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摘 要：本文针对配电系统的脆弱性评估与控制问题，将云计算理论应用到配电网脆弱性的分析研究中，设计了基于云计算的配电网系统分层控制结构，并利用风险评估的风险指标实现了配电网脆弱性评估的功能。
关键词：脆弱性 配电网 云计算 风险评估
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0038-02
随着现代化工业的发展，我国电力系统的规模越来越大，以及各种新设备的相继使用，使电力系统变得日益复杂。现有的电力系统通常采取的是集中控制的系统结构，这就要求控制中心要从多路远处采集数据，同时当故障发生时，控制中心将难以在短时间内对故障进行快速的有效地处理。另一方面，传统的电力系统安全评估方法已难以适应电力系统的复杂性和随机性，难以提供电网安全健康状态的实时、定量和直观的诊断信息，无法建立有效的控制和决策支持系统，无法满足电力市场的要求，造成了电力资源的浪费。因此需要一个智能的系统实时地、随机地对复杂的电力系统实施控制。该文提出的基于云计算的配电网脆弱性分析系统能够定量地抓住决定安全性等级的两个因素：事故的严重性和可能性。并在此基础上引入了风险指标，从而可以对电力系统做出更详细更安全的指标。
1 云计算配电网脆弱性分析的系统架构
电力系统的脆弱性分析目的是为了找出电力系统内外的脆弱点和薄弱区域，得出系统内各元件抗扰动和维持正常能力的程度。基于云计算的配电网脆弱性分析系统是利用自动化技术、网络技术的高速发展，由通过Internet相互连接的多种设备和用户组成的一个复杂实体。
从总体上看，整个系统主要由云计算控制中心、风险评估系统、分散在配电网系统中的各种存储设备以及被云计算整合的各种计算资源所组成。其中云计算控制中心和风险评估系统是整个配电网脆弱性分析系统的核心。
云计算控制中心首先通过Internet与由大量传感器和其他数据采集设备组成的相连接，并把采集到的各种数据信息整合成相应的计算资源。然后根据用户设定的需求，将整合的计算资源通过Internet分配给被风险评估系统。再由风险评估系统根据相应的风险评估指标对配电网脆弱性进行分析，所获得的风险评估结果将通过Internet重新汇总到云计算控制中心，最后再反馈给用户。
2 云计算控制中心
配电网脆弱性分析系统利用云计算理论对比较分散的需要监控的大量信息采用分散存储，分层控制。云计算控制中心设立中心调度所、变电站控制中心，以及用户/线路等分层控制中心，应用分散递阶控制理论，将整个配电网复杂的控制分解为若干个相互关联子系统的控制，使对多变量过程的控制解耦，在中心调度所设立组织层，在地区调度所、变电站控制中心设立协调层，根据配电网的特点将其划分为线路子系统和用户子系统等，并在子系统中设立响应层在逻辑上采用分层控制结构。
本系统的最底物理层为响应层（用户/线路），设置在每个本地的子系统中，对现场实施预定义的控制行为。中间层是协调层（变电站控制中心），协调层运用知识库对响应层提交的警报或故障事件进行诊断并将控制信号反馈给响应层，对各子系统中的故障进行实时处理，有效地控制故障的传播。如果该事件的影响超过了某个预定义的极限，协调层将把这个事件提交给组织层即最高层（中心调度所）。這样选择配电网中的一些会影响到整体稳定性的重要负荷和线路，再结合各个变电站和调度中心，即可组成云计算控制主体结构。
3 风险评估系统
3.1 风险评估原理
风险评估理论建立在概率性方法的基础上，是一种分析系统不确定性因素导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合的理论。风险评估是指采用一系列逻辑步骤，使设计人员和安全工程师能够以一种系统的方式检查由于设备的使用而产生的灾害，因此可以选择适合的方法。电力系统的风险指标能够定量地把握事故的可能性和严重性这两个决定系统可靠性的因素，从而能够比较全面的反映事故对整个电力系统的影响及相应的系统脆弱性程度。
3.2 风险评估的风险指标
该设计中风险评估定义了四种风险评估指标，分别是线路过负荷风险、变压器过负荷风险、低电压风险和失负荷风险。综合风险反映的是发生事故后系统各项风险的综合。所以将综合风险指标定义为线路过负荷风险指标、变压器过负荷风险指标、低电压风险指标和失负荷风险指标四个的累加。因此综合风险指标的计算公式为：
在此公式中，风险指标反映了电力系统的脆弱程度，电力系统在受到发生某些事故的概率和后果严重度的综合表现。通过计算系统的风险指标来确定配电网的脆弱性状况。
4 配电网脆弱性分析功能的实现
由于在本系统中确立了四种系统安全性问题，即线路过负荷风险、变压器过负荷风险、低电压风险和失负荷风险。此四种安全性问题是从电网安全性的不同角度对系统进行脆弱性描述，所以风险评估中针对每一个事故都要分别计算上述不同类型的风险指标。
在配电网脆弱性计算流程中，首先确立故障目标集，包含所有需要计算的可能发生故障的元件；利用已知数据计算目标集内每个故障发生的概率，并且计算每个故障发生后系统的潮流分布情况，从潮流结果中运用有效数据按照上面所建立的各种风险模型计算，求出每个故障下的各种风险指标。最后当目标集内的所有故障全部计算完后，通过风险指标的整合对系统脆弱性进行分析。
5 结语
该文提出了一种新颖的基于云计算的配电网脆弱性分析系统，并设计了适用于配电网脆弱性和安全性分析的云计算分层控制结构，同时将风险评估理论引入配电网的脆弱性分析中，为配电网的安全性和脆弱性分析提供新的理论依据，为电网的智能脆弱性分析提供了一个思路，也是未来电网脆弱性和安全性分析研究的发展趋势。
参考文献
[1] 曹阳，高志远.云计算模式在电力调度系统中的应用[J].中国电力，2012，45（6）：14-17
[2] 刘鹏.云计算[M].北京：电子工业出版社，2011.
[3] 杨旭昕，刘俊勇，季宏亮，等.电力系统云计算初探[J].四川电力技术，2010，33（3）：71-76.
关键词：脆弱性 配电网 云计算 风险评估
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0038-02
随着现代化工业的发展，我国电力系统的规模越来越大，以及各种新设备的相继使用，使电力系统变得日益复杂。现有的电力系统通常采取的是集中控制的系统结构，这就要求控制中心要从多路远处采集数据，同时当故障发生时，控制中心将难以在短时间内对故障进行快速的有效地处理。另一方面，传统的电力系统安全评估方法已难以适应电力系统的复杂性和随机性，难以提供电网安全健康状态的实时、定量和直观的诊断信息，无法建立有效的控制和决策支持系统，无法满足电力市场的要求，造成了电力资源的浪费。因此需要一个智能的系统实时地、随机地对复杂的电力系统实施控制。该文提出的基于云计算的配电网脆弱性分析系统能够定量地抓住决定安全性等级的两个因素：事故的严重性和可能性。并在此基础上引入了风险指标，从而可以对电力系统做出更详细更安全的指标。
1 云计算配电网脆弱性分析的系统架构
电力系统的脆弱性分析目的是为了找出电力系统内外的脆弱点和薄弱区域，得出系统内各元件抗扰动和维持正常能力的程度。基于云计算的配电网脆弱性分析系统是利用自动化技术、网络技术的高速发展，由通过Internet相互连接的多种设备和用户组成的一个复杂实体。
从总体上看，整个系统主要由云计算控制中心、风险评估系统、分散在配电网系统中的各种存储设备以及被云计算整合的各种计算资源所组成。其中云计算控制中心和风险评估系统是整个配电网脆弱性分析系统的核心。
云计算控制中心首先通过Internet与由大量传感器和其他数据采集设备组成的相连接，并把采集到的各种数据信息整合成相应的计算资源。然后根据用户设定的需求，将整合的计算资源通过Internet分配给被风险评估系统。再由风险评估系统根据相应的风险评估指标对配电网脆弱性进行分析，所获得的风险评估结果将通过Internet重新汇总到云计算控制中心，最后再反馈给用户。
2 云计算控制中心
配电网脆弱性分析系统利用云计算理论对比较分散的需要监控的大量信息采用分散存储，分层控制。云计算控制中心设立中心调度所、变电站控制中心，以及用户/线路等分层控制中心，应用分散递阶控制理论，将整个配电网复杂的控制分解为若干个相互关联子系统的控制，使对多变量过程的控制解耦，在中心调度所设立组织层，在地区调度所、变电站控制中心设立协调层，根据配电网的特点将其划分为线路子系统和用户子系统等，并在子系统中设立响应层在逻辑上采用分层控制结构。
本系统的最底物理层为响应层（用户/线路），设置在每个本地的子系统中，对现场实施预定义的控制行为。中间层是协调层（变电站控制中心），协调层运用知识库对响应层提交的警报或故障事件进行诊断并将控制信号反馈给响应层，对各子系统中的故障进行实时处理，有效地控制故障的传播。如果该事件的影响超过了某个预定义的极限，协调层将把这个事件提交给组织层即最高层（中心调度所）。這样选择配电网中的一些会影响到整体稳定性的重要负荷和线路，再结合各个变电站和调度中心，即可组成云计算控制主体结构。
3 风险评估系统
3.1 风险评估原理
风险评估理论建立在概率性方法的基础上，是一种分析系统不确定性因素导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合的理论。风险评估是指采用一系列逻辑步骤，使设计人员和安全工程师能够以一种系统的方式检查由于设备的使用而产生的灾害，因此可以选择适合的方法。电力系统的风险指标能够定量地把握事故的可能性和严重性这两个决定系统可靠性的因素，从而能够比较全面的反映事故对整个电力系统的影响及相应的系统脆弱性程度。
3.2 风险评估的风险指标
该设计中风险评估定义了四种风险评估指标，分别是线路过负荷风险、变压器过负荷风险、低电压风险和失负荷风险。综合风险反映的是发生事故后系统各项风险的综合。所以将综合风险指标定义为线路过负荷风险指标、变压器过负荷风险指标、低电压风险指标和失负荷风险指标四个的累加。因此综合风险指标的计算公式为：
在此公式中，风险指标反映了电力系统的脆弱程度，电力系统在受到发生某些事故的概率和后果严重度的综合表现。通过计算系统的风险指标来确定配电网的脆弱性状况。
4 配电网脆弱性分析功能的实现
由于在本系统中确立了四种系统安全性问题，即线路过负荷风险、变压器过负荷风险、低电压风险和失负荷风险。此四种安全性问题是从电网安全性的不同角度对系统进行脆弱性描述，所以风险评估中针对每一个事故都要分别计算上述不同类型的风险指标。
在配电网脆弱性计算流程中，首先确立故障目标集，包含所有需要计算的可能发生故障的元件；利用已知数据计算目标集内每个故障发生的概率，并且计算每个故障发生后系统的潮流分布情况，从潮流结果中运用有效数据按照上面所建立的各种风险模型计算，求出每个故障下的各种风险指标。最后当目标集内的所有故障全部计算完后，通过风险指标的整合对系统脆弱性进行分析。
5 结语
该文提出了一种新颖的基于云计算的配电网脆弱性分析系统，并设计了适用于配电网脆弱性和安全性分析的云计算分层控制结构，同时将风险评估理论引入配电网的脆弱性分析中，为配电网的安全性和脆弱性分析提供新的理论依据，为电网的智能脆弱性分析提供了一个思路，也是未来电网脆弱性和安全性分析研究的发展趋势。
参考文献
[1] 曹阳，高志远.云计算模式在电力调度系统中的应用[J].中国电力，2012，45（6）：14-17
[2] 刘鹏.云计算[M].北京：电子工业出版社，2011.
[3] 杨旭昕，刘俊勇，季宏亮，等.电力系统云计算初探[J].四川电力技术，2010，33（3）：71-76.