地區電網風險評估系統研究

張寶軍

(大唐東北電力試驗研究所有限公司,長春 130012)

地區電網風險評估系統研究

張寶軍

(大唐東北電力試驗研究所有限公司,長春 130012)

針對目前電力系統風險評估側重在元件級的分析較多、系統級評估較少的問題,研究了地區電網風險評估系統,從運行綜合評估、變電站運行方式評估等方面對該系統進行分析,通過實際算例,驗證了系統先進性和實用性。

地區電網;風險評估;系統開發

0 引言

隨著現代電力系統的迅速發展,電網系統的結構越來越復雜,電網智能化與風險并存,如果電網的局部出現危機,可能會迅速波及整個電網,并在相連的巨大電網間傳遞。地區電網連接方式混亂,經常是輻射網和環網并存,而且電壓等級較多,負荷種類繁雜,重要程度不同,對電能質量的要求也不盡相同。

目前地區電網的運行監視手段為SCADA/ EMS系統,計算分析手段主要是EMS系統的調度員潮流和運行方式離線計算,控制手段主要為調度預案、運行控制極限和安裝自動裝置等。隨著地區電網規模的不斷擴大,調管設備快速增多,調度運行人員對地區電網的實時運行狀態和設備運行狀況掌握程度不斷下降。電網運行中大量冗余實時數據和信息,已無法通過SCADA/EMS系統進行完全、批量、實時、準確地表達。傳統圖形表達方式已無法滿足調度運行人員對電網實時信息可閱性、提示性和概括性的要求,導致調度員視覺上的模糊,太專注局部變化而弱化了對電網整體運行態勢發展的全面掌握。同時,地區電網內眾多重要、高危客戶的供電可靠性、設備重載/過載、以及66 k V及以下系統線路、主變壓器N-1掉閘后的負荷轉移、相關設備運行情況以及系統的安全裕度分析,大多是基于調度運行人員的經驗進行定性判斷,調度技術支持系統對調度運行人員的輔助指導未能充分發揮作用,地區調度應對突發、緊急事件的處置措施尚需完善,電網精細化調度程度有待提高。

地區電網是大電網和用戶之間的接口,它能否安全穩定運行直接關系到整個電力系統是否安全穩定以及效益的高低。因此對地區電網進行風險評估,找到薄弱環節并給予增強穩固來提高電網的整體可靠性,將風險盡最大可能降低具有重要現實意義。

1 理論依據

潮流方程是非線性方程,不能直接求解,只能用迭代法,目前比較成熟的迭代法有牛頓法和PQ分解法。牛頓法收斂速度較慢,收斂性好,適合于低壓網;PQ分解法收斂速度較快,收斂性較差,適合于高壓電網。

1.1 牛頓法

牛頓-拉夫遜法(或稱牛頓法)是求解非線性方程組最有效的方法。其原理是在解的某一臨域內的某一初始點出發,沿著該點的一次偏導數——雅可比矩陣朝減小方程殘差的方向前進一步,在新的點上再計算殘差和雅可比矩陣繼續前進,重復這一過程起到殘差達到收斂標準即得到非線性方程組的解。因為越靠近解,偏導數的方向越準,收斂速度越快,因此其具有二次收斂特性。

1.2 PQ分解法

牛頓法用于電力系統潮流計算雖然是行之有效的方法,但是其雅可比矩陣是接近2n階的系數矩陣,且每次迭代都需重新生成,這無疑需要較大的內存和較長的時間。因此,在牛頓法的基礎上又演變出了PQ分解法。在交流高壓電網中,輸電線路的電抗要比電阻大得多,系統中母線有功功率的變化主要受電壓相位的影響,無功功率的變化則主要受母線電壓幅值變化的影響。PQ分解法就是利用節能功率的極坐標形式,結合電力系統的特點,把有功功率的不平衡量作為修正電壓相角的依據,把無功功率的不平衡量作為修正電壓值的依據,然后分別迭代求解,也稱為快速解耦法。但由于其近似條件在低壓配電網中不成立,因此不適于計算低壓配電網的潮流。

2 系統架構和主要功能設計

2.1 系統架構

該系統包括基礎平臺和高級應用兩部分。基礎平臺涵蓋了網絡通信管理、用戶管理、配置管理、日志管理、圖形顯示與編輯、報表管理、報警管理等功能。高級應用則包括了拓撲管理、潮流計算、綜合量化風險評估、變電站及大用戶評估、N-1開斷掃描、主變壓器高峰負荷預測、負荷轉移計算、無功電壓安全分析、運行方式編制輔助決策、接口管理等模塊。各個模塊之間的關系如圖1所示。

2.2 主要功能

a.地區電網風險成因分析。包括:外力破壞、自然災害、環境因素、電網結構、設備健康水平、繼電保護和制動裝置、電廠和重要用戶、負荷分布及特性、運行方式安排、人員行為及素質等多個方面。

b.風險評價指標體系的建立。主要是針對電網中的主要設備,進行各項指標的計算,既包括容載比、供電可靠率、負載率、備用容量百分比、“N-1”校驗、線路聯絡率、設備故障率、設備裝備水平等確定性指標,也包括頻度、平均期望值等概率性指標,對地區電網進行綜合評價。

c.電網基準風險評估。基準評估涵蓋影響電網的各方面,需綜合考慮外部因素和內部因素,在分析各種因素可能造成的后果及概率大小時,主要參考地區電網運行歷史記錄,同時也對比國內外地區電網大停電事故,分析類似場景在本地電網出現的可能性。評估的主要內容包括:外力破壞、電網結構、設備健康水平、繼電保護和制動裝置、負荷分布及特性、運行方式安排等,以及不同地區所特有的風險問題。

圖1 系統軟件結構

d.持續風險評估。在電網運行過程中,針對特定的情況如重大檢修安排、非正常運行方式、重大保供電時期等,需要進行不間斷的、持續的風險評估。從實用性角度出發,對電網建立風險星級評價和控制機制。從各風險因素發生的概率、負荷損失幅度、可能失壓廠站的數量、可能失壓廠站的重要程度以及其它因素的基礎上,將多風險指標值綜合成單指標值(風險星級),以表示風險的可能性及損失程度,由此決定相應的風險控制措施。根據電網受威脅程度,將風險因素分為6個等級,分別是1星級至6星級。其中,1星級是一般等級風險,6星級是最高等級風險,也是不可承受風險。

e.規避電網風險措施和建議的提出。以量化的風險評價指標反映地區電網運行風險的變化趨勢,為電網運行、規劃等多方面提供輔助決策,為運行人員采取校正措施避免電網風險嚴重惡化提供必要的預警時間,并可為處理重大停電事件的預防或矯正性措施決策提供科學依據。

3 算例分析

目前,國內外對電網的量化評價體系研究主要包括供電能力評估、供電可靠性評估、供電質量評估、經濟性評估、充裕性評估等方面。但這些評估體系都是針對運行方式或規劃網絡,所依據的數據一般都是典型時刻的斷面值或者一段時間的平均值。該系統則將地區電網綜合安全風險評估重點放在風險成因分析上,著重對當前運行狀態存在的風險成因進行評估。實時評價指標從供電能力評估、供電質量評估、經濟性評估三方面進行分類評估。

3.1 供電能力評估

饋線供電半徑合格率指標:該指標統計對象為全網或220 k V片網當中的10 k V饋線,統計其供電半徑的合格比例。根據《農村電力網規劃設計導則》,農網中10 k V饋線超過15 km則視為過長。其計算公式為:

主變壓器平均最高負載率指標:該指標統計對象為全網或220 k V片網當中的主變壓器,統計其平均最高負載率水平。其計算公式為:

3.2 供電質量評估

母線電壓合格率指標:該指標統計對象為全網或220 k V片網當中各變電站的中低壓側母線,統計其電壓合格情況。其計算公式為:

式中:Tu為每條母線電壓合格的累計時間。

3.3 經濟性評估

理論線損率指標:該指標統計對象為全網或220 k V片網的主變壓器和線路,統計其總計的理論線損率水平。其計算公式[1]為:

4 結束語

通過該風險評估方法,將配電網中不同電壓等級變電站內的變壓器、母線、電纜、架空線故障率進行有效的統計,從而得出不同設備可能發生的故障情況并給出具體量化的分值。其分值有效的對配電網的故障程度進行了描述,達到了直觀地反映了故障情況的目的。通過平均期望值的策略使得風險評估結果更加精確,指導意義更加具有實際指導性,將以往不能發現的隱患信息進行展示,起到了警示的作用,從而為電網的健康運行提供了一定的支撐,具有廣闊的應用前景。

[1] 金 輝,于音波.基于層次分析法的中壓配電網評價[J].供用電,2011,28(2):30-33.

本文責任編輯：王麗斌

Regional Power Grid Risk Assessment System Research

Zhang Baojun
(Datang Northeast Electric Power Test&Research Institute Co.,Ltd,Changchun 130012,China)

In view of the present power system risk assessment more focused on the analysis of the component level,system level evaluation fewer problems,regional power grid is studied risk assessment system,comprehensive evaluation,assessment of substation operation mode from the run of the system were analyzed,and through example analysis,verified the system advancement and practicability.

regional power grid;risk assessment;system development

TM732

A

10019898(2017)02000503

20161020

張寶軍(1978-),男,工程師,主要從事電力技術監督、技術攻關相關工作。