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2024年11月，Applied Energy期刊发表了一篇题为“Security monitoring, early warning and alarm Method based on security boundary for regional integrated energy system ”的研究论文。该文创新性地提出了一种基于安全边界的RIES安全监测、预警和告警方法，给出了系统详细的安全等级、越限元件、越限程度和安全态势。
区域综合能源系统(regional integrated energy system，RIES)由中低压配电网、中低压天然气管网、热力管网等供能网络耦合互联构成。RIES具有能源梯级利用、绿色低碳耗能等特点，是能源系统的重要发展方向。发挥系统优势，安全稳定是前提。随着多能耦合程度的提高，局部的波动与故障会通过能流在不同耦合子网中传递，进而影响整个系统安全。因此，基于预警告警技术对RIES进行安全监测，及时发出指示信号帮助调度员做出决策是至关重要的。
在故障发生前，应及时发出指示信号。当运行点处于警戒状态（故障发生后系统元件过载或参数越限）时，发出预警信号。当运行点处于紧急状态（某些系统参数故障前已经越限）时，发出告警信号。目前，RIES领域中，关于预警告警的相关研究还处于起步阶段，主要问题如下：
（1）现有研究安全性考虑不足，预想事故集不完备。现有预警方法均只考虑电力侧故障，且没有研究系统正常运行时的告警方法。
（2）现有研究提供的核心安全信息不足。安全等级划分粗糙，无法精确量化系统的安全程度、越限元件定位不完整、安全态势反映不完整等。
（3）现有研究进行在线安全预警时需要大量的仿真计算，耗时较长。
为解决上述问题和挑战，本文创新性地提出了一种基于安全边界的RIES安全监测、预警和告警方法，给出了系统详细的安全等级、越限元件、越限程度和安全态势。主要的创新点总结如下：
图1 RIES预警告警流程
图2 二段预警告警等级确定方法
图3 预警告警分析方法
第一步，离线计算安全边界。本文采用两种安全边界：交流安全边界可通过拟合求解，直流安全边界可直接列写。
第二步，一段预警告警等级的确定。选取几何安全距离（GSD），通过计算N-0与N-1下的GSD来初步划分系统运行状态并确定一段预警等级
第三步，二段预警告警等级的确定。二段预警通过计算N-0与N-1下的过负荷（OL）与节点越限（NPV）指标的严重度，采用模糊推理得到N-0与N-1下的系统越限严重度yN-0与yN-1，最后综合考量yN-0与yN-1，通过模糊评判确定二段预警等级。
第四步，预警告警的分析。通过列写直流安全边界，根据越限直流安全边界系数与元件的对应关系确定越限元件与N-1元件，再进一步计算越限程度。
第五步，安全态势的预测。计算时序出现的运行点安全距离平均值，画出曲线图，从而将安全态势可视化。
采用电-气-热RIES算例验证本文方法的有效性，所得到的部分结果如下：
图4 电-气-热RIES算例拓扑结构
表1 一段预警告警等级确定
表2 二段预警告警等级确定
表3 运行点W2过载元件与N-1元件的定位
本文提出了一种区域综合能源系统安全预警和告警方法来监测系统的安全状态。第一，介绍了安全边界和模糊理论。第二，进一步给出了几何安全距离、过负荷和节点参数越限的评估方法。第三，提出了两段式预警报警方法。第四，给出了综合且详细的预警告警信息。最后，通过多个典型算例验证了所提方法的正确性和有效性。主要结论如下：
（1）提出了一段预警告警方法。一段预警告警综合考虑系统N-0与N-1安全性，通过计算运行点到交流安全边界距离快速初步量化系统安全程度。互联型RIES的运行状态分为正常、警戒(N-0安全，N-1不安全)和紧急(N-0不安全)状态，辐射型RIES的运行状态分为正常和紧急状态。紧急状态发出告警信号，警戒状态发出预警信号。
（2）提出了二段预警告警方法。通过计算过负荷与节点越限严重度，采用模糊推理与模糊综合评判方法进一步细化安全程度，对一段的Ⅱ(警戒)、Ⅲ(紧急)进一步划分为a、b、c、d四种等级。
（3）提出了基于直流安全边界表达式和交流能流计算结合的预警告警分析方法。由越界的直流安全边界表达式中的约束元件定位过载元件；分析过载元件、供能线路与上级元件拓扑关系，结合开环运行规则定位N-1元件；通过交流能流计算得到元件与参数的越限量，以描述不安全程度。
（4）提出了一种RIES安全态势预测方法。通过比较时序出现的运行点安全距离平均值以判断安全趋势。
（5）与现有方法相比，本文提供的预警告警信息更全面完整，在线安全分析时间较少。
“Security monitoring, early warning and alarm Method based on security boundary for regional integrated energy system,” in Applied Energy, 2024, 379: 124709.
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924020920
肖峻：博士，博士生导师，天津大学电气自动化与信息工程学院二级教授。教育部新世纪人才，IEEE PES分布式资源与配电网规划技术分委会副主席，爱思唯尔“中国高被引学者”，全球前2%顶尖科学家。长期从事城市配电系统规划研究，主持完成了北京、上海等几十个城市的配电网规划，提出了配电系统安全域DSSR与最大供电能力TSC理论。主持国家自然基金、973、863等9项国家级课题，第一作者发表SCI/EI论文130余篇，专著2部，授权发明专利30余项，美国发明专利1项。在配电系统规划领域两次获国家奖（第2，第5），获IEEE PES杰出个人贡献奖，IEEE PES GM最佳会议论文，《电机工程学报》突出贡献团队等荣誉。
孙纲：天津大学电气自动化与信息工程学院在读硕士生。研究方向为区域综合能源系统的安全分析与预警方法。已发表SCI/EI论文3篇。
宋晨辉：长沙理工大学电气与信息工程学院讲师，硕士生导师，天津大学博士（后），IEEE member。研究方向为综合能源系统与配电网的安全分析与规划运行。近五年，承担国家自然科学基金青年项目、湖南省自然科学基金、国网发展部前期项目等，参与国家自然科学基金（2项结题优秀）、国家重点研发计划、国网总部战略课题等国家级与企业项目20余项；发表SCI/EI期刊论文30余篇，授权发明专利4项，获评天津大学优博论文、全国商业科技进步二等奖、国网能源院科技进步一等奖等，相关经历获《电机工程学报》“优博说”栏目与《电力系统自动化》“研途风采”栏目报道、获国网总部致信表扬；同时兼任《JSS》、《中国电力》、《电力建设》等期刊青年编委。
王丹：博士，博士生导师，天津大学电气自动化与信息工程学院副教授，IEEE SeniorMember、lETMember、IEEEPES电力系统运行、规划与经济技术委员会(中国)综合能源系统运行、规划及商业模式分委会主席。主要从事综合能源系统，智能配用电系统、分布式能源与微网等领域研究，入选2023年度全球前2%顶尖科学家榜单、2021-2023连续三年中国高被引学者、2021和2024年IEEE PES杰出青年人才。
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