淺談電網(wǎng)規(guī)劃設計中的風險評估應用

1、<p>　　淺談電網(wǎng)規(guī)劃設計中的風險評估應用</p><p>　　摘 要: 總結分析國內(nèi)外電網(wǎng)規(guī)劃設計中的可靠性準則,研究基于風險評估理論的可靠性評估方法在輸電網(wǎng)規(guī)劃設計中的應用。將風險評估理論與電網(wǎng)的規(guī)劃設計相結合,提出了綜合電力系統(tǒng)故障發(fā)生概率和故障失效后果進行系統(tǒng)風險評估的模型和算法。通過對電網(wǎng)規(guī)劃設計方案風險指標的計算,實現(xiàn)了在電網(wǎng)規(guī)劃設計中量化處理可靠性問題的目標 ,進一步完善了傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃

2、設計方法。 </p><p>　　關鍵詞:電網(wǎng)規(guī)劃；風險評估；可靠性 </p><p>　　中圖分類號： U665 文獻標識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著我國電力需求的快速增長, 電網(wǎng)建設規(guī)模不斷擴大, 電力系統(tǒng)的安全可靠問題日益成為用戶和電力部門共同關注的焦點。近年來,

3、 世界各地多次爆發(fā)的大規(guī)模停電事故給人民生活、社會安定帶來了巨大沖擊, 保證系統(tǒng)的可靠供電成為電力部門的首要任務. </p><p>　　本文將風險評估理論應用于電網(wǎng)的規(guī)劃設計,提出了對電力系統(tǒng)事故發(fā)生概率和事故后果進行綜合評估的模型和算法。通過工程案例應用分析,論證了風險評估方法在電網(wǎng)規(guī)劃設計中的可行性和實用性, 為發(fā)展和完善傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃設計方法提供了一種新的思路。 </p><p>

4、　　一、引入風險評估的必要性 </p><p>　　目前電網(wǎng)規(guī)劃設計研究大多數(shù)集中在滿足未來負荷需求的基礎上,確定待建輸電線路的數(shù)量和位置以使總的投資成本最低這樣一個問題。在這種規(guī)劃設計思路指導下,規(guī)劃設計人員將根據(jù)未來電源和負荷的預測情況,構建合理的電網(wǎng)框架結構,并通過常規(guī)的短路電流及穩(wěn)定校驗等電氣計算,最終確定所采用的規(guī)劃設計方案。這種規(guī)劃設計方案的比選原則,主要考慮了初投資等電網(wǎng)規(guī)劃中的經(jīng)濟性問題,對系統(tǒng)的

5、可靠 性則 普遍 采用 N-1安全準則校驗,并且僅考慮預想事故發(fā)生后的靜態(tài)安全約束。因此,必須在電網(wǎng)規(guī)劃中對事件發(fā)生的概率和后果進行綜合評判,這里將引入系統(tǒng)風險的概念。風險和可靠性存在若干相通的含義,分別描述同一事實的兩個方面。更高的風險意味著更低的可靠性,反之亦然。風險定量評估的目的在于建立表征系統(tǒng)風險的指標,即能夠綜合考慮失效事件發(fā)生的可能性和這些事件發(fā)生后果的嚴重程度。顯然,一種可行的選擇就是在工程規(guī)劃、設計、運行和維修中引進風險

6、管理,以使系統(tǒng)的風險水平保持在可接受的范圍內(nèi)。 </p><p>　　二、風險評估模型和指標計算 </p><p>　　對電網(wǎng)規(guī)劃方案的風險評估,可采用狀態(tài)枚舉法或蒙特卡羅模擬法。蒙特卡羅模擬法便于處理負荷的隨機變化特性,計算量幾乎不受系統(tǒng)規(guī)模和復雜程度的影響,但其計算時間較慢;而狀態(tài)枚舉法一般用于元件失效概率較小或者運行工況較為簡單的情形。由于在電網(wǎng)規(guī)劃設計階段,更著重于各個規(guī)劃方案之間

7、的橫向比較,而對模型和參數(shù)的準確性要求不高;另一方面規(guī)劃設計出的方案往往具有較強的承載風險能力,因此本文采取在應用上更為靈活的狀態(tài)枚舉法進行系統(tǒng)規(guī)劃方案的風險評估,同時制定合理的簡化原則以降低計算的復雜程度。 </p><p>　　2.1 風險指標計算方法 </p><p>　　基于潮流過負荷校驗的風險指標計算是指,利用n-r預想事故掃描(潮 流 分析)確定系統(tǒng)的失效狀態(tài)(線路過負荷或者節(jié)

8、點低電壓),進而進行風險指標計算。具體方法和步驟如下:(1)建立多級負荷水平根據(jù)系統(tǒng)年負荷預測曲線,將負荷水平劃分為若干等級并形成相應的分析案例。對每一級負荷水平案例分別進行風險指標計算。(2)利用枚舉技術選擇并確定系統(tǒng)狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)概率按下式計算: </p><p>　　其中:P(s)是僅考慮元件停運事件的系統(tǒng)狀態(tài)s的概率;nd為在系統(tǒng)狀態(tài)s中不可用的元件數(shù);n為系統(tǒng)元件總數(shù);Ui、Uj是元件i與j的與停運相關的

9、不可用率: </p><p>　　式中:λi為元件與停運相關的失效率(失效次數(shù)/年);μi=8760/MTTRi為 元 件i與 停 運 相 關 的 修 復 率 (修 復 次 數(shù) /年 );M T T R i為元件i的平均停運時間(h/次);fi為元件i的平均停運頻率(停運次數(shù)/年)。在實際計算中,fi和MTTRi均可由歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得,λi由式(2)經(jīng)變換后求取: </p><p>　　(

10、3)預想事故分析針對給定狀態(tài)進行潮流過負荷/節(jié)點低電壓校驗。如果系統(tǒng)存在過負荷線路或低電壓節(jié)點,則記錄該狀態(tài)為一個失效狀態(tài)。針對過負荷的線路,調(diào)整系統(tǒng)中各發(fā)電機的出力以消除過負荷,如仍然存在過負荷的線路,根據(jù)各負荷節(jié)點潮流靈敏度確定需要削減的負荷量。①計算系統(tǒng)和分項風險指標根據(jù)各級負荷水平下分析結果計算風險指標。 </p><p>　　①負荷削減概率PLC </p><p>　　其中:Fi

11、是多級負荷模型中第i個負荷水平下系統(tǒng)全部失效狀態(tài)的集合;NL是負荷水平分級數(shù),由實際負荷數(shù)據(jù)確定;Ti是第i個負荷水平的時間長度(h);T是負荷曲線的時間期間全長(h),通常為一年。 </p><p>　?、谄谕惫╇娏縀ENS(MW·h/年) </p><p>　　其中,C(s)是狀態(tài)s的負荷削減量(MW)。 </p><p>　?、燮谕摵上鳒p頻率EF

12、LC(次/年) </p><p>　　其中,m(s)在不考慮降額狀態(tài)時即為系統(tǒng)元件的總數(shù)。 </p><p>　?、茇摵上鳒p平均持續(xù)時間 </p><p>　　ADLC(h/次 ) </p><p>　　式(4)～(7)適用于各個母線、分區(qū)或整個系統(tǒng)的指標計算。對于母線/分區(qū)指標,Fi是只涉及到與某一母線/分區(qū)負荷削減相對應的系統(tǒng)失效狀態(tài)集合

13、;對于系統(tǒng)指標,則是與任意母線負荷削減相對應的系統(tǒng)失效狀態(tài)的集合。 </p><p>　　2.2 風險指標計算簡化原則 </p><p>　　(1)預想事故重數(shù)簡化 </p><p>　　隨著預想事故重數(shù)(r)的增加,系統(tǒng)枚舉狀態(tài)的規(guī)模也急劇增大,嚴重妨礙了風險指標的有效計算。為此,采取如下簡化原則:1）假定位于不同區(qū)域的線路故障關聯(lián)性很小,從而忽略其后果分析,即只

14、考慮位于同區(qū)的多條線路同時發(fā)生故障;2）對于3重以上事故,假定其發(fā)生概率趨近于零,從而可忽略其后果分析,即不再計入風險指標計算當中;3）如果一個r重事故掃描的判定結果為失效狀態(tài),則假定與該事故相關的(r+k)重事故掃描的判定結果均為失效狀態(tài),且負荷消減量相同,從而忽略其后果分析。 </p><p>　　(2)負荷水平等級簡化 </p><p>　　事實上,在進行多級負荷水平的風險評估時,應

15、針對負荷曲線上的所有負荷水平分別進行分析,再根據(jù)負荷水平持續(xù)時間進行指標匯總,但負荷水平的多樣性將直接導致計算分析規(guī)模的擴大。 </p><p>　　三、電網(wǎng)規(guī)劃設計的風險評估應用 </p><p>　　首先,在明確的規(guī)劃設計準則和清晰的規(guī)劃設計目標指導下進行電網(wǎng)規(guī)劃設計;其次,根據(jù)現(xiàn)有電網(wǎng)進行風險評估后的結果與相關的技術分析以及規(guī)劃時間跨度內(nèi)的負荷水平與發(fā)電規(guī)劃,再結合電網(wǎng)運行人員的長期

16、運行經(jīng)驗,提出有針對性地強化電網(wǎng)的有效措施,制定可行的規(guī)劃設計方案以滿足未來電網(wǎng)可靠性要求;最后,借助于風險評估工具對制定的每個規(guī)劃設計方案進行可靠性預測分析與經(jīng)濟分析,最后依據(jù)總的投資成本最小或成本效益比最大的原則確定最佳規(guī)劃設計方案。 </p><p><b>　　四、結語 </b></p><p>　　本文將風險評估理論與電網(wǎng)的規(guī)劃設計相結合, 提出了綜合電力系

17、統(tǒng)故障發(fā)生概率和故障失效后果進行系統(tǒng)風險評估的模型和算法。通過對電網(wǎng)規(guī)劃設計方案風險指標的計算, 實現(xiàn)了在電網(wǎng)規(guī)劃設計中量化處理可靠性問題的目標, 進一步完善了傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃設計方法。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]孫強,張運洲,李雋,王樂,曾沅.&#160;&#160;電網(wǎng)規(guī)劃設計中的風險評估應用[J].