非同调在输电系统中的风险评估研究

李雅茹　徐浩铭

[摘要]在输电系统中，如果增加一个退出运行的元件，系统可靠性至少不会恶化或者甚至可能变得更好。文章通过风险评估分析，阐述非同调方式在输电系统中的应用。

[关键词]非同调风险评估潮流计算

0引言

电力系统控制中心编制运行规划的根本目的，是针对各种运行工况选择安全、可靠而又经济的运行方式。多年以来，运行中的技术分析通常是基于确定性分析的原则。输电运行规划与输电发展规划相比，其中一个差别是，还需要研究一些关键设备所涉及的两重甚至三重故障停运事件。其部分原因是系统运行必须处理在一些设备因维修退出运行的期间内，另一些设备可能发生失效的情况。此外，在实际系统中多个设备同时发生失效的情况也时有发生。

输电运行方式的概率风险评估应该作为运行规划工作的一部分，其原因如下：

(1)任何系统，即使满足单元件故障准则的要求，也仍然存在更高阶失效事件的运行风险。许多电力中断和大面积停电都是由多重设备同时失效所引起。

(2)通常存在多种满足确定性运行准则的运行方式。这就需要识别其中的最低风险运行方式以保证整个系统的可靠性。这对在放松管理后处于竞争环境下的电力工业尤其重要。

(3)确定性运行准则是以包括计及峰荷和极端运行工况在内的最严重情况作为分析基础，使用确定性方法来覆盖大量多重元件失效事件在计算上是不现实的。风险评估给出由所有可能的失效事件及其发生概率相结合的风险指标，这显然是对确定性运行分析方法的一个有价值的补充。

输电系统的风险评估在一些电力公司的系统发展规划中已有所考虑，但是到目前为止，还很少在运行规划中进行风险评估的应用研究。系统发展规划和运行规划的基本差别是，前者涉及较长时期的系统增强规划(几年至10年以上)，而后者则是涉及短期的运行措施(1年以内)。修改运行规程可能是系统发展规划过程中可考虑的一个预选方案。然而，选择这种方案通常需要永久改变运行规程而不是一种短期的运行措施，在运行规划中不考虑增加设备。运行措施包括负荷转移、发电运行方式变更、临时的网络重构以及切换措施等。

1运行规划中的风险评估

输电系统运行规划的风险评估即需要对伴随有多重元件停运的高阶失效事件，包括它们的后果及其发生概率进行评估。另一方面，运行风险评估的特殊要求是，需要对诸如负荷转移、发电运行方式变更、网络重构以及设备切换等运行措施进行模拟。每一项措施都会引起系统风险的变化(增加或降低)。运行措施属于短期行为，在系统发展规划风险评估中通常不予考虑。

负荷转移仅仅改变负荷位置，而不会改变系统的总负荷水平。负荷转移的同时也可能将一部分风险从一个地区转移到另一个地区。值得注意的是，负荷移出区域的风险减少量并不等于负荷移入区域的风险增加量。在某些情况下，通过负荷转移可以减少整个系统的运行风险。在系统发展规划的风险评估中，通常假设每年每一母线的峰荷和负荷曲线都保持不变。虽然在发展规划中也考虑年度峰荷会逐年增加，但这与运行中所考虑的负荷转移是完全不同的概念。

在系统运行中更改发电运行方式是一个常用的措施。改变发电方式往往是由于系统运行安全性方面的考虑，例如在某些系统状态下必须切机以降低发电出力，或者由于水库调度使时间相关的电源出力受限，以及设备维修需要等。一般来说，因为总负荷不变，系统稳态运行的发电总出力因而也保持不变。更改发电运行方式只是在各个发电机组输出容量之间进行调节。而系统发展规划的风险评估中，则总是假设每一发电机的额定发电容量(最大出力限值)是恒定的。应当注意，风险评估中发电机的降额状态和发电运行方式更改是完全不同的两个概念。

运行中的网络重构和设备切换，涉及到通过断路器投切操作进行的网络拓扑短期改变。显然，这些运行上的操作将会改变潮流分布因而也会改变系统运行风险。网络重构通常时间较长(几天甚至可能几个月)，而切换操作则与系统状态相关，它只持续到失效元件被修复或者系统进人另一个运行工况为止。在系统发展规划的风险评估中不考虑切换操作。网络重构和设备切换的主要作用是，有可能通过将一部分风险从一个区域转移到另一个区域，或者从一个电压等级转移到另一个电压等级来减少系统总风险。

2非同调在输电系统中的风险评估

与网络重构和设备切换相关的一个重要现象，是在输电系统可靠性研究中所谓的非同调问题。非同调是指，如果增加一个退出运行的元件，系统可靠性至少不会恶化或者甚至可能变得更好。这个现象不会在发电系统风险评估中出现，但是却可能在输电系统风险评估中发生。

非同调现象可以用图1所示的4母线系统来进行解释。在母线1和4的两台发电机向母线2和3的两个负荷供电。每一负荷是50MW+15Mvar。线路1和3的阻抗是0.008+/0.034标幺值，线路2的阻抗是0.001+0.003标幺值，线路4的阻抗是0，005+/0.015标幺值。所有线路的额定容量是55MVA。潮流计算结果表明，在正常系统状态下没有过载。

当线路4失效时，来自发电机G2的功率被中断，两处负荷都由发电机G1提供(参见图2)。在这个故障停运状态下，由于必须要满足基尔霍夫定律而发生的潮流重新分布使线路2出现过载。

为了消除这条线路上的过载，需要在两个母线之间选择削减负荷。然而，如果我们人为断开线路3(参见图3)，线路2上的过载将消失。

上述三种情况下，从“起始母线”流入线路的潮流如表1所示。应当注意，线路上有损耗，因此每一线路

3结束语

这个简单的例子说明，失去线路3和线路4与仅仅失去线路4相比，将产生一个更可靠的系统状态，重要的是必须理解，非同调事件与系统状态有关。人为断开元件会使系统处于更可靠的状态，但这并不表示被断开的元件纯属多余而应永久退出。很明显，这个例子中的系统在正常状态和其他故障状态下，就需要线路3来保证更高的系统可靠性。输电系统中存在非同调这一特点为系统调度提供了通过改变运行方式或系统结构以减少系统运行风险的可能性。应当强调的是，基于同调假设的输电系统评估技术不可能适用于涉及到网络重构和切换操作的风险评估。