地区电网风险评估系统研究

张宝军

(大唐东北电力试验研究所有限公司,长春 130012)

地区电网风险评估系统研究

张宝军

(大唐东北电力试验研究所有限公司,长春 130012)

针对目前电力系统风险评估侧重在元件级的分析较多、系统级评估较少的问题,研究了地区电网风险评估系统,从运行综合评估、变电站运行方式评估等方面对该系统进行分析,通过实际算例,验证了系统先进性和实用性。

地区电网;风险评估;系统开发

0 引言

随着现代电力系统的迅速发展,电网系统的结构越来越复杂,电网智能化与风险并存,如果电网的局部出现危机,可能会迅速波及整个电网,并在相连的巨大电网间传递。地区电网连接方式混乱,经常是辐射网和环网并存,而且电压等级较多,负荷种类繁杂,重要程度不同,对电能质量的要求也不尽相同。

目前地区电网的运行监视手段为SCADA/ EMS系统,计算分析手段主要是EMS系统的调度员潮流和运行方式离线计算,控制手段主要为调度预案、运行控制极限和安装自动装置等。随着地区电网规模的不断扩大,调管设备快速增多,调度运行人员对地区电网的实时运行状态和设备运行状况掌握程度不断下降。电网运行中大量冗余实时数据和信息,已无法通过SCADA/EMS系统进行完全、批量、实时、准确地表达。传统图形表达方式已无法满足调度运行人员对电网实时信息可阅性、提示性和概括性的要求,导致调度员视觉上的模糊,太专注局部变化而弱化了对电网整体运行态势发展的全面掌握。同时,地区电网内众多重要、高危客户的供电可靠性、设备重载/过载、以及66 k V及以下系统线路、主变压器N-1掉闸后的负荷转移、相关设备运行情况以及系统的安全裕度分析,大多是基于调度运行人员的经验进行定性判断,调度技术支持系统对调度运行人员的辅助指导未能充分发挥作用,地区调度应对突发、紧急事件的处置措施尚需完善,电网精细化调度程度有待提高。

地区电网是大电网和用户之间的接口,它能否安全稳定运行直接关系到整个电力系统是否安全稳定以及效益的高低。因此对地区电网进行风险评估,找到薄弱环节并给予增强稳固来提高电网的整体可靠性,将风险尽最大可能降低具有重要现实意义。

1 理论依据

潮流方程是非线性方程,不能直接求解,只能用迭代法,目前比较成熟的迭代法有牛顿法和PQ分解法。牛顿法收敛速度较慢,收敛性好,适合于低压网;PQ分解法收敛速度较快,收敛性较差,适合于高压电网。

1.1 牛顿法

牛顿-拉夫逊法(或称牛顿法)是求解非线性方程组最有效的方法。其原理是在解的某一临域内的某一初始点出发,沿着该点的一次偏导数——雅可比矩阵朝减小方程残差的方向前进一步,在新的点上再计算残差和雅可比矩阵继续前进,重复这一过程起到残差达到收敛标准即得到非线性方程组的解。因为越靠近解,偏导数的方向越准,收敛速度越快,因此其具有二次收敛特性。

1.2 PQ分解法

牛顿法用于电力系统潮流计算虽然是行之有效的方法,但是其雅可比矩阵是接近2n阶的系数矩阵,且每次迭代都需重新生成,这无疑需要较大的内存和较长的时间。因此,在牛顿法的基础上又演变出了PQ分解法。在交流高压电网中,输电线路的电抗要比电阻大得多,系统中母线有功功率的变化主要受电压相位的影响,无功功率的变化则主要受母线电压幅值变化的影响。PQ分解法就是利用节能功率的极坐标形式,结合电力系统的特点,把有功功率的不平衡量作为修正电压相角的依据,把无功功率的不平衡量作为修正电压值的依据,然后分别迭代求解,也称为快速解耦法。但由于其近似条件在低压配电网中不成立,因此不适于计算低压配电网的潮流。

2 系统架构和主要功能设计

2.1 系统架构

该系统包括基础平台和高级应用两部分。基础平台涵盖了网络通信管理、用户管理、配置管理、日志管理、图形显示与编辑、报表管理、报警管理等功能。高级应用则包括了拓扑管理、潮流计算、综合量化风险评估、变电站及大用户评估、N-1开断扫描、主变压器高峰负荷预测、负荷转移计算、无功电压安全分析、运行方式编制辅助决策、接口管理等模块。各个模块之间的关系如图1所示。

2.2 主要功能

a.地区电网风险成因分析。包括:外力破坏、自然灾害、环境因素、电网结构、设备健康水平、继电保护和制动装置、电厂和重要用户、负荷分布及特性、运行方式安排、人员行为及素质等多个方面。

b.风险评价指标体系的建立。主要是针对电网中的主要设备,进行各项指标的计算,既包括容载比、供电可靠率、负载率、备用容量百分比、“N-1”校验、线路联络率、设备故障率、设备装备水平等确定性指标,也包括频度、平均期望值等概率性指标,对地区电网进行综合评价。

c.电网基准风险评估。基准评估涵盖影响电网的各方面,需综合考虑外部因素和内部因素,在分析各种因素可能造成的后果及概率大小时,主要参考地区电网运行历史记录,同时也对比国内外地区电网大停电事故,分析类似场景在本地电网出现的可能性。评估的主要内容包括:外力破坏、电网结构、设备健康水平、继电保护和制动装置、负荷分布及特性、运行方式安排等,以及不同地区所特有的风险问题。

图1 系统软件结构

d.持续风险评估。在电网运行过程中,针对特定的情况如重大检修安排、非正常运行方式、重大保供电时期等,需要进行不间断的、持续的风险评估。从实用性角度出发,对电网建立风险星级评价和控制机制。从各风险因素发生的概率、负荷损失幅度、可能失压厂站的数量、可能失压厂站的重要程度以及其它因素的基础上,将多风险指标值综合成单指标值(风险星级),以表示风险的可能性及损失程度,由此决定相应的风险控制措施。根据电网受威胁程度,将风险因素分为6个等级,分别是1星级至6星级。其中,1星级是一般等级风险,6星级是最高等级风险,也是不可承受风险。

e.规避电网风险措施和建议的提出。以量化的风险评价指标反映地区电网运行风险的变化趋势,为电网运行、规划等多方面提供辅助决策,为运行人员采取校正措施避免电网风险严重恶化提供必要的预警时间,并可为处理重大停电事件的预防或矫正性措施决策提供科学依据。

3 算例分析

目前,国内外对电网的量化评价体系研究主要包括供电能力评估、供电可靠性评估、供电质量评估、经济性评估、充裕性评估等方面。但这些评估体系都是针对运行方式或规划网络,所依据的数据一般都是典型时刻的断面值或者一段时间的平均值。该系统则将地区电网综合安全风险评估重点放在风险成因分析上,着重对当前运行状态存在的风险成因进行评估。实时评价指标从供电能力评估、供电质量评估、经济性评估三方面进行分类评估。

3.1 供电能力评估

馈线供电半径合格率指标:该指标统计对象为全网或220 k V片网当中的10 k V馈线,统计其供电半径的合格比例。根据《农村电力网规划设计导则》,农网中10 k V馈线超过15 km则视为过长。其计算公式为:

主变压器平均最高负载率指标:该指标统计对象为全网或220 k V片网当中的主变压器,统计其平均最高负载率水平。其计算公式为:

3.2 供电质量评估

母线电压合格率指标:该指标统计对象为全网或220 k V片网当中各变电站的中低压侧母线,统计其电压合格情况。其计算公式为:

式中:Tu为每条母线电压合格的累计时间。

3.3 经济性评估

理论线损率指标:该指标统计对象为全网或220 k V片网的主变压器和线路,统计其总计的理论线损率水平。其计算公式[1]为:

4 结束语

通过该风险评估方法,将配电网中不同电压等级变电站内的变压器、母线、电缆、架空线故障率进行有效的统计,从而得出不同设备可能发生的故障情况并给出具体量化的分值。其分值有效的对配电网的故障程度进行了描述,达到了直观地反映了故障情况的目的。通过平均期望值的策略使得风险评估结果更加精确,指导意义更加具有实际指导性,将以往不能发现的隐患信息进行展示,起到了警示的作用,从而为电网的健康运行提供了一定的支撑,具有广阔的应用前景。

[1] 金 辉,于音波.基于层次分析法的中压配电网评价[J].供用电,2011,28(2):30-33.

本文责任编辑：王丽斌

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

张宝军(1978-),男,工程师,主要从事电力技术监督、技术攻关相关工作。