面向風(fēng)險(xiǎn)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)對比分析

熊巍 長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

面向風(fēng)險(xiǎn)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)對比分析

熊巍 長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

圍繞電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估，通過多角度、全方位對比分析我國與世界上一些主要發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家電力系統(tǒng)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的主要特征，闡述電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要意義和現(xiàn)實(shí)作用，進(jìn)一步從防控風(fēng)險(xiǎn)角度為電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)穩(wěn)定評價(jià)提出具體可行的建議措施。

電力系統(tǒng) 運(yùn)行安全 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 可靠性 風(fēng)險(xiǎn)評估

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，全社會的用電需求也在與日俱增，伴隨而來的就是電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模和建設(shè)步伐的不斷加快，一大批新型的輸電技術(shù)得到廣泛運(yùn)用，這些都在一定程度上加深了我國電力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，也對我國電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防控和穩(wěn)定評價(jià)工作提出了新的更高的要求和挑戰(zhàn)。從近年來全國以及全世界范圍內(nèi)所發(fā)生的大規(guī)模停電事件中我們可以看出，我們的電力系統(tǒng)以及電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性還存在著這樣那樣的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)。因此，必須進(jìn)一步加強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)工作，深化穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對比分析，采取切實(shí)可行的措施防控電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，避免大規(guī)模停電事故的發(fā)生，保障我國電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

1 我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析

1981年頒發(fā)的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，是我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定評價(jià)的主要標(biāo)準(zhǔn)，三十多年來，它為我國電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了基本遵循，為科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了重要參考，為進(jìn)一步建立健全電力企業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮了指導(dǎo)性作用，也為深化電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)工作以及風(fēng)險(xiǎn)防控工作提供了根本依據(jù)。

該導(dǎo)則從我國電力系統(tǒng)常見故障類型、嚴(yán)重等級等多個(gè)方面出發(fā)，明確了三個(gè)安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級及其所包含的故障類型，每個(gè)等級在風(fēng)險(xiǎn)因素、故障發(fā)生概率等方面均存在差異性。具體來說，在第一等級，主要包括了發(fā)生發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等機(jī)械性故障，這類故障在我國電力系統(tǒng)中比較常見，但是其危害性較小，總體來說在可控范圍之內(nèi)，在這種情況下一般要求電力系統(tǒng)保持當(dāng)前的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，不得隨意變更各項(xiàng)參數(shù)；在第二等級，主要包括了母線故障、同塔線路跳閘等，這類故障雖然發(fā)生概率偏低，但是一旦發(fā)生危害性很大，勢必會嚴(yán)重影響我國電力系統(tǒng)的運(yùn)行，這種情況下，就必須及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷，從而保證其穩(wěn)定性；在第三等級，主要包括了開關(guān)拒動等復(fù)合型故障，此類故障發(fā)生概率極低，但是所導(dǎo)致的后果非常嚴(yán)重，極有可能對電力系統(tǒng)造成毀滅性破壞，因此，必須采取有效措施，避免出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象，防止負(fù)荷出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失。

2 其他國家電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 美國的電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)工作方面，美國制定了《輸電系統(tǒng)規(guī)劃性能準(zhǔn)則》，其與我國的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》有著異曲同工之妙，同樣是通過劃分等級的方式對各類電力事故進(jìn)行判斷分析并采取有針對性的應(yīng)對措施，從而保證電力系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行，避免各類事故的發(fā)生。與此同時(shí)，TPL-001-4準(zhǔn)則，對科學(xué)規(guī)劃電力系統(tǒng)、明確相關(guān)職能等做出了深入闡述和系統(tǒng)安排，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)評估等提出了更為詳細(xì)的要求，對原有的四級穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了創(chuàng)造性變革，結(jié)合最新的電網(wǎng)規(guī)劃和事故校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開展評價(jià)。

依據(jù)不同類型的初始運(yùn)行情況，在分析研究發(fā)生不同等級故障及其可能會造成的影響的基礎(chǔ)上，將電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為八種規(guī)劃事件。如表1所示，其中，P0級代表無故障，P1-P7分別代表單一故障和多重故障，在多重故障中，又包括了開關(guān)拒動、繼電保護(hù)裝置動作錯(cuò)誤、雙元件故障、公用結(jié)構(gòu)故障等等。與此同時(shí)，按照不同等級所對應(yīng)的不同類型的故障，詳細(xì)規(guī)定了穩(wěn)定控制裝置所切除負(fù)荷的大小。對于這八類規(guī)劃性事件，要求電力系統(tǒng)均能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)均保持在合理范圍之內(nèi)，避免發(fā)生連鎖孤島事件。

表1 TPL-001-4準(zhǔn)則規(guī)劃事件等級

2.2 英國的電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，英國制定了《國家輸電系統(tǒng)安全與供電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將電力系統(tǒng)劃分為海上輸電系統(tǒng)和陸上輸電系統(tǒng)兩大類，并從運(yùn)行、接入、設(shè)計(jì)等方面針對兩套不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)了個(gè)性化的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

英國的SQSS標(biāo)準(zhǔn)按照不同的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，分別制定了正常運(yùn)行準(zhǔn)則和條件運(yùn)行準(zhǔn)則。在正常運(yùn)行準(zhǔn)則下，電網(wǎng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生線路、發(fā)動機(jī)、母線等故障時(shí)，對系統(tǒng)線路負(fù)荷切除的限值進(jìn)行明確規(guī)定，并要求系統(tǒng)必須保持當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，避免相關(guān)設(shè)備和各項(xiàng)參數(shù)出現(xiàn)過載以及超限情況。針對單一元件故障，該標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)不同的負(fù)荷大小明確規(guī)定了不懂的負(fù)荷切除量，如表2所示。

表2 發(fā)生安全事件允許最大負(fù)荷切除量

在條件運(yùn)行準(zhǔn)則下，主要考慮了英國電力系統(tǒng)運(yùn)行的惡劣條件，針對事故應(yīng)對措施和電網(wǎng)運(yùn)行等方面做出了特殊的要求和規(guī)定，該準(zhǔn)則將架空雙合線故障定性為嚴(yán)重的電力安全事故，規(guī)定可以在避免經(jīng)濟(jì)損失的情況下在一定范圍內(nèi)切除負(fù)荷，保證系統(tǒng)以及電壓的穩(wěn)定。同時(shí)，該準(zhǔn)則還規(guī)定，在事故高發(fā)易發(fā)期間，通過增加備用容量、減少遠(yuǎn)距離輸電等措施，進(jìn)一步防控電網(wǎng)跳閘風(fēng)險(xiǎn)，確保同塔雙回線運(yùn)行安全。

2.3 印度的電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

印度采用《輸電規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)指南》，對電力系統(tǒng)規(guī)劃和可靠運(yùn)行進(jìn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)。印度是一個(gè)大規(guī)模停電事件易發(fā)的國家，這在一定程度上說明了該國電網(wǎng)的脆弱性，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足日益增長的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。因此，對現(xiàn)有的指南進(jìn)行調(diào)整修訂勢在必行。

該指南將電網(wǎng)運(yùn)行分為N-0、N-1、N-1-1等三種情況，并分別提出了相應(yīng)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。其中，在N-0請款下，電網(wǎng)無故障，西宮正常運(yùn)行。在N-1情況下，變壓器、線路等設(shè)備發(fā)生單一元件故障，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下應(yīng)滿足的要求。穩(wěn)態(tài)下系統(tǒng)保持正常穩(wěn)定運(yùn)行，不發(fā)生切機(jī)切負(fù)荷；暫態(tài)則要求系統(tǒng)需承受主網(wǎng)單回線路的永久性故障、直流單極故障、單臺發(fā)電機(jī)停運(yùn)等故障形式所帶來的不良影響。在N-1-1情況下，在發(fā)生N-1的情況的基礎(chǔ)上，同時(shí)出現(xiàn)單回主網(wǎng)線路故障，在這種狀態(tài)下，必須切除負(fù)荷，以便系統(tǒng)能夠過渡到新狀態(tài)。

3 中、美、英、印四國穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)對比分析

前文我們說明了中、美、英、印等四個(gè)國家在電網(wǎng)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)定、穩(wěn)定運(yùn)行等方面出臺的文件。我國頒發(fā)的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》主要根據(jù)不同電力事故類型及其嚴(yán)重程度，劃分了不同等級的系統(tǒng)穩(wěn)定要求，主要包括評估線路、發(fā)動機(jī)、變壓器等關(guān)鍵輸電設(shè)備在出現(xiàn)不同類型故障情況下的穩(wěn)定性，并采取相應(yīng)的措施避免由于開關(guān)拒動、繼電保護(hù)裝置故障等引起的系統(tǒng)崩潰。美國的TPL-001-4準(zhǔn)則將電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為八種規(guī)劃事件，并根據(jù)系統(tǒng)不同的初始運(yùn)行情況和開關(guān)拒動、繼電保護(hù)裝置失靈等因素，從P1-P7劃分為七個(gè)等級。規(guī)劃事件主要校驗(yàn)系統(tǒng)在發(fā)生N-1和N-2事故的情況下能保持穩(wěn)定運(yùn)行。英國的SQSS標(biāo)準(zhǔn)將電力系統(tǒng)劃分為海上輸電系統(tǒng)和陸上輸電系統(tǒng)兩大類。在陸上輸電系統(tǒng)中，根據(jù)不同施工場景以及故障發(fā)生區(qū)域，提出了差異化的穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在正常情況下，當(dāng)發(fā)生N-1故障時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)能夠繼續(xù)保持在一個(gè)相對合理的范圍之內(nèi)，可以有條件的切除負(fù)荷。要求主網(wǎng)發(fā)生架空雙回線N-2故障時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)能夠繼續(xù)保持在一個(gè)相對合理的范圍之內(nèi)，同時(shí)將負(fù)荷損失降到最低。由此可見，英國的SQSS標(biāo)準(zhǔn)主要考察系統(tǒng)在發(fā)生N-1和N-2事故的情況下的穩(wěn)定性，注重系統(tǒng)在故障條件下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。印度的《輸電規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)指南》將電網(wǎng)運(yùn)行分為N-0、N-1、N-1-1等三種情況，并分別提出了相應(yīng)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。N-1標(biāo)準(zhǔn)要求電力系統(tǒng)在線路、變壓器、直流單級等單一元件發(fā)生故障后仍能夠保持一定的運(yùn)行水平并且避免負(fù)荷損失。N-1-1標(biāo)準(zhǔn)則是在N-1標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，線路同時(shí)發(fā)生三相故障，并根據(jù)故障類型采取切除負(fù)荷等方式將系統(tǒng)過過渡到新狀態(tài)。

4 面向風(fēng)險(xiǎn)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)

4.1 充分關(guān)注系統(tǒng)初始運(yùn)行情況

我國的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的過程中，只對正常情況下所發(fā)生的故障造成的系統(tǒng)影響進(jìn)行了分析。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，考慮到電網(wǎng)運(yùn)行方式的千差萬別，發(fā)生同一類型故障時(shí)多造成的系統(tǒng)影響也會不一樣。需要特別指出的是，美國的TPL-001-4準(zhǔn)則將發(fā)生故障的情況與開關(guān)拒動、繼電保護(hù)裝置失靈等情況緊密聯(lián)系起來，從七個(gè)不同的事故等級進(jìn)行劃分，在實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行中更具有可操作性。因此，開展穩(wěn)定評價(jià)工作和風(fēng)險(xiǎn)防控工作必須充分考慮系統(tǒng)初始運(yùn)行情況，以便不斷提高穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的有效性和精確性。

4.2 將事故指標(biāo)進(jìn)行具體量化

我國的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》在負(fù)荷切除量以及最大切除時(shí)間等方面缺乏明確的規(guī)定，僅僅要求在發(fā)生N-1故障的情況下，不得切除負(fù)荷，在第二、第三級標(biāo)準(zhǔn)下避免系統(tǒng)崩潰且最大限度降低負(fù)荷切除量。因此，從電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和防控風(fēng)險(xiǎn)的角度出發(fā)，必須對相關(guān)事故指標(biāo)進(jìn)行具體量化，對事故評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，不斷提高評估工作的有效性和說服力。

4.3 綜合多角度因素進(jìn)行校驗(yàn)

通過分析近年來發(fā)生的嚴(yán)重電力事故，我們可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致事故發(fā)生的原因是多種多樣的，既有電力系統(tǒng)內(nèi)部自身的原因，也有外部環(huán)境因素所造成的影響。我國的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》在校核事故類型方面主要包含電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，并對開關(guān)拒動、繼電保護(hù)裝置失靈等機(jī)械性故障原因進(jìn)行了重點(diǎn)分析，這具有一定的局限性。開展穩(wěn)定評價(jià)工作和風(fēng)險(xiǎn)防控工作，必須從多個(gè)角度、多重因素進(jìn)行綜合考量，不斷提高系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和薄弱環(huán)節(jié)識別的準(zhǔn)確性和全面性，進(jìn)一步提高針對不同事故類型所制定的具體風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施的可操作性和時(shí)效性，促進(jìn)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平邁上一個(gè)新臺階。

5 結(jié)語

電力系統(tǒng)穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包含了常見故障類型，并針對不同故障類型提出了具體運(yùn)行要求。對比分析這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可為我國電力系統(tǒng)開展穩(wěn)定評價(jià)工作和風(fēng)險(xiǎn)防控工作提供積極有效的參考。本文圍繞事故量化指標(biāo)、發(fā)生故障元件等方面，深入分析對比中、美、英、印等四國的穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，結(jié)合各國標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，從電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析和安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度提出了具體的改善意見。

[1]丁理杰，劉美君，曹一家，等.基于隱性故障模型和風(fēng)險(xiǎn)理論的關(guān)鍵線路辨識[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(6)：1—5，22

[2]舒印彪，湯涌，孫華東.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(25)：1—8

[3]王姍姍，孫華東，易俊，等.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對大電網(wǎng)的適用性綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(11)：3144—3150

[4]李鵬，黃河，吳小辰，等.中國與歐美輸電網(wǎng)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)比[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38(1)：127—133

[5]鄭秀波，林勇.中外輸電網(wǎng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)對比研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(8)：2355—2361

[6]電力行業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.DL755—2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則[s].北京：中國電力出版社，2001