縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估和應(yīng)用

國網(wǎng)冀北電力有限公司萬全縣供電分公司 河北張家口 075000

摘要：南方電網(wǎng)明確提出要切實(shí)提高供電的可靠率。對于供電企業(yè)而言，如何使供電的可靠性和安全性得到保障和提高，是發(fā)展過程中的一個重要問題。本文在縣級電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用了可靠性評估方法，結(jié)合實(shí)例對某縣的2013年規(guī)劃情況進(jìn)行了可靠性評估，希望能夠切實(shí)提高縣級電網(wǎng)可靠性的決策水平和管理水平。

關(guān)鍵詞：縣級電網(wǎng)；規(guī)劃；可靠性評估

作為電力系統(tǒng)的末端，縣級電網(wǎng)在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人民日常生活和鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都離不開縣級電網(wǎng)。然而縣級電網(wǎng)的技術(shù)落后和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄弱又嚴(yán)重影響了縣級電網(wǎng)的供電可靠性。在電網(wǎng)建設(shè)改造的過程中，對縣級電網(wǎng)的改造進(jìn)行規(guī)劃，并對縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性進(jìn)行評估。通過縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性的評估和應(yīng)用，可以有效的發(fā)現(xiàn)規(guī)劃方案中的不足，對影響縣級電網(wǎng)可靠性的因素進(jìn)行排查，提高縣級電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的合理性。

一、對縣級電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評估

1.1應(yīng)用N-1+1準(zhǔn)則

對縣級電網(wǎng)的可靠性評估準(zhǔn)則包括兩個方面：概率性準(zhǔn)則和確定性準(zhǔn)則。確定性準(zhǔn)則指的是多重故障分析或N-1。N-1主要是假設(shè)電力系統(tǒng)中的元件總數(shù)為N，在1個或多個元件發(fā)生故障的前提下，電力系統(tǒng)還是否能夠保持正常的供電。以此為基礎(chǔ)分析每個元件的故障持續(xù)時間和故障頻率，從而分析概率可靠性，將系統(tǒng)概率可靠性指標(biāo)得出來[1]。

輸電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行和閉環(huán)設(shè)計的特點(diǎn)決定了在進(jìn)行可靠性分析時經(jīng)常采用多重故障準(zhǔn)則或者N-1準(zhǔn)則。對于縣級電網(wǎng)而言，35kV和110kV的高壓配電網(wǎng)絡(luò)是縣級電網(wǎng)主網(wǎng)架的主要組成部分，縣級高壓配電網(wǎng)往往是開環(huán)運(yùn)行、閉環(huán)設(shè)計。為了降低短路容量、解除電磁環(huán)網(wǎng)，往往采取輻射狀分片供電的形式。因此縣級電網(wǎng)往往存在可切換線路和備用電源。如果一臺主變或一條線路出現(xiàn)故障，可以進(jìn)行開關(guān)切換，不會影響正常供電。因此，N-1準(zhǔn)則并不適用于縣級電網(wǎng)的可靠性分析，可以使用N-1+1準(zhǔn)則來對縣級電網(wǎng)進(jìn)行可靠性分析。也就是如果一臺主變或一條線路出現(xiàn)故障，需要對其進(jìn)行切除，必須投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)或聯(lián)絡(luò)線路。

使用N-1+1準(zhǔn)則時還要對過/低電壓、過負(fù)荷的情況進(jìn)行相應(yīng)的校正。如果主變和線路出現(xiàn)過負(fù)荷，則要對相關(guān)復(fù)核進(jìn)行縮減，將其控制在允許范圍內(nèi)。如果出現(xiàn)低電壓或者過電壓，為了保障母線電壓不超過規(guī)定范圍，可以對投切電容器或主變分接頭進(jìn)行調(diào)整。

1.2縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估的指標(biāo)

安全性和充裕性是對電力系統(tǒng)可靠性評估的兩個主要指標(biāo)。充裕性指的是電網(wǎng)系統(tǒng)是否能夠為電力用戶提供所需的電能量，保障用戶的電力需求得到滿足。安全性指的是電網(wǎng)系統(tǒng)能否承受突發(fā)擾動，保障持續(xù)供電[2]。

對于縣級電網(wǎng)的規(guī)劃可靠性評估而言，充裕性是主要的評估項目。根據(jù)輸電系統(tǒng)的充裕性評估指標(biāo)，本文為縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估選取了以下幾個常用指標(biāo)。

①SI，也就是嚴(yán)重性指標(biāo)，最大負(fù)荷時系統(tǒng)全面停止一分鐘為一個系統(tǒng)。

②BECI，也就是系統(tǒng)削減定量指標(biāo)，該指標(biāo)為電量不足期望除以最大負(fù)荷。

③BPII，也就是系統(tǒng)停電指標(biāo)，該指標(biāo)為電力不足期望除以最大負(fù)荷。

④EENS，也就是電量不足期望值，該指標(biāo)主要為每年缺少的電量。

⑤EDNS，也就是電力不足期望值，該指標(biāo)主要為每年缺少的電力。

⑥LOLE，也就是電力不足持續(xù)時間，該指標(biāo)為每年發(fā)生的切負(fù)荷故障的總時間。

⑦LOLF，也就是電力不足頻率，該指標(biāo)為每年平均發(fā)生的故障次數(shù)。

1.3縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估的分析軟件

縣級電網(wǎng)規(guī)劃可供使用的分析軟件為TPLAN，TPLAN是一種分析軟件包，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)可靠性進(jìn)行有效的評估。TPLAN的開發(fā)者為PTI，在國際上的應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用于對電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性進(jìn)行評估。TPLAN包括以下幾個主要功能：靈敏度分析、校正策略研究、概率可靠性評估和確定性故障分析[3]。

使用TPLAN對電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性進(jìn)行評估主要是使用解析法，也就是列出系統(tǒng)運(yùn)行的全部狀態(tài)，將其全部輸入TPLAN，由TPLAN對其進(jìn)行排序，并對每一項進(jìn)行潮流計算。這樣可以判斷系統(tǒng)中是否出現(xiàn)了各種故障，包括孤立節(jié)點(diǎn)、電壓越限、線路過載等等。與此同時還要將每個節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)出現(xiàn)概率和切負(fù)荷量計算出來，再經(jīng)過TPLAN進(jìn)行累加計算，將整個系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)計算出來[4]。

當(dāng)前我國以南方電網(wǎng)為代表的一些電網(wǎng)都在使用TPLAN，并取得了良好的使用效果。本文認(rèn)為在縣級電網(wǎng)規(guī)劃的評估中使用TPLAN是可行的。

二、縣級電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估的應(yīng)用

2.1評估參數(shù)

本文結(jié)合實(shí)例對某縣的2013年規(guī)劃情況進(jìn)行了可靠性評估，該縣2013年規(guī)劃情況為最大負(fù)荷240MW，線路長度190至300千米，線路條數(shù)11至13條，主變?nèi)萘?04.5至186MVA，變電站數(shù)量7至18座，電壓等級110至35kV。與往年相比沒有發(fā)生較大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化，新建了多條線路和變電站。

本文對主變和線路的可靠性計算參數(shù)進(jìn)行了選擇。35kV的故障修復(fù)時間為5h/次、主變故障時間為4次/100臺·年、故障修復(fù)時間為6 h/次、線路故障率為0.14次/100 km·a。110 kV的故障修復(fù)時間為3h/次、主變故障時間為1.7次/100臺·年、故障修復(fù)時間為4h/次、線路故障率為0.14次/100 km·a。

2.2評估結(jié)果

①由于單臺主變變電站數(shù)量的減少和主變數(shù)量的增加，與往年相比，規(guī)劃中的持續(xù)時間指標(biāo)和電力不足頻率有所降低。但是電量不足指標(biāo)和電力不足指標(biāo)也有所上升，這是由于沒有增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成的。因此在負(fù)荷增長的情況下，要滿足復(fù)合增長的容量需求不能僅靠主變增加。隨著負(fù)荷的增長，必須對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，才能使電網(wǎng)的可靠性水平得到提高。

②在35kV網(wǎng)絡(luò)中，LOLE和LOLF兩個指標(biāo)會受到網(wǎng)絡(luò)可靠性的較大影響，這是由于該網(wǎng)絡(luò)具有較多的元件數(shù)量和比較薄弱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生故障。

③在110kV網(wǎng)絡(luò)中，EENS和EDNS兩個指標(biāo)會受到網(wǎng)絡(luò)可靠性的較大影響，這是由于該網(wǎng)絡(luò)具有更大的元件故障影響面，電量損失和負(fù)荷也隨之加大。

④EENS和EDNS與SI、BECI、BPII密切相關(guān)，因此，可以通過加強(qiáng)110kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來提高SI、BECI、BPII這三個指標(biāo)。

⑤N-1+1準(zhǔn)則的使用使電網(wǎng)的可靠性水平受到了變電站內(nèi)主變數(shù)量和負(fù)荷轉(zhuǎn)移的聯(lián)絡(luò)線路的影響。電網(wǎng)的整體可靠性水平會受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，如果變電站只有單臺主變或者單條線路供電，電網(wǎng)的整體可靠性水平就會降低。

三、結(jié)語

本文對縣級電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行了可靠性評估，通過評估結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該縣的規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)與往年相比得到了改善，從而證明了該規(guī)劃方案對于提高電網(wǎng)的可靠性水平有著良好的效果。可靠性評估還可以對每個元件的可靠性指標(biāo)進(jìn)行評估，從而將每個主變和每條線路對系統(tǒng)可靠性造成的直接影響分析出來，這樣一來就可以將系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)找出來，采取有針對性的措施，切實(shí)有效地提高縣級電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭望其，程林，孫元章.2005年南方電網(wǎng)可靠性充裕度評估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，28（19）：5-28.

[2]王超，徐政，高慧敏.基于TPLAN的中國南方電網(wǎng)可靠性與經(jīng)濟(jì)陛評估[J].繼電器，2011，34（16）：61—66.

[3]朱青山，李洋，余劍鋒，王超.基于TPLAN的電網(wǎng)可靠性評估[J].廣東電力，2012，21（11）：29—33.

[4]任雷，徐政.一種用于輸電系統(tǒng)可靠性評估的軟件TPLAN明.華東電力，2012，35（8）：50—52.