故障风险

针对制氢站系统复杂，易受到外部攻击，进而引发连锁故障及严重安全事故的问题，采用基于事件树的连锁故障推演方法，明确了制氢站设备连锁故障的后果和发生概率。在此基础上建立了考虑安全性、经济性和环保性的连锁故障风险评价指标体系。考虑到造成严重后果和影响的不精确性和不确定性，采用模糊隶属度函数进行评价指标的模糊化。最后建立了基于证据推理的风险评价模型，并应用到制氢站设备的风险评估中，实现了制氢站设备的风险评价和排序。实例分析表明，该方法可行有效，为下一步制定制氢站设备安全防范措施提供了依据。

强对流天气下输电线路易发生雷击、风偏、雨闪等故障，威胁电网安全运行。为了克服现有短临预报尚不能完全满足输电线路风险预警对精细化气象预报的需求问题，文中利用气象雷达拼图、风速和降雨量同化数据以及电网雷电定位数据，构建了基于深度学习的强对流风雨雷短临预报模型，用于开展输电线路风险预警。首先，将气象雷达拼图及其时序外推数据作为输入，将同化后的风速、降雨和落雷密度、雷电流强度作为输出，构建基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络的强对流气象要素预报模型。然后，结合模型输出的风雨雷预报结果，评估输电走廊网格内风偏、雷击和断线倒塔故障风险大小，综合计算输电线路的故障概率，进行风险预警。最后，展示了所提模型对2023年9月某省的强对流天气过程进行成功预警的案例，表明了所提方法能够提高强对流天气下输电线路风险预警能力。

为了提升变电设备运维管理的智能化水平，及时发现并预防因设备过热导致的故障风险，保障电网安全稳定运行，提出了变电设备温度态势感知及辅助决策方案。 方法 从感知层、理解层、预测层和辅助决策层4个方面展开研究。在感知层，利用K近邻(K-nearest neighbor，KNN)分类算法分析多类温度数据的关联性。在理解层，通过BP神经网络构建历史数据传递模型，以处理历史数据缺失问题。在预测层，为应对非线性数据和噪声，设计了自回归积分滑动平均(autoregressive integrated moving average，ARIMA)模型与支持向量机(support vector machine，SVM)组合的温度预测模型。在辅助决策层，应用灰色关联度分析设备温度变化与故障风险之间的关系。 结果 基于所提方案的算例验证结果表明，该方案实现了对设备未来温度变化趋势的有效感知，并为设备缺陷判断提供了依据。 结论 所提方案通过多维度、深层次的温度数据分析，揭示了设备温度与故障风险之间潜在的关联关系，实现了对变电设备运行趋势的预判，为变电设备运行方式优化以及制定设备检修计划提供参考。

传统继电保护在故障发生后隔离故障，是一种“被动保护”；需要一种控制故障后果的“主动保护”体系初步研究表明，双馈风电机组可参与系统紧急功率控制，风电可变得更友好；因为电力电子设备的电压敏感性，保护工作者不仅要关注短路电流、电压，还要关注电压无功控制方法。 利用动态气象信息，可在线辨识输电线路的故障风险和短时潮流冲击耐受能力，构造输电线路的动态热保护。

电网企业正加快推进企业中台统一服务调度组件建设和试点应用，需要组件具有高可靠性保障。文章介绍了统一服务调度组件总体架构和集成架构，从可靠性涉及范围、风险评估、关键点分析等方面全方位评估组件可靠性，从集群部署、服务解耦、健康检查、熔断限流、弹性设计等方面设计服务网关高可靠性，从数据库、Redis缓存、本地缓存、消息推送等方面设计数据库及缓存高可靠性，从两级贯通、两级数据同步等方面设计两级贯通调用高可靠性，从统一权限平台、统一密码服务平台等方面设计集成高可靠性。通过服务网关、数据库及缓存、两级贯通、集成等方面的综合设计，可有效提高组件的可靠性，大幅降低组件故障风险。

本项目历时9年，从电网仿真建模、源网友好互动、连锁故障紧急防御及垮网风险快速阻断等方面开展技术攻关和工程应用，取得了一批创新性成果，获得授权发明专利8项，发表论文18篇。主要成果如下：1、提出了计及外部环境扰动的大型新能源场站动态等值技术，建立了计及详细控制系统的柔性设备仿真模型，应用于西北电网生产实际，提升了对复杂电网运行控制的精度。2、揭示了新能源与直流交互耦合及连锁脱网演化机理，计及新能源量化接纳能力和柔性装备优化配置的源网协同预防控制技术，提升了高占比新能源送端电网抗扰能力和交直流输电通道送电水平，降低了新能源大规模连锁脱网风险。3、提出了计及新能源暂态演化信息的连锁故障紧急阻断技术，研发了应对多类型连锁故障的全局资源协调紧急控制系统，填补了高占比新能源电网连锁故障紧急防控技术空白，提升了电网应对连锁故障风险的能力。4、提出计及新能源的高频切机控制技术，研发了西北电网高频切机监视与预警系统，构建了监视、控制及预警于一体的涵盖新能源的高频切机体系，提升电网抵御严重故障能力。 项目成果已应用于祁韶特高压直流工程、青海海西串补工程、甘肃河西加强工程等重大工程项目，显著提升了电网应对连锁故障的防控能力。截止2020年底，累计提高新能源消纳电量114.2亿千瓦，减少电煤消耗近365.44万吨，减少二氧化硫排放约65094吨，降低烟尘排放约18272吨，累计新增销售额98.44亿元，新增利润9.07亿元。成果为推动我国电力能源转型升级和全球能源互联网安全领域科技创新提供了技术、装备支撑。

项目的实施可为电网电缆输电线跆故障智能诊断系统的工程化应用草定基础，也为进一步研究和全面实现电力电缆线路的故厚预警预报提供重要技术支荐，主要应用优势体现在以下几个方面： (1)构建电力电缆多源测试数据、运行状况、电缆基础参数与电力电缆运行状态的关联体系，以单条电力电缆为最小单元的电力电缆风险评估软件的应用可获得相关电缆运行状态的科学评估结果，为电缆线路运维部门主动规避故障风险提供辅助决策信息。同时，以电力电缆有限元分析软件为辅助，提出了有选择、有差别、有针对、有偏重的电力电缆运维检修工作策略，以达到电力电缆运维检修工作的经济最优。 (2)提出了基于有限元法的电缆三维立体电场分析方法，揭示了电缆本体及附件从缺陷产生到故障的电场分布演化机理，发现了其故障下的电势梯度和电场强度变化特征，实现了从电缆故障表象到原因的逆推。在实用性、先进性等各方面部达到了新的技术高度。 (3)提出丁工频、振荡波、超低频不同激励源下局部放电的等效评估方法，揭示丁三种不同激励源输入参数与电缆局部放电响应特性的关联关系，确定丁振荡波、超低频电压试验在电缆绝缘缺陷诊断中的最优应用场景。提出丁基于改进BP神经网络算法的电缆放电模式识别方法，从三维放电谱图中提取了正负半波的偏斜度、峰值个数等七个权值最优的特征量，准确辨识电缆产品质量不良、施工工艺不当的典型缺陷，解决了电缆局部放电类型识别率低的难题。本项目具备非常广阔的推广应用前景。

本项目依托CAP1400重大专项课题，结合我国在海外的现有技术服务市场及未来技术发展等需求，研发了一套能够完整支持核电厂物理启动试验，软、硬件相结合的先进反应性测量系统SMART，实现了相关软、硬件设备和技术的国产化和自主化，摆脱了对国外技术、设备的依赖，并出口到巴基斯坦恰希玛核电站，实现了工程应用。 本项目成果可用于支持国内、外的二代和三代核电厂采用包括动态棒价值测量技术在内的先进物理启动技术，高效、准确地完成调试、换料启动期间的物理试验，有效节省关键路径时间，相对于传统方法，每次大修能够节约约1天的关键路径时间，显著提升核电厂的负荷因子，带来可观的经济效益，同时减少物理试验期间的硼废水排放，具有显著的环保效益。 本项目成果依据大量的试验经验，进行了创新性设计，除了能够完整支持动态棒价值测量和物理启动试验以外，与国内、外同类技术相比，还具有如下优势：1）采用高度集成设计的软硬件系统，通过软件设计优化，挖掘反应性仪硬件系统的功能和性能，掘弃了传统反应性仪采用周期信号仪、多笔记录仪等辅助设备的设计，有利于减少硬件投资，降低硬件故障风险。2）采用可扩展接口设计。具有通用性强的可扩展接口，必要时可以连接其它仪表组成新的测量系统，从而最大程度增强灵活性，减少用户硬件投资。3）高度容错式设计。采用容错式软件设计，对于试验期间的潜在用户输入、操作失误，可在离线分析时予以纠正，从而最大程度地避免重复试验过程。

新能源的大量接入给城市电网的安全运行和重要用户可靠供电带来很大挑战，其功率的随机波动易引发电网出现连锁故障风险。提出了一种考虑新能源出力随机波动和城市电网110 kV网架T接线开关投切的连锁故障风险评估方法。该方法在连锁故障发生概率和后果严重度的计算中都计及了系统状态的概率分布特性的影响，并采用基于半不变量法的概率潮流计算反映系统状态与新能源功率二者的概率分布特性之间的关系。另外，建立包含110 kV网架T接线开关投切的最小切负荷的混合整数非线性规划模型，并以最小切负荷量来表征系统在连锁故障的严重度。此优化模型通过决策故障下的各组T接线开关的投切状态，减少连锁故障下的切负荷量，进而有效降低连锁故障的风险。同时，通过机会约束描述重要用户负荷节点电压的安全运行范围，以确保重要用户负荷不停电的概率满足给定的置信水平，从而保证重要用户的安全可靠供电。最后，通过某个实际城市片区电网算例验证了所提出的连锁故障风险评估方法的正确有效性。