考虑断线故障的电网规划灵活性评估方法

张祥龙

（贵州电网有限责任公司遵义供电局）

0 引言

随着网络规模的增大，交通网络规划面临着越来越大的不确定性。例如，负荷预测的不确定性、新能源发电、环境政策、市场和电力等。将灵活性评估引入传输网络规划评估系统，确保网络安全稳定运行［1］。

多年来，对网络灵活性的评估一直是网络规划领域研究的主题，但在这一领域还不是很全面，文献［2］提出了一个电力短缺指标，该指标考虑了负荷增长的不确定性，并认为以最低成本最有效地应对负荷增长的规划方案是最灵活的；文献［3］提出了一个指数系数的加权平均电流的分布，并认为期权计划不如变化敏感和发电是最灵活的，这个指标很重要，以评估各种新能源网内的电流分布；文献［4］提出了一个预计经济损失的指标，以便评估交通堵塞所造成的经济损失和网络故障的电力市场情景。此外，近年来的研究中灵活的交通网络规划与开发、数学模型等不确定性模型在区间模型，盲数模型和联系数模型，该连接的数目也高度评价规划灵活选择。

1 传统电网断线原因

电网断线的原因包括：

（1）外力的作用。例如，由于树木倒塌、建筑、车辆穿梭等外部因素造成的线路中断；罪犯盗窃电线和低温下产生的负载力也会导致线路故障。

（2）电气操作。例如，各种短路故障会导致电流过大，电线发热。

（3）断弧线。闪电击中电线，对绝缘子和交叉负载产生放电，产生无法熄灭的电弧，最终烧毁电线。

（4）线路状况不佳，瓷架脆性断裂导致线路断裂。

（5）施工质量好，养护管理不善和缺陷也会导致断线。

除横向不对称缺陷外，在分布线上还会出现纵向不对称缺陷，主要包括单相导线断裂和两相导线断裂。在电力系统中，如果电线断了，由于母线侧的电压和电流变化特征不明显，很难检测。

2 电网灵活性指标的应用

2.1 灵活性指标

据研究［5］，电网灵活性有三个特点：方向性、时间尺度性和灵活性。本文针对电力系统灵活性的特点将其分为局部和整体来评估。对于整体灵活性评估，先对电力系统各时点向上和向下调整情况进行分析。当电力系统负荷增大时，如下式所示。

考虑到灵活性的定义和网络阻塞问题，使用电网失负荷量作为判定系统向上灵活性不足指标更具有合理性，即：

上调灵活性充裕总时间Tu，suf，上调灵活性不足总时间Tu，inf，充裕度和灵活性不足度分别为：

设下调灵活性充裕的总时间为Td，suf，下调灵活性不足的总时间为Td，inf，则定义灵活性充裕度和不足度分别为：

结合时段电网灵活性运行情况，定义电力系统d为ηu，上调灵活性不足率ηd为：

在未实施TOU的情况下在t时刻的负荷变化量L为：

当系统发生灵活性短缺时各调节资源相对于上时刻的变化时：

图1 电力系统灵活性评估框架

2.2 电网规划的灵活性评估

利用上述指标，可以定量评估传输网络规划计划适应传输网络安装和故障的灵活性。在本研究中，只考虑了两种常见的设备，即线路和变压器，并通过历史可靠性统计得到了屏障的维护和停止率。如果数据不完整，可以根据电压类别或容量分类对每种设备类型的故障率进行计数和计算，以减少历史可靠性数据完整性的需要。得到运输网络规划方案的总体灵活性指数。公式为：

在NRI的情况下规划分支的电流灵活性指数：N是节点集；B是所有分支的集合。上述指标可用于定量评估传输网络规划计划的总体灵活性。指数越低，调度计划对传输设备故障的适应性越强，灵活性越强。然而，这一指数只能反映规划计划灵活性的相对重要性。在没有相应的灵活性评价标准的情况下，无法判断规划计划的灵活性指数是否符合规划计划的要求。因此，重要的是制定评估灵活性的标准，以评估规划计划的灵活性。

3 算例分析

3.1 节点测试系统

本文的测试系统由两个电压级别118节、186个分支和54个产生节点组成，其中69节为平衡节点。对原方案的灵活性进行了评价，方案节点的张力指数为4.11。分支的当前索引是2.73，它们不符合灵活性的要求，因此需要改进。原方案的缺陷分析如表1所示。

表1 原始方案缺陷分析结果

如表1所示，原方案的低压故障主要集中在53、13、52等5个弱节点上；超载故障主要集中在8-5支路的基本设备上，其柔性指数占总系统指数的82%。计算当前转移指数是为了确定受8-5分支中断影响的分支。

如表2所示，在分支8-5断裂后，分支16-17、12-16等受影响最大。这些能量流将通过16-17、12-16、14-15等分支传递到高负荷区域，从而导致这些分支的过载。因此，这个问题可以通过调整该区域的发电机输出功率或建立一个连接电力密集地区和负荷密集地区的传输通道来解决。

表2 支路8-5的电流转移指标计算结果

在上述分析的基础上，通过对灵活性的评估，改进方案的节点张力指数为0.35，当前的分支指数为0。改进方案的灵活性有所提高。为了更好地验证改进的效果，对两种系统在不同负载水平下的灵活性进行了评估，结果如图2所示。

图2 比较不同负荷水平下的初始方案和改进方案的灵活性

从上面的评估可以看出，初始系统的灵活性指数随着负载水平的增加而显著增加，而改进系统的灵活性指数变化相对缓慢。进一步的分析表明，在最初的方案中，某些设备的关闭导致系统出现紧急情况，导致灵活性指数随负荷水平呈指数增长。然而，在改进的系统中，这些问题总是在较高的负载水平上出现，因此灵活性指数通常仍然很低。

3.2 实际电网算例

电网目前的系统包括6个电压等级，即3012个等级和3572个分支。本文认为该系统是未来交通网络规划的一种解决方案。该部门的风险指数目前为423.94，不符合灵活性要求，需要改进。原程序缺陷分析结果如表3所示。

表3 原始方案缺陷分析结果

从表3可以看出，原方案的低压故障主要集中在较弱的分支679-670、2.069-1.168、261-254、1.869-1.663和671-611，占系统总指数的64%。在上述分析的基础上，制定了改进方案：2651-2603分公司新建平行线，679-670、2069-1168、261-254，1869-1663、671-611分公司产能增加200%。通过对柔性的评价，改进方案节点的张力指数为268。该部门目前的指数为149。这表明改进方案的灵活性确实得到了提高。对上述实例的分析表明，所提出的方法可以有效地应用于大型电网，具有实际价值。

4 结束语

本文提出了一种仪表和设备停机率节点电压和电流区间的标准化风险指数的分支，这个指数可以反映不确定性传输设备的维修和故障停产，减少不同电压等级、设备额定容量的影响，为了区别和预警系统的影响不同，管理系统、紧急状态可用于定量评估网络规划的灵活性；本文针对灵活性较低的方案，提出了一种判断和改进传输规划方案缺陷的方法。关键环节的灵活性使规划人员能够提出有针对性的改进和优化方案。