淺談應用于輸電管理的動態安全控制新方法

趙龍

摘 要：近年來，我國的電力事業快速發展，電網規模逐年擴大。為保證整個系統的穩定運行，對輸電線路展開安全管理與維護是一項非常重要的工作。文章從輸電管理中涉及的動態安全控制法出發，根據實用性安全域的動態輸電管理系統在安全風險、優化與控制中創設評估與模型。通過對安全評估模型的綜合分析，對安全的綜合控制手段的資金成本與注入點功率等多變影響予以論述。并對動態實用安全域的充分使用可以針對于暫態穩定約束與注入點功率不穩定等多變因素的特性予以分析。對于預想事故的劃分與確認階段的交集給出方法，以輸電系統的不安全動態風險的最小值為目標，針對其中的主導預想事故創建出一種最優化的風險控制模型。借助控制中的預防與緊急控制的優化措施及對預想事故的分解優化，實現了輸電系統在動態中對不安全分享的最佳優化，同時提出了切實可行的輸電管理所需的維護策略。

關鍵詞：輸電管理；動態優化；安全控制；線路維護

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0046-02

隨著我國電力業在市場化之路上的不斷邁進，對于輸電管理過程中的風險預知與評估就顯得尤為重要。在激烈的市場競爭環境下，為獲取更高的經濟效益和市場占有率，輸電線路在自身的運行狀態方面幾乎逼近系統設備的穩定極限，這樣就容易導致系統整體可靠性的降低。全球二十多年來因電力不穩、失控出現的重度停電已有十幾次，每次事故至少造成十幾億美元的直接經濟損失。近些年間發生的重度停電事故讓我們意識到了電力業一直遵照的N-1準則早已無法滿足于維護輸電管理的穩定與可靠運行。但是在電力企業對N-2及N-3準則在經濟規劃方面的合理性的不認可導致目前相對可行的手段即是在輸電管理中引進動態安全的風險管理與控制，以實現輸電系統的運行狀態被控制在可接受程度之內。

1 實用動態安全域

輸電管理系統中的風險概率預估法有兩種，分別是蒙特卡洛模擬法（Monte Carlo）與解析法。Monte Carlo法可以較為便利地對多種不確定因素進行計算，但需要加載大量的模擬仿真，尤其是在對系統的風險預估期間要展開暫態穩定性分析，但是考慮到暫態穩定分析期間的分析計算量較大特別是在考慮分析注入點功率不確定因素時，要對所有的運行點進行暫態穩定性仿真，這就導致Monte Carlo法在應用于在線實時風險控制評估系統中的困難非常大。在線實時風險控制評估系統提出的輸電管理的風險標準針對系統在短期之內，期間元器件出現故障的概率相對較低，所以應用解析法可以更好地適用于對輸電系統的風險評估，但是解析法在對輸電系統展開風險預估時也要面對比較繁重的計算任務。除此之外，緊急控制與預防性防控在維護輸電系統風險中對系統均有很大的影響，通過對這兩種控制的輸電事故的集合整理來劃分可以對系統的風險控制水平與涉及的方案提供最佳手段，但這一構想目前尚未有明確報道。

實用動態安全域（Practical Dynamic Security Regions：PDSR）屬于一種空間上的非復雜超多面體，包含對多個描述注入點的功率、與坐標軸相垂直的平面以及對暫態穩定性的臨界點的描述。通過對PDSR開展的安全穩定研究分析，大量的計算過程可以不用在線狀態即可完成，在使用時僅對指定的系統事故進行判斷此注入點是否處于安全域內（Security Regions）即可，此過程可確定在系統內運行的節點是否安全穩定，可進一步獲取運行點處于域中的什么方位。技術人員通過這一位置可以在系統動態的前提下保證系統的動態安全，這樣不僅可有效應對恢復性控制、校正控制以及緊急控制的決策有明顯效用，同時對電力市場中的運營創造了更加穩定、可靠的可用輸電能力（accessible transmission capability：ATC）。通過對PDSR的應用可使眾多的輸電作業在調節最優化中暫態穩定約束這一難題變得非常簡單和容易。一旦獲取到需要的PDSR，我們便可用解析法對安全概率進行在線計算而且過程快速。

2 動態安全評估的模型分析

2.1 不安全動態風險的標準

依據電氣和電子工程師協會（IEEE）提出的標準，將風險指標定義為事故出現概率與其影響的乘積。就是輸電系統地不安全因素和預估事故出現的概率同事故出現后造成的影響表現為正比。文中只針對不安全動態風險予以研究，這一風險的出現是受到事故發生后造成的系統暫態穩定所造成的。出現事故后，產生的影響包括切負荷與切機，同時也包括因系統的失效造成的各種直接或間接的損失，其中包含著經濟、社會、政治等層面的影響。不安全動態風險的計算公式由以下表現形式：

公式中的Pr（Ei）屬于Ei的不安全動態的發生概率；Pr（DIS│Ei）屬于既定故障中存在的Ei不安全事故概率。

②公式中表現的計算法可以比較實用地對PDSR非復雜超多面體展開動態安全計算，其計算過程相對容易，可快速獲取注入點功率中不確定因素的y值。

2.2 計算不安全動態的風險

輸電系統出現事故后不會被任由其發展，同時會有相應的手段來實現緊急的控制，以此來避免事故造成更大的影響，所以這就要求在不安全動態風險計算期間要考慮分析到多種情況的成本與作用控制。通過對預估事故的劃分，可將不安全動態風險進行以下三類的區分，即緊急控制成本、預防性成本與無效控制的影響。

不安全動態風險的計算過程可通過以下步驟實現：開始對事故的檢查與分析；對事故集展開預估；通過預判事故集我們可以分別得出存在安全控制的事故集與無安全控制的事故集兩種。存在安全控制的事故中存在預防控制與緊急控制兩種類型，其中預防事故控制開一展開預防性成本控制，實現定位不安全動態風險，最后結束計算過程。

緊急控制開展開緊急控制成本分析計算，實現定位不安全動態風險。上面提及的無安全控制的事故集和開展無效控制損失計算，以此來實現對不安全動態風險的確定。

3 高壓輸電線路的日常維護

在高壓輸電線路的日常運行中，還存在著諸多不確定因素的威脅。本文結合實際工作經驗，汲取其中的輸電線路成功維護經驗，對目前我國常見的高壓輸電線路的日常管理與維護作一闡述。

3.1 冰雪氣候環境中的管理與保護

在對高壓線路進行設計時就要充分考慮強降雪冰凍等惡劣氣候環境中的線路穩定性，在線路壽命的設計上至少要按照抵抗30年一遇的冰雪天氣為標準。要實現有效的保護，在實際設計與施工中，要縮短桿塔的檔距，使用耐張塔，前期勘探時要使線路走向避開冷熱氣流交匯的地域，同時組織專人，在冰凍易發期對線路開展巡視與檢查，消除桿塔自身、絕緣子、接地線等缺陷與隱患。高壓線路若遇嚴重冰凍情況，要借助電流溶解法與機械破冰來對線路上的履冰予以消除。

3.2 雷電破壞

自然界的雷擊其產生的破壞力是非常巨大的，雷電對高壓線路的打擊具有復雜性和不確定性。雖然雷擊是不可避免的，但是目前我們所掌握的防雷措施已有很多選擇。因地制宜，具體環境具體分析，可以運用防繞擊避雷針、負角避雷針、可控放電針、避雷線、加強耦合地線以及桿塔多回路等多種防雷手段。即便前面的手段都沒能有效防雷，高壓線路的自動合閘功能也可以在最后關頭保護輸電線路。

3.3 防鳥害破壞

通過對線路走向的研究，劃定出防鳥重點保護區域，結合多年的高壓線路防鳥經驗，我們可以采用驅防合一的線路保護手段，主要可以通過鳥類的視覺、觸覺以及化學等手段來進行預防與驅散。要想最大程度地對鳥類進行驅離，還要對鳥類的活動習性開展研究，以便技術人員更有針對性地預防鳥害。

3.4 防止外力破壞

除了上述的幾點不可知性較大的威脅輸電線路的隱患之外，我們還要面對一些可控性更強的破壞問題，主要包括輸電線路自身的防盜技術是否穩定可靠，對防撞、防腐蝕等情況是否能進行有效抵御；線路周邊的施工項目若缺乏管理與監督，很有可能會對高壓線路造成較為嚴重的人為性破壞，在施工階段，當地電力部門應強化宣傳、監督力度；電力部門要增強與公安等部門的工作協調能力，對擅自破壞輸電設備的行為予以嚴厲打擊。

4 結 語

隨著我國電力業的不斷深化發展，高壓輸電線路自身運行的穩定性在國民經濟的順利發展過程中發揮著舉足輕重的作用。要保證輸電線路在工作期間的穩定運行，就必須扎實做好對輸電線路管理與維護工作。本文探討了動態安全控制技術在輸電管理中的科學分析法與計算法，在此提出了一種基于現實電力環境之下的PDSR形式并建立出了動態不穩定風險的優化與評價模型。該模型對事故發生的頻次與無效預防控制出現系統失穩導致的損失均予以了考慮率，借助PDSR這一形式對電力輸送地暫態穩定約束實現了全面的考慮。

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