計及電網(wǎng)實時可靠性模型參數(shù)的電網(wǎng)規(guī)劃研究

馬俊

【摘 ?要】大型電力系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。實時電力系統(tǒng)的運行由于結(jié)構(gòu)的增加、負荷需求的增加等問題而變得更加困難和復(fù)雜。實施基于智能調(diào)度系統(tǒng)的動態(tài)安全評估和基于能量管理系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)的計算分析對保證電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性起著重要作用。建立基于電網(wǎng)項目協(xié)同優(yōu)化效率評價的評價模型，用于指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃方案的選擇，從而提高了區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃的綜合效益。

【Abstract】The reliability and security of large power system are very important. The operation of real time power system becomes more difficult and complex due to the increase of structure and load demand. The implementation of dynamic security assessment based on intelligent dispatching system and calculation and analysis of real time data collected by energy management system plays an important role in ensuring the security and stability of power system. An evaluation model based on the efficiency evaluation of power grid project collaborative optimization is established to guide the selection of power grid planning scheme. Thus， the comprehensive benefits of regional power grid planning are improved.

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng);可靠性;模型參數(shù);電網(wǎng)規(guī)劃

【Keywords】power grid; reliability; model parameters; power grid planning

【中圖分類號】TM71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）05-0120-02

1 引言

隨著規(guī)模的不斷擴大，現(xiàn)代互聯(lián)電力系統(tǒng)在優(yōu)化配置電力資源方面發(fā)揮著重要作用，為經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的支撐，同時也給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和可靠運行帶來了新的挑戰(zhàn)。為確保電力系統(tǒng)足夠可靠，通常有兩個方面：系統(tǒng)必須以安全為首要考慮進行適當?shù)脑O(shè)計，然后在實際運行期間進行監(jiān)測和控制，以確保在任何時候都有足夠的安全余量。最近幾年全世界發(fā)生的幾次停電事故表明，幾乎所有的重大事故都與失去穩(wěn)定有關(guān)。因此，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是電力系統(tǒng)安全運行的必要條件。

2 電網(wǎng)規(guī)劃概述

近年來，全球經(jīng)濟快速發(fā)展，對能源的需求日益增加，導(dǎo)致資源緊張、環(huán)境污染等諸多全球性問題。特別是近年來，我國大范圍出現(xiàn)的霧霾天氣給人民群眾的正常生活和經(jīng)濟發(fā)展帶來了嚴重影響，電能等清潔能源逐漸取代化石能源成為大勢所趨。在此背景下，如何更加有效地加強電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，提高管理水平，將直接關(guān)系到電網(wǎng)的發(fā)展水平，也關(guān)系到現(xiàn)代能源供應(yīng)體系的建設(shè)是否具有經(jīng)濟效益。從區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀來看，在規(guī)劃方案的具體實施過程中的經(jīng)濟技術(shù)比較中，沒有系統(tǒng)完整的體系和標準來保證。在經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)化中很難發(fā)揮適當?shù)囊龑?dǎo)作用。這影響了電網(wǎng)的整體建設(shè)，造成了不必要的成本投入。因此，有必要在電網(wǎng)規(guī)劃中采用科學(xué)合理的經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)化方法，提高配電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性和合理性。

傳統(tǒng)上，年運行方式、年檢方式和穩(wěn)定控制策略的制定一般采用離線計算方式，電力系統(tǒng)運行人員嚴重依賴離線計算方式的計算結(jié)果來指導(dǎo)日常運行，但離線計算結(jié)果與實際情況存在差異，離線計算采用典型的運行方式，負荷估算精度往往不夠精確，從而使離線計算結(jié)果在大多數(shù)情況下趨于守恒，制約了電力系統(tǒng)的運行，不利于充分發(fā)揮互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢。因此，聯(lián)機安全分析在國內(nèi)外都受到廣泛關(guān)注，其中對實際情況進行快照，并以足夠快的速度進行全面的安全分析，以啟動自動控制或允許操作員采取補救措施，確保維持充分的安全。積極推進在線動態(tài)安全評估和預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，開發(fā)實時監(jiān)測和高性能安全穩(wěn)定分析工具，對于增強電力調(diào)度人員的科學(xué)決策能力，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性具有重要意義。

3 電網(wǎng)可靠性供電方案設(shè)計的必要性分析

規(guī)劃是電網(wǎng)發(fā)展的主導(dǎo)，電網(wǎng)規(guī)劃的水平將直接影響電網(wǎng)的整體發(fā)展水平。高層次的電網(wǎng)規(guī)劃以大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)合理的規(guī)劃方法為基礎(chǔ)。然而，當前電網(wǎng)規(guī)劃業(yè)務(wù)中存在著許多問題。一是電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)業(yè)務(wù)持續(xù)增加，但技術(shù)裝備和信息化基礎(chǔ)相對薄弱，技術(shù)支撐能力相對較低。電網(wǎng)規(guī)劃支持系統(tǒng)從原有的電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)項目評估、工程設(shè)計等功能，逐步擴展到承擔綜合研究和信息化、市場營銷、技術(shù)改造、大修項目評審，負責為規(guī)劃、投資、統(tǒng)計等開發(fā)業(yè)務(wù)提供支持。業(yè)務(wù)不斷增加，但缺乏必要的應(yīng)用支持手段，或者缺乏全過程的監(jiān)控和管理工具，則難以滿足工作需求。二是現(xiàn)有規(guī)劃支撐資源缺乏有效整合和統(tǒng)一規(guī)劃。電網(wǎng)規(guī)劃業(yè)務(wù)信息資源目前缺乏有效的整合，信息技術(shù)應(yīng)用大多處于業(yè)務(wù)流程層面，尚未與電網(wǎng)專業(yè)數(shù)據(jù)相連接，存在著信息口徑大、重復(fù)進入、共享程度低、利用率低、中間信息交換困難、筒倉嚴重等問題。數(shù)據(jù)集成、協(xié)同辦公、智能分析、決策支持等方面的深度挖掘和利用分析不夠，精益管理水平較低。在區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃和改造過程中，在選擇具體的供電方案時，必須考慮供電、基礎(chǔ)設(shè)施投資和供電效率的基本要求。在區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)規(guī)劃區(qū)域經(jīng)濟條件和負荷條件，合理選擇和具體規(guī)劃方案，電網(wǎng)電壓等級序列網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，負荷比等技術(shù)原則。在保證供電的前提下，有必要對其可靠性和經(jīng)濟性進行評估。目前大多數(shù)規(guī)劃方案評價都是針對地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃方案（如經(jīng)濟效益、供電可靠性等）進行的。這種規(guī)劃評價方法的應(yīng)用很難充分考慮技術(shù)經(jīng)濟手段。對區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃方案進行綜合定量的經(jīng)濟技術(shù)比較計算，建立基于電網(wǎng)項目協(xié)同優(yōu)化效率評價的評價模型，從而指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃方案的選擇，對提高電網(wǎng)綜合效益具有重要意義。

4 協(xié)同優(yōu)化供電模型的建立

4.1 評價指標的建立

綜合考慮容量比、負荷密度、變電站容量、供電面積、功率因數(shù)、繞組系數(shù)、負荷點平均年停電時間等因素，建立了機組供電面積的建設(shè)投資、供電容量、土地資源利用率和可靠性水平模型，提出了效率評價系數(shù)。

以單位面積建設(shè)投資XS作為約束指標，若高于上限，則電網(wǎng)規(guī)劃方案無效。規(guī)劃年度負荷密度相同或經(jīng)專家決定確定的供電區(qū)域單位面積投資，上限值應(yīng)高出投資20%。以單位土地面積供電能力YS為約束指標。規(guī)劃年度負荷密度相同或由專家決定的供電區(qū)單位面積供電能力，下限值應(yīng)低20%。以供電可靠性率（ASAI）為約束指標。在規(guī)劃年度供電區(qū)域內(nèi)負荷密度相同或由專家決定的情況下，選擇低于供電可靠率5%的供電下限。

4.2 具體方案比選方法

選擇規(guī)劃區(qū)域的某個區(qū)域，并查找要計劃的負載密度。在每個負荷密度下給出了不同的規(guī)劃方案，確定多個不同額定電壓序列的規(guī)劃方案，收集上述規(guī)劃方案的基本資料，計算各電網(wǎng)規(guī)劃方案的效率評價系數(shù)，識別多個區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃方案參與選擇，收集了上述規(guī)劃方案的基本數(shù)據(jù)，建立了基于協(xié)同優(yōu)化的電網(wǎng)項目效率評價比較模型。根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，計算了不同電網(wǎng)規(guī)劃方案所需的變電站數(shù)、線路數(shù)和電壓等級長度。所需的基本數(shù)據(jù)還包括負荷容量比、負荷密度、變電站容量、供電面積、功率因數(shù)、線路繞組系數(shù)、負荷點平均年停電時間。每個電壓等級N的變電站數(shù)目按以下公式計算：

NBt為變電站電壓等級數(shù);ABt為變壓器相應(yīng)的電壓等級;S為變電站建設(shè)投資;LXt為電壓等級線長;AXt為電壓等級線路長度;L表示相應(yīng)單位的建設(shè)投資。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，計算了不同電壓等級電網(wǎng)規(guī)劃方案的單位土地面積的供電能力。同時根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計算了不同電壓等級的電網(wǎng)規(guī)劃方案的供電可靠性。可靠性供電率ASAI是以實際供電用戶總數(shù)與所需供電機組總數(shù)之比表示的。最后將上述各電網(wǎng)規(guī)劃方案的供電容量YS和供電可靠性率ASAI代入所建立的比較模型。

4.3 實例分析

在供電面積100km2的情況下，針對每平方公里負荷密度20MW的情況，比較了不同電網(wǎng)規(guī)劃方案條件下的效率評價系數(shù)。電網(wǎng)邊界條件的計算保持不變，給定不同的區(qū)域電網(wǎng)投資。不同格式的邊界條件計算結(jié)果基本相同。

5 結(jié)語

本文研究了配電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)選方法，可用于指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃方案的選擇。配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性和合理性得到了極大的提高。網(wǎng)格規(guī)劃的作用可以更加有效，可以提高電網(wǎng)綜合效益。在項目儲備、科研、設(shè)計和具體施工中體現(xiàn)指導(dǎo)作用，確保實現(xiàn)項目計劃的科學(xué)儲備，從總體上提高了電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的指揮和引導(dǎo)功能，保證了供電系統(tǒng)的正常運行。

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