基于可靠性評估的電網綜合評價規劃方法研究

唐勇俊，曹 哲，袁智強

(上海電力設計院有限公司，上海 200025)

基于可靠性評估的電網綜合評價規劃方法研究

唐勇俊，曹 哲，袁智強

(上海電力設計院有限公司，上海 200025)

針對目前電網規劃缺乏對供電可靠性定量分析的不足，將可靠性評估的方法引入電網規劃流程，并提出了考慮可靠性、安全性和經濟性的指標體系以及綜合評價規劃方法。通過案例研究表明，該方法具備實際可操作性，對在未來電網規劃中強化可靠性評估作用、提高規劃精細化水平有一定的支撐作用。

電網規劃；供電可靠性；指標體系；綜合評價規劃方法

目前我國電網規劃設計主要采用確定性的N-1準則評估規劃方案的可靠性，也即在預期故障發生的情況下判斷故障對電網的影響。這種分析存在著一定的缺陷：一是對故障產生的后果無法準確的定量分析；二是不能反映電力設備故障、負荷變化、電網運行行為等客觀存在的隨機特性。電網可靠性評估為解決上述傳統規劃設計方法的不足提供了新的手段，它能夠分析多個不確定因素對電網可靠性的影響，提高電網規劃的適應性；同時通過定量評估電網可靠性水平，能夠更好地為決策者提供量化信息，避免決策者主觀因素給電網規劃帶來的不利影響。

隨著上海城市電網的不斷發展，以及國際化大都市對于供電可靠性要求的不斷提高，上海電網建設將由主要以提高電網的供電能力為主，進而越來越關注提高電網的供電可靠性。但是如何對電網進行可靠性的定量評估，并且在實際電網規劃流程中引入可靠性評估方法，目前國內電網企業均還處于探索和初步摸索階段。

綜合考慮可靠性和經濟性的定量評估是輸電網規劃方案評估的發展方向，對輸電網規劃工作具有重大的指導意義，對提高電網投資的經濟效益和社會效益大有裨益。

1 可靠性指標

可靠性指標通常從事故對于正常供電影響的不同方面進行計量，包括停電的頻率、概率、持續時間、損失電力和電量的多少等。不同的子系統根據自身特點，在可靠性指標上會略有區別。

可靠性指標體系一般分為負荷點指標和系統指標。負荷點指標對于系統每一個負荷點而言，表明事故的局部影響。系統指標反映系統故障對整個系統的影響，表明事故的全局影響。

常用的基本指標如表1所示。

上述基本指標既可以作為負荷點指標，又可用在整個系統。在電網規劃中既要關注系統指標，又要關注節點指標，它們分別從全局和局部給規劃人員提供關于電網可靠性的量化信息和分布規律。

表1 常用的基本可靠性指標

2 綜合評價指標體系的建立

電網規劃首先須滿足電網安全穩定運行的要求，防止系統失穩發生大面積停電；同時要保證為電力用戶提供持續、可靠、優質的電能；規劃方案還應盡可能降低初始投資及運行損耗費用，使其在全壽命周期內成本最優。因此，有必要建立一個集安全性、可靠性、經濟性于一體的綜合評價指標體系。

在指標體系構建時，主要把握以下幾個原則。

系統性原則：即所選取的指標應全面反映系統特性，對于電網規劃來說，安全性、可靠性、經濟性三位一體，缺一不可。

可操作性原則：即所選取的指標應是可計算的，計算數據來源應是明確有效的。考慮到目前電網企業對于設備可靠性參數、輸變電設施運維費用等數據仍缺乏一定歷史積累，統計口徑也比較粗，因此在指標定義和計算時需采用一些簡化實用的方法。

相對比較原則：即電網規劃綜合評價指標體系主要用于對不同規劃方案進行技術經濟比選，因此更多的是關注方案間的相對指標差異，對于方案間相差不大或難以準確計算的部分可近似認為相等，從而不進行具體計算分析。

根據上述原則，同時考慮輸電網絡規劃應用的需求，利用層次分析法(AHP)建立了電網綜合評價體系，其層次結構如圖1所示。

圖1 電網規劃綜合評價體系

該指標體系最上層的目標層為電網綜合評價指標，用以從整體上判斷各規劃方案的技術經濟性；下級準則層從供電可靠性、供電安全性、經濟性三個方面分別對規劃方案進行評價，每個準則層下面均定義了多個指標，保證各項指標能夠從不同角度反映系統的實際情況。

3 基于綜合評價的電網規劃方法

為改善傳統電網規劃方法無法對供電可靠性指標、經濟性指標等進行量化分析的缺陷，本文在對供電可靠性指標、電網綜合成本指標以及電網安全性指標的量化分析基礎上，提出建立基于綜合評價的電網規劃數學模型，對電網的規劃設計從供電可靠性、經濟性和安全性三方面進行量化計算，從而實現對電網規劃設計方案進行更加客觀的比選和優化，避免決策者的主觀因素對電網規劃的不利影響，使電網規劃在確保安全性的基礎上更加合理的權衡供電可靠性和經濟性，提高電網投資的經濟效益和社會效益。

該方法包括以下步驟：

(1)對電力系統現狀進行分析，并且對電網負荷需求進行預測，以及進行電源規劃；

(2) 根據步驟(1)分析、預測以及規劃的結果，同時利用現狀網絡可靠性評估獲取現狀電網可靠性信息，專家輔助決策通過分析電網薄弱環節、總結實用規律，提出多個初步電網規劃方案；

(3)對多個所述初步電網規劃方案進行電氣計算；

(4)根據電氣計算的結果，計算每個所述初步電網規劃方案的損耗成本，并判斷所述初步電網規劃方案是否滿足電網安全性指標需求，剔除多個所述初步電網規劃方案中不滿足電網安全性指標的初步電網規劃方案，將滿足電網安全性指標的初步電網規劃方案列入可行電網規劃；

(5)計算所有所述可行電網規劃的綜合評價指標；

(6)根據計算出的每個所述可行電網規劃的綜合評價指標數值，選擇綜合評價指標數值最高者作為最終的電網規劃方案。

在上述基于綜合評價的規劃方法中，電網規劃模型的目標函數為：

L=max(RS/CT)

式中L——電網規劃綜合評價指標；

RS——供電可靠性綜合指標；

CT——電網綜合成本指標。

供電可靠性綜合指標的計算公式為：

RS=1/(T*N*L*E)

式中T——年平均停電時間；

N——年平均停電次數；

L——年平均電力缺失；

E——年平均電量缺失。

電網綜合成本指標的計算公式為：

CT=CI+CO+CL+CF

式中CI——投資成本；

CO——運行成本；

CL——損耗成本；

CF——停電損失。

由于電網規劃綜合評價指標的絕對值通常表示的物理意義不大，在規劃方案比選時主要關注綜合指標的相對值，因此可取某一基準方案的綜合指標為基準值1，求取其他方案相對基準值的綜合指標數值。

圖2 基于綜合評價的電網規劃流程

4 案例研究

選取某區域220 kV輸電網規劃作為案例，應用本文方法提出了三個不同規劃方案，并分別進行綜合評價。規劃網架如圖3所示，圖中虛線為新建線路，數字標注為相應線路長度。

圖3 規劃方案示意圖

綜合成本計算中，停電損失評估采用產電比法。考慮到目前電網公司對于運行維護成本缺乏歷史數據積累，因此對運行維護成本的計算采取了一些簡化，運行成本考慮在投資費用的基礎上乘以一個固定的維護成本系數。損耗成本則考慮用網損乘以平均電價來衡量。

由表2可見，三個方案的安全性指標均滿足要求，其中方案一和方案二線路負載率較小，安全裕度較大。方案一的可靠性和經濟性均最優；方案二可靠性略低于方案一，主要由于節點A、B、C采用單環網結構，存在潮流分布不均的情況；方案三可靠性較低是因為環網內節點較多，潮流較重，一旦環網內節點或線路通道發生故障，易造成潮流轉移后其他線路過載。另外，從重要節點的供電可靠性來看，節點C不僅處于環網通道內，同時通過線路與外部電網相聯絡，在系統中的地位重要。方案一中節點C有6回進出線與周邊其他節點聯系，而方案二與方案三均只有4回進出線，因此方案一對于局部網架的支撐作用也更強。

綜合考慮供電的安全可靠性以及經濟性，推薦采用方案一為規劃方案。

表2 規劃方案指標評價情況

注：初始投資已在全壽命周期內換算為年費用，綜合評價指標以方案二為基準求取指標相對值。

5 結語

本文針對目前電網規劃缺乏對供電可靠性定量分析的不足，將可靠性評估方法引入電網規劃流程，提出使用可靠性分析進行專家輔助決策的思路，根據專家經驗和實際情況提出規劃方案，在此基礎上進行優化選擇。

在上述思路基礎上，本文提出了考慮可靠性、安全性和經濟性的指標體系以及綜合評價規劃方法。通過案例研究表明，該方法具備實際可操作性，對在未來電網規劃中強化可靠性評估作用、提高規劃精細化水平有一定的支撐作用。

(本文編輯：楊林青)

Research on Comprehensive Evaluation of Power Network Planning based on Reliability Assessment

TANG Yong-jun, CAO Zhe, YUAN Zhi-qiang

(Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd.,Shanghai 200025,China)

In view of the lack of quantitative analysis of power supply reliability, the reliability evaluation method is introduced into the power grid planning process,and the index system and comprehensive evaluation method of reliability, safety and economy are put forward. The case study shows that in the future network planning, the method is practical and feasible to strengthen the role of reliability evaluation,and to improve the level of planning to a certain degree of support.

power network planning; power supply reliability; index system; comprehensive evaluation method

10.11973/dlyny201701021

唐勇俊(1982)，男，碩士，高級工程師，從事電網規劃設計工作。

TM712

A

2095-1256(2017)01-0087-04

2016-12-08