配電網(wǎng)低電壓脆弱性指標分析

高明濤+尹珊

摘 要：電力系統(tǒng)的事故敲響了配電網(wǎng)安全性的警鐘，一些重大的電網(wǎng)停電事故給社會帶來了重大損失，為此，需要確定和分析配電網(wǎng)系統(tǒng)中的低電壓脆弱性指標，評估配電網(wǎng)低電壓脆弱性指標的特性，要對電網(wǎng)系統(tǒng)的事故進行預(yù)先估測、檢定和響應(yīng)，并且能夠在電網(wǎng)事故之后迅速實現(xiàn)自我恢復(fù)，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)的系統(tǒng)重構(gòu)，促進電網(wǎng)的故障評估到故障恢復(fù)的電網(wǎng)自愈功能實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 低電壓 脆弱性 指標

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0017-02

在經(jīng)濟迅速發(fā)展的態(tài)勢下，電網(wǎng)正在進行大規(guī)模的互聯(lián)，電力系統(tǒng)成為了與人們生活息息相關(guān)的人造網(wǎng)絡(luò)，在這個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系之中，電能的輸出安全與使用已經(jīng)成為了人們關(guān)注的議題，由于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的連鎖性大范圍的事故，給人們的生活造成了嚴重的威脅。為此，需要對配電網(wǎng)絡(luò)進行脆弱性指標的預(yù)測和分析，要實現(xiàn)對配電網(wǎng)實時、快速的脆弱性評估和預(yù)測，并對配電網(wǎng)系統(tǒng)進行重構(gòu)，有效地進行配電網(wǎng)的自我恢復(fù)，從而提高配電網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

1 配電網(wǎng)脆弱性界定及其影響因素

配電網(wǎng)的脆弱性又稱為系統(tǒng)的抗干擾和抗故障的能力，由于各種因素如人為干預(yù)、信息網(wǎng)絡(luò)、計算偏差、元件保護等，對配電網(wǎng)系統(tǒng)存在潛在的危險，這些潛在的危險一旦暴露，則會對配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常供電能力造成較大的威脅。同時，不同的配電網(wǎng)系統(tǒng)也有不同的脆弱性表現(xiàn)，電力市場規(guī)模的擴大使設(shè)備脆弱性得到大范圍的分布，伴隨著電網(wǎng)的迅速擴張，區(qū)域電網(wǎng)運行之間的信息交換不夠充分，出現(xiàn)缺少實時數(shù)據(jù)而調(diào)度失靈的現(xiàn)象，這也增加了配電網(wǎng)的脆弱性。

在配電網(wǎng)系統(tǒng)之中，對于配電網(wǎng)脆弱性的影響因素主要有以下幾個方面。

（1）配電網(wǎng)系統(tǒng)元件故障因素。在配電網(wǎng)系統(tǒng)之中，要涉及各種不同的設(shè)備，諸如變壓器、輸電線、發(fā)電機等，這些系統(tǒng)元件會造成信息數(shù)據(jù)的延遲，影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和效率。

（2）控制保護系統(tǒng)因素。在配電網(wǎng)系統(tǒng)之中，控制保護系統(tǒng)的故障也對配電網(wǎng)的脆弱性有較大的影響，諸如控制保護系統(tǒng)的隱性故障、斷路器故障、系統(tǒng)的保護誤動作等。

（3）通信系統(tǒng)因素。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，在與EMS失去通信的前提下，也無法實施自動控制和保護，或者出現(xiàn)外部的Agent侵入信息，也會對配電網(wǎng)系統(tǒng)的脆弱性產(chǎn)生影響。

（4）電力系統(tǒng)整體環(huán)境因素。由于電力系統(tǒng)存在整體性能的穩(wěn)定問題，諸如電壓波動、振蕩、頻率不穩(wěn)定等，這些電力系統(tǒng)中存在的穩(wěn)定性問題，也會對配電網(wǎng)電壓的脆弱性造成影響。

（5）外在因素的影響。一些外來的自然災(zāi)害和惡劣氣候條件，也會對配電網(wǎng)的脆弱性造成影響，如地震、冰雹、洪水、火災(zāi)等。

2 配電網(wǎng)低電壓脆弱性指標

配電網(wǎng)低電壓的脆弱性指標可以用于描繪電網(wǎng)系統(tǒng)的強度以及承受能力，它可以表現(xiàn)為不同的方面，如電壓、靜態(tài)、頻率等。

2.1 風(fēng)險評估指標

這一指標重點是針對電力系統(tǒng)的事故發(fā)生概率及其影響而提出的評估指標，對配電網(wǎng)事故的風(fēng)險評估克服了簡單的概率性評估的缺點，可以對其風(fēng)險評估指標進行確立并分析，根據(jù)風(fēng)險評估指標的數(shù)值大小，判定配電網(wǎng)系統(tǒng)的脆弱程度。對于風(fēng)險評估指標的定量分析，可以采用以下公式進行定量計算：

在上式中，i表示風(fēng)險評估的正常運行集合條件；Xi表示系統(tǒng)故障之間的狀態(tài)；E表示不可預(yù)知的事故風(fēng)險；C表示事故風(fēng)險引發(fā)的后果及影響；P（E/X）表示不可預(yù)知的事故風(fēng)險在故障狀態(tài)下發(fā)生的概率；S（C/E）表示事故風(fēng)險所帶來的嚴重程度；R（C/Xi）表示風(fēng)險評估指標數(shù)值。

風(fēng)險評估指標涵蓋有過負荷風(fēng)險指標、低電壓風(fēng)險指標、失負荷風(fēng)險指標。其中，過負荷風(fēng)險指標是表示事故發(fā)生后線路的過載狀態(tài)；低電壓風(fēng)險指標是反映事故后各母線電壓下降的風(fēng)險；失負荷風(fēng)險指標是系統(tǒng)電壓距離失穩(wěn)的風(fēng)險數(shù)值。

2.2 電壓穩(wěn)定預(yù)警指標

它可以用于反映系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的狀態(tài)，對于系統(tǒng)電壓存在問題的指標進行預(yù)警分析，這個指標體系較為全面。

2.3 電網(wǎng)安全指標

由于電網(wǎng)規(guī)模擴大，電網(wǎng)的復(fù)雜性和安全性都是密切關(guān)注的課題，用某一項單一的指標，難以準確地判定出系統(tǒng)的隨機誤差，而且在復(fù)雜的電網(wǎng)運行狀態(tài)下，需要有大量的數(shù)據(jù)作為前提，要對大量的數(shù)據(jù)進行觀測和分析，這樣，才能準確把握電網(wǎng)的運行規(guī)律，從而判定電網(wǎng)運行狀態(tài)中的相關(guān)聯(lián)性，提升電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性能。

2.4 電網(wǎng)評估體系

配電網(wǎng)的脆弱性和安全性都是針對電網(wǎng)系統(tǒng)的指標，在電網(wǎng)并網(wǎng)的趨勢之下，遠距離和大容量的電廠進入到電網(wǎng)系統(tǒng)之中，這就需要從全局的角度出發(fā)，構(gòu)建電網(wǎng)評估體系，將電網(wǎng)視同為廣義的節(jié)點系統(tǒng)，對各個節(jié)點進行安全分析，并采用定量分析的方式，對電網(wǎng)變化量、變化率和敏感性等進行評估，再全面分析各種不確定性因素對于電網(wǎng)安全的影響。

2.5 頻率脆弱性指標

在運用頻率脆弱性指標的評估過程中，電網(wǎng)的有功功率是重要的影響因素，電網(wǎng)的有功功率不穩(wěn)定，就會導(dǎo)致頻率的上下波動，一旦頻率波動超出或低于一定的范圍，則會導(dǎo)致配電系統(tǒng)的頻率崩潰。

2.6 自然災(zāi)害預(yù)警指標

由于一些外在因素的影響，諸如冰雪、雷電、臺風(fēng)、地震等，這些自然災(zāi)害對于電網(wǎng)系統(tǒng)也有較大的危害性影響，在這些自然災(zāi)害的侵襲之下，各個電網(wǎng)調(diào)度部門、電力預(yù)測部門、電網(wǎng)運行部門都要加強對預(yù)警指標的基礎(chǔ)工作，做好相應(yīng)的準備。

3 配電網(wǎng)低電壓脆弱性評估的方法

3.1 概率論視角之下的配電網(wǎng)評估

這個評估方法主要針對配電網(wǎng)中的隨機事件發(fā)生概率以及其影響，可以運用風(fēng)險理論，對電力系統(tǒng)的脆弱性進行評估，用風(fēng)險指標判定事故的等級和后果，可以較為全面地顯示出配電網(wǎng)系統(tǒng)的事故發(fā)生概率及其影響。

還可以基于蒙特卡羅模擬方法，對配電網(wǎng)系統(tǒng)進行脆弱性評估，這需要事先將不確定性因素進行抽樣分析，從而根據(jù)抽樣分析的結(jié)果，判定不確定因素對于系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，可以進行狀態(tài)估計和狀態(tài)統(tǒng)計，從而獲取系統(tǒng)運行所需的脆弱性指標。它可以較好地處理負荷的隨機變化，可以依照時間的發(fā)生先后順序進行操作和處理。不足之處在于需要在一定的計算時間內(nèi)達到規(guī)定的計算精度，這兩者之間的緊密性決定了系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定，因為計算的精度需要較長的計算時間為前提和代價，因而，這種方法不太適合于配電網(wǎng)系統(tǒng)的在線、實時運用。

3.2 暫態(tài)穩(wěn)定分析視角下的脆弱性評估

這種評估方法是以電網(wǎng)系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的穩(wěn)定運行為前提，它反映出電網(wǎng)系統(tǒng)的安全系數(shù)，通過系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和靈敏度函數(shù)等，確定系統(tǒng)的安全性能。如果以△V作為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性標志，那么當(dāng)△V>0則表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，反之，如果△V<0，則表示系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。

3.3 基于EEAC的脆弱性評估

這是運用擴展等面積法則，通過評估空間實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性評估，實現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定的定量分析，具有計算速度快、精準度高的優(yōu)勢。由于這種脆弱性評估方式是從暫態(tài)穩(wěn)定的角度進行分析，因而，無法全面反映電網(wǎng)系統(tǒng)的脆弱性。

4 結(jié)語

綜上所述，在配電網(wǎng)低電壓脆弱性指標的分析之中，有不同的指標，它們各有其適用范圍和特點，因而，為了實現(xiàn)對配電網(wǎng)低電壓脆弱性的全面評估，還需要利用先進的技術(shù)和手段，選取實用的、便于操作的評估指標和評估方法，實現(xiàn)智能化、數(shù)字化、在線實時的預(yù)警分析。

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