问题，结合配电网特点，给出一种基于可行度的配电网故障仿真培训评价方法。

用于实现上述目的的技术方案如下：

一种基于可行度的配电网故障仿真培训评价方法，该方法包括如下步骤：

(1)建立故障处理轨迹阵FHTM记录调度员故障处理操作顺序与操作信息，并由该矩阵生成实时主动隔离范围集RAIS和实时被动隔离范围集RPIS；

(2)建立故障处理结果可行度指标FHRF对调度员故障处理结果可行性进行综合评价；

(3)建立防误操作正确性评价指标AMCE对调度员故障处理操作进行防误评价；

(4)建立操作过程简洁性评价指标OPCE对调度员故障处理简洁性进行综合评价；

(5)建立故障处理综合可行度指标对调度员配电网故障仿真培训进行综合评价。

建立故障处理轨迹阵FHTM描述调度员故障处理过程中设备的操作顺序与操作信息，具体为：

其中，第1列为操作设备名称；第2列为设备操作状态，1表示合闸，0表示分闸；第3列为设备操作时间间隔，由本步操作与下一步临界操作的时间差决定，单位为秒；第4列为停送电普通负荷数，包括合闸送电的普通负荷数和分闸停电的普通负荷数，其中送电普通负荷数用正数表示，停电普通负荷数用负数表示。第5列为停送电重要负荷数，其中送电重要负荷数用正数表示，停电重要负荷数用负数表示；第6列为停送电负荷量，其中送电负荷量用正数表示，停电负荷量用负数表示；n为调度员故障处理操作步骤数，也即操作设备数。

建立故障隔离范围可行度指标FIRF对调度员故障隔离范围进行可行性评价。

对于上游相含、相同、下游相含三种无被动隔离范围的情况，其故障隔离范围可行度FIRF描述为：

FIRF＝card(SAIS)/card(RAIS)

其中，card(X)表示集合X的元素个数。集合SAIS为标准主动隔离范围集，为非空集合，RAIS为实时主动隔离范围集。

对于上游相离、上游相交、下游相离、下游相交四种导致故障点下游或故障点上游产生被动隔离范围的情况，因实时被动隔离范围集RPIS包括了标准主动隔离范围集SAIS和故障扩大的隔离范围集两部分，故此其故障隔离范围可行度FIRF描述为：

FIRF＝e^{-card(RPIS-SAIS)}

对于分支相离导致故障点上下游皆产生被动隔离范围的情况，因其处理结果完全错误，故此规定其故障隔离范围可行度FIRF为0。

建立故障处理影响可行度指标FHIF对调度员故障处理产生的影响进行可行性评价，具体描述为：

FHIF＝1/3(GLLE+CLLE+LLE)

其中GLLE为普通负荷失电评价，CLLE为重要负荷失电评价，LLE为负荷量失电评价。

运用故障处理轨迹阵FHTM描述GLLE为：

其中，AG为馈线所含普通负荷总数，gl为教练员设定的故障处理失电普通负荷数标准值，i＝1,2,…n，为故障处理轨迹阵FHTM行数。

重要用户包括保电用户、敏感用户、生命线用户、政府公共事业用户等，其虽然数量不多但失电的影响却巨大，运用故障处理轨迹阵FHTM描述CLLE为：

其中，AC为故障馈线所含重要负荷数，cl为教练员设定的故障处理失电重要负荷数标准值。

运用故障处理轨迹阵FHTM描述LLE为：

其中，AL为故障馈线所带负荷量，ll为教练员设定的故障处理损失负荷量标准值。

建立故障处理结果可行度指标FHRF对调度员故障处理结果可行性进行综合评价，具体为：

FHRF＝FIRF+FHIF-FIRF×FHIF

其中，故障处理结果可行度FHRF的取值范围为(0,1]，其值越大表示调度员故障处理结果越可行，调度员水平越高，评价越好。

建立防误闭锁操作规则表ALRT记录禁止调度员操作的规则，具体为：

ALRT＝[al₁,al₂,ar₃,al₄,al₅,al₆,al₇,al₈]

其中，al₁为带负荷拉合隔离开关；al₂为带电合闸接地开关；al₃为电流越过负荷限值；al₄为电压越切负荷限值；al₅为挂检修牌送电；al₆为挂保电牌停电；al₇为挂接地牌送电；al₈为长时间合环运行。

根据防误闭锁操作规则表ALRT对故障处理轨迹阵FHTM中每步操作及其导致的配电网运行结果进行防误校验，若违反ALRT中的任意一条则表示该步操作违反防误闭锁规范，累计标记为Anum。建立防误操作正确性评价指标AMCE对调度员故障处理操作进行防误评价，具体为：

其中，AMCE的取值范围为(0,1]，其中0表示调度员故障处理操作步骤完全不可行，1表示调度员故障处理操作步骤完全可行。

建立故障处理操作时间评价指标FHTE对调度员故障处理操作时间的简洁性进行评价，具体为：

其中，Bnum为违反单步操作限定时间STime的操作步骤数，LTime为教练员设定的故障处理限定总时间，单位为秒。

建立故障处理操作步骤评价指标FHSE对调度员故障处理操作步骤的简洁性进行评价，具体为：

其中，Cnum为重复操作设备步骤数，LStep为教练员设定的故障处理总步骤限值。

建立操作过程简洁性评价指标OPCE对调度员故障处理简洁性进行综合评价，具体为：

其中，OPCE的取值范围为(0,1]，其值越大表示调度员故障处理步骤越少，处理时间越短，处理过程越简洁。

建立故障处理综合可行度指标FHCF对调度员配电网故障仿真培训进行综合评价，具体为：

其中，FHCF的取值范围为(0,1]，数值越大表示调度员故障处理结果越好，防误操作越正确，操作过程越简洁，故障处理综合水平越高。

申请号为2017104173376的在先申请中，已经公开一种基于隔离信息阵的配电网故障仿真培训建模方法，其中清楚阐述了实时主动隔离范围集RAIS、标准主动隔离范围集SAIS、实时被动隔离范围集RPIS的定义及获得过程，在此不再赘述；另外，申请号为2017104173376的在先申请中也清楚陈述了实时主动隔离范围集RAIS与标准主动隔离范围集SAIS之间的8种关系：上游相离、上游相交、上游相含、相同、下游相含、下游相交、下游相离、分支相离；在此不再赘述。

本发明有益技术效果：通过建立故障处理轨迹阵模型记录调度员故障处理操作顺序与操作信息，并由该矩阵生成主动隔离范围集和实时被动隔离范围集模型；建立故障处理结果可行度指标对调度员故障处理结果可行性进行综合评价；建立防误操作正确性评价指标对调度员故障处理操作进行防误评价；建立操作过程简洁性评价指标对调度员故障处理简洁性进行综合评价；建立故障处理综合可行度指标对调度员配电网故障仿真培训进行综合评价。该方法能够从结果、防误、过程三个方面较为全面的反映调度员故障处理的全过程，具有较好的实用价值。

附图说明

图1为典型配电网络图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细的说明：

一种基于可行度的配电网故障仿真培训评价方法，该方法包括如下步骤：

(1)建立故障处理轨迹阵FHTM记录调度员故障处理操作顺序与操作信息，并由该矩阵生成实时主动隔离范围集RAIS和实时被动隔离范围集RPIS；

建立故障处理轨迹阵FHTM描述调度员故障处理过程中设备的操作顺序与操作信息，具体为：

其中，第1列为操作设备名称；第2列为设备操作状态，1表示合闸，0表示分闸；第3列为设备操作时间间隔，由本步操作与下一步临界操作的时间差决定，单位为秒；第4列为停送电普通负荷数，包括合闸送电的普通负荷数和分闸停电的普通负荷数，其中送电普通负荷数用正数表示，停电普通负荷数用负数表示。第5列为停送电重要负荷数，其中送电重要负荷数用正数表示，停电重要负荷数用负数表示；第6列为停送电负荷量，其中送电负荷量用正数表示，停电负荷量用负数表示；n为调度员故障处理操作步骤数，也即操作设备数。

(2)建立故障处理结果可行度指标FHRF对调度员故障处理结果可行性进行综合评价；

建立故障隔离范围可行度指标FIRF对调度员故障隔离范围进行可行性评价；

对于上游相含、相同、下游相含三种无被动隔离范围的情况，其故障隔离范围可行度FIRF描述为：

FIRF＝card(SAIS)/card(RAIS)

其中，card(X)表示集合X的元素个数，集合SAIS为标准主动隔离范围集，为非空集合，RAIS为实时主动隔离范围集；

对于上游相离、上游相交、下游相离、下游相交四种导致故障点下游或故障点上游产生被动隔离范围的情况，因实时被动隔离范围集RPIS包括了标准主动隔离范围集SAIS和故障扩大的隔离范围集两部

分，故此其故障隔离范围可行度FIRF描述为：

FIRF＝e^{-card(RPIS-SAIS)}

对于分支相离导致故障点上下游皆产生被动隔离范围的情况，因其处理结果完全错误，故此规定其故障隔离范围可行度FIRF为0；

建立故障处理影响可行度指标FHIF对调度员故障处理产生的影响进行可行性评价，具体描述为：

FHIF＝1/3(GLLE+CLLE+LLE)

其中GLLE为普通负荷失电评价，CLLE为重要负荷失电评价，LLE为负荷量失电评价；

运用故障处理轨迹阵FHTM描述GLLE为：

其中，AG为馈线所含普通负荷总数，gl为教练员设定的故障处理失电普通负荷数标准值，i＝1,2,…n，为故障处理轨迹阵FHTM行数；

重要用户包括保电用户、敏感用户、生命线用户、政府公共事业用户，其虽然数量不多但失电的影响却巨大，运用故障处理轨迹阵FHTM描述CLLE为：

其中，AC为故障馈线所含重要负荷数，cl为教练员设定的故障处理失电重要负荷数标准值；

运用故障处理轨迹阵FHTM描述LLE为：

其中，AL为故障馈线所带负荷量，ll为教练员设定的故障处理损失负荷量标准值；

建立故障处理结果可行度指标FHRF对调度员故障处理结果可行性进行综合评价，具体为：

FHRF＝FIRF+FHIF-FIRF×FHIF

其中，故障处理结果可行度FHRF的取值范围为(0,1]，其值越大表示调度员故障处理结果越可行，调度员水平越高，评价越好。

(3)建立防误操作正确性评价指标AMCE对调度员故障处理操作进行防误评价；建立防误闭锁操作规则表ALRT记录禁止调度员操作的规则，具体为：

ALRT＝[al₁,al₂,ar₃,al₄,al₅,al₆,al₇,al₈]

其中，al₁为带负荷拉合隔离开关；al₂为带电合闸接地开关；al₃为电流越过负荷限值；al₄为电压越切负荷限值；al₅为挂检修牌送电；al₆为挂保电牌停电；al₇为挂接地牌送电；al₈为长时间合环运行；

根据防误闭锁操作规则表ALRT对故障处理轨迹阵FHTM中每步操作及其导致的配电网运行结果进行防误校验，若违反ALRT中的任意一条则表示该步操作违反防误闭锁规范，累计标记为Anum，建立防误操作正确性评价指标AMCE对调度员故障处理操作进行防误评价，具体为：

其中，AMCE的取值范围为(0,1]，其中0表示调度员故障处理操作步骤完全不可行，1表示调度员故障处理操作步骤完全可行。

(4)建立操作过程简洁性评价指标OPCE对调度员故障处理简洁性进行综合评价；

建立故障处理操作时间评价指标FHTE对调度员故障处理操作时间的简洁性进行评价，具体为：

其中，Bnum为违反单步操作限定时间STime的操作步骤数，LTime为教练员设定的故障处理限定总时间，单位为秒；

建立故障处理操作步骤评价指标FHSE对调度员故障处理操作步骤的简洁性进行评价，具体为：

其中，Cnum为重复操作设备步骤数，LStep为教练员设定的故障处理总步骤限值；

建立操作过程简洁性评价指标OPCE对调度员故障处理简洁性进行综合评价，具体为：

其中，OPCE的取值范围为(0,1]，其值越大表示调度员故障处理步骤越少，处理时间越短，处理过程越简洁。

(5)建立故障处理综合可行度指标对调度员配电网故障仿真培训进行综合评价。

建立故障处理综合可行度指标FHCF对调度员配电网故障仿真培训进行综合评价，具体为：

其中，FHCF的取值范围为(0,1]，数值越大表示调度员故障处理结果越好，防误操作越正确，操作过程越简洁，故障处理综合水平越高。

如图1所示，其中A～L、L～N为分段开关，L为刀闸，O为联络开关，S1、S2为变电站出线开关，故障发生在分段开关E、F之间的区域。实线环0为标准主动隔离范围，虚线环1～8为8种实时主动隔离范围。最小配电区域EF发生短路故障，出线开关S1跳闸，教练员设定的标准主动隔离范围集SAIS＝[E,F,L]，EF为故障隔离需分断的开关，刀闸L为转供时甩负荷需分闸的设备。以S2为出线开关馈线载流量限值为150A，各最小配电区域负荷信息及其他相关参数如表1、2所示：

表1 最小配电区域负荷分布表

表2 故障处理重要参数表

调度员故障处理轨迹阵FHTM如下所示，可以看出调度员在分断开关C隔离故障并送电后，发现隔离区域过大，分断开关D重新隔离。在合闸联络开关O后由于对端线路过载，带负荷分断刀闸L进行甩负荷，发现误操作后，又合上刀闸L，分段开关K，然后在断电的情况下分段刀闸L，最后再恢复KL区域供电。

根据(1)至(5)所述方法，各可行度评价指标如表3所示：

表3 故障处理可行度评价指标

由表3可知，在故障处理结果可行性评价、防误操作正确性评价和操作过程简洁性评价三个评价因子中，由于故障处理结果与标准处理结果相差不大，故此其FHRF为0.839，评价较高。而由于两次防误操作错误，导致AMCE只有0.477，评价较差，同时由于操作步骤繁多，操作时间过长，导致OPCE只有0.367，故此经过三因素合成后的FHCF为0.531，表示该调度员故障处理操作可行度为0.531，水平一般。