縣城電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估實例分析

楊進云

(四川省電力公司樂山電業(yè)局，四川 樂山 614000)

引言

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷改造，縣級供電網(wǎng)的可靠性已得到了初步改善，但是由于目前縣級電網(wǎng)的投資規(guī)模小，很難滿足負荷快速增長的需求，在供電可靠性方面仍然存在不少問題。因此,在電網(wǎng)規(guī)劃工作中，應(yīng)通過對完成的規(guī)劃編制方案進行評估。找出影響供電可靠性的因素和方案中的不足，有針對性的加以修改，使規(guī)劃中的電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上更為合理。

1.縣級電網(wǎng)的可靠性分析

1.1.N-1+1準則

可靠性評估準則主要包括確定性準則和概率性準則。前者即輸電網(wǎng)中常采用的N-1或多重故障分析，該方法主要分析電力系統(tǒng)N個元件中的1個或多個元件故障后系統(tǒng)能夠保持正常供電的情況。在確定性分析的基礎(chǔ)上，給出各元件的故障頻率和故障持續(xù)時間，就可以進行概率可靠性分析，得到系統(tǒng)的概率可靠性指標。

輸電網(wǎng)中采用N-1或多重故障準則進行可靠性分析，主要是輸電網(wǎng)閉環(huán)設(shè)計、閉環(huán)運行的特點所決定的。而縣級電網(wǎng)的主網(wǎng)架主要由110kV及35kV高壓配電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，高壓配電網(wǎng)通常為閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行，即實際運行中盡可能呈輻射狀分片供電，以解除電磁環(huán)網(wǎng)和降低短路容量。因此縣級電網(wǎng)在運行中存在備用電源和可切換線路，這使得電網(wǎng)中有1條線路或1臺主變故障時，可以通過投入聯(lián)絡(luò)線路，或通過開關(guān)切換將負荷轉(zhuǎn)移到另1條線路或另1臺主變，以保證對負荷的正常供電。因此，考慮到縣級電網(wǎng)的這一特點，在進行縣級電網(wǎng)的可靠性分析時，不能采用N-1準則，而應(yīng)該采用N-1+1準則，即當1條線路或1臺主變故障切除時，需要投入相關(guān)的聯(lián)絡(luò)線路或聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以保證對負荷的正常供電。

在利用N-1+1準則進行可靠性分析時，還要考慮在出現(xiàn)過負荷、過/低電壓等不正常運行狀態(tài)情況下的校正措施。當出現(xiàn)線路或主變過負荷時，應(yīng)采取縮減相關(guān)負荷的措施，以確保線路或主變負荷在允許范圍內(nèi)；當出現(xiàn)過電壓或低電壓時，通過調(diào)整主變分接頭或投切電容器等措施保證母線電壓在允許范圍內(nèi)。

1.2.采用的可靠性指標

電力系統(tǒng)可靠性評估包括充裕性和安全性兩方面，前者是指系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶電力需求和電能量的能力；后者是指系統(tǒng)承受突發(fā)擾動的能力。縣級電網(wǎng)的可靠性分析主要是進行充裕性評估，參考輸電系統(tǒng)的充裕性評估指標，選取以下幾個常用的可靠性指標。

1）電力不足頻率LOLF(Loss of Load Frequency)：每年平均故障次數(shù)，次/年。

2）電力不足持續(xù)時間LOLE (Loss of Load Expected)：每年發(fā)生切負荷故障的時間，h/a。

3）電力不足期望值EDNS(Expected Demand notSupplied)：每年缺多少電力，MW/a。

4）電量不足期望值EENS(Expected Energy notSupplied)：每年缺多少電量，MW·h/a。

5）系統(tǒng)停電指標BPII(Bulk Power InterruptionIndex)：等于電力不足期望與最大負荷之比，MW/MW×a-1。

6）系統(tǒng)削減電量指標BECI(Bulk Power/EnergyCurtailment Index)：等于電量不足期望與最大負荷之比，MW·h/MW×a-1。

7）嚴重性指標 SI(Severity Index)(系統(tǒng)分)：1個系統(tǒng)分相當于最大負荷時系統(tǒng)全停1min。

1.3.可靠性分析軟件

TPLAN是由PTI開發(fā)的用于電網(wǎng)可靠性評估的分析軟件包，是國際上可靠性分析方面較為權(quán)威的軟件，主要功能包括確定性故障分析、概率可靠性評估、校正策略研究、靈敏度分析等。TPLAN采用解析法進行可靠性評估，即將系統(tǒng)可能出現(xiàn)的運行狀態(tài)全部列出，TPLAN對全部運行狀態(tài)按序排列，逐一進行潮流計算，判斷是否出現(xiàn)線路過載、電壓越限、孤立節(jié)點等故障，并計算出各節(jié)點的切負荷量和各狀態(tài)出現(xiàn)的概率，通過累加得到系統(tǒng)的可靠性指標。目前該軟件在國內(nèi)一些電網(wǎng)包括南方電網(wǎng)都有應(yīng)用。本文利用TPLAN進行縣級電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評估。

2.應(yīng)用分析

本文對某縣級電網(wǎng)（簡稱A縣）的2010年規(guī)劃方案進行了可靠性評估。A縣電網(wǎng)概況見表1，其中2008年電網(wǎng)同2005年相比，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有變化，僅根據(jù)負荷增長改造了1臺110kV主變、新增了幾臺35kV主變，而2010年規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)新建了多個變電站和多條線路，加強了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于缺乏相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在參考有關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上，采用如下線路和主變的可靠性計算參數(shù)：

1）110kV線路故障率取 0.14次/100km·a，故障修復時間取4h/次；110kV主變故障率取1.7次/100臺·年，故障修復時間取3h/次。

2）35kV 線路故障率取 0.14次/100km·a，故障修復時間取6h/次；35kV主變故障率取4次/100臺·年，故障修復時間取5h/次。

A縣電網(wǎng)2010年規(guī)劃方案的可靠性評估結(jié)果見表2。為了對比分析，表2同時給出了2005年和2008年電網(wǎng)可靠性評估的結(jié)果。其中整體一欄包括110kV和35kV網(wǎng)絡(luò)的整體可靠性評估結(jié)果，35kV一欄僅包含35kV網(wǎng)絡(luò)的可靠性評估結(jié)果。

表1 A縣電網(wǎng)概況表

表2 A縣電網(wǎng)可靠性指標評估結(jié)果

從表2給出的結(jié)果可以看出：

a.2008年電網(wǎng)由于增加了主變數(shù)量，減少了只有單臺主變的變電站數(shù)量，因而同2005年相比電力不足頻率和持續(xù)時間指標有所降低，但由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并沒有增強，因此電力不足和電量不足指標有所上升。這表明，隨著負荷增長，要保持或提高電網(wǎng)可靠性水平，僅通過增加主變來滿足負荷增長的容量需求是不夠的，還需要進一步加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

b.35kV網(wǎng)絡(luò)的可靠性對整體可靠性指標中電力不足頻率LOLF和電力不足持續(xù)時間LOLE兩個指標影響較大，這主要是由于35kV網(wǎng)絡(luò)元件數(shù)量多，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對較薄弱，因此發(fā)生故障的頻率和時間也較多。要提高這兩個指標，應(yīng)優(yōu)先加強35kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

c.110kV網(wǎng)絡(luò)的可靠性對整體可靠性指標中電力不足期望值EDNS和電量不足期望值EENS指標影響較大，這主要是由于110 kV網(wǎng)絡(luò)中元件故障的影響面更大，容易造成更多的負荷和電量損失。

d.由于系統(tǒng)停電指標BPII、系統(tǒng)削減電量指標BECI和嚴重性指標SI三個指標和電力不足期望值EDNS和電量不足期望值EENS兩個指標密切相關(guān)，要提高這3個指標，應(yīng)優(yōu)先加強110kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

e.與2005年和2008年相比，2010年規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標有了很大改善，表明規(guī)劃方案很好地提高了電網(wǎng)的可靠性水平。

f.由于采用N-1+1準則，電網(wǎng)中可提供負荷轉(zhuǎn)移的聯(lián)絡(luò)線路，以及變電站內(nèi)的主變數(shù)量對電網(wǎng)的可靠性水平有重要影響。電網(wǎng)中存在的只有單條線路供電的變電站，或者只有單臺主變的變電站等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，都會降低電網(wǎng)的整體可靠性水平。

g.表2中給出了系統(tǒng)整體的可靠性指標，可靠性評估中還可以得到各元件的可靠性指標（因篇幅限制未列出），利用這些指標，可以分析各條線路或主變對系統(tǒng)可靠性的影響，進而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中影響可靠性水平的薄弱環(huán)節(jié)。需要說明的是，由于缺乏統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在計算中選取的元件可靠性參數(shù)不一定符合A縣電網(wǎng)的實際情況，因此表2中的結(jié)果僅適用于A縣電網(wǎng)可靠性變化趨勢的縱向比較，而不適用于不同縣級電網(wǎng)的橫向?qū)Ρ确治觥Ｓ捎谠煽啃詤?shù)會對可靠性分析結(jié)果造成很大影響，因此應(yīng)重視縣級電網(wǎng)可靠性參數(shù)的統(tǒng)計工作，這樣既得到更準確的可靠性計算和分析結(jié)果，還可以開展不同縣級電網(wǎng)可靠性的對比分析工作，從而進一步提高電網(wǎng)的可靠性水平。

總的來說，從以上實際算例分析可以看出，通過對縣級電網(wǎng)可靠性評估，可以定量地分析規(guī)劃方案對可靠性水平的提升作用，從而有利于提高縣級電網(wǎng)可靠性的管理和決策水平。

結(jié)語

本文對縣級城市電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估的方法通過算例表明，開展縣級城市電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評估工作，對提高縣級電網(wǎng)可靠性的管理和決策水平有著非常重要的意義。

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