非同調(diào)在輸電系統(tǒng)中的風(fēng)險評估研究

李雅茹　徐浩銘

[摘要]在輸電系統(tǒng)中，如果增加一個退出運行的元件，系統(tǒng)可靠性至少不會惡化或者甚至可能變得更好。文章通過風(fēng)險評估分析，闡述非同調(diào)方式在輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]非同調(diào)風(fēng)險評估潮流計算

0引言

電力系統(tǒng)控制中心編制運行規(guī)劃的根本目的，是針對各種運行工況選擇安全、可靠而又經(jīng)濟的運行方式。多年以來，運行中的技術(shù)分析通常是基于確定性分析的原則。輸電運行規(guī)劃與輸電發(fā)展規(guī)劃相比，其中一個差別是，還需要研究一些關(guān)鍵設(shè)備所涉及的兩重甚至三重故障停運事件。其部分原因是系統(tǒng)運行必須處理在一些設(shè)備因維修退出運行的期間內(nèi)，另一些設(shè)備可能發(fā)生失效的情況。此外，在實際系統(tǒng)中多個設(shè)備同時發(fā)生失效的情況也時有發(fā)生。

輸電運行方式的概率風(fēng)險評估應(yīng)該作為運行規(guī)劃工作的一部分，其原因如下：

(1)任何系統(tǒng)，即使?jié)M足單元件故障準(zhǔn)則的要求，也仍然存在更高階失效事件的運行風(fēng)險。許多電力中斷和大面積停電都是由多重設(shè)備同時失效所引起。

(2)通常存在多種滿足確定性運行準(zhǔn)則的運行方式。這就需要識別其中的最低風(fēng)險運行方式以保證整個系統(tǒng)的可靠性。這對在放松管理后處于競爭環(huán)境下的電力工業(yè)尤其重要。

(3)確定性運行準(zhǔn)則是以包括計及峰荷和極端運行工況在內(nèi)的最嚴(yán)重情況作為分析基礎(chǔ)，使用確定性方法來覆蓋大量多重元件失效事件在計算上是不現(xiàn)實的。風(fēng)險評估給出由所有可能的失效事件及其發(fā)生概率相結(jié)合的風(fēng)險指標(biāo)，這顯然是對確定性運行分析方法的一個有價值的補充。

輸電系統(tǒng)的風(fēng)險評估在一些電力公司的系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃中已有所考慮，但是到目前為止，還很少在運行規(guī)劃中進行風(fēng)險評估的應(yīng)用研究。系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和運行規(guī)劃的基本差別是，前者涉及較長時期的系統(tǒng)增強規(guī)劃(幾年至10年以上)，而后者則是涉及短期的運行措施(1年以內(nèi))。修改運行規(guī)程可能是系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃過程中可考慮的一個預(yù)選方案。然而，選擇這種方案通常需要永久改變運行規(guī)程而不是一種短期的運行措施，在運行規(guī)劃中不考慮增加設(shè)備。運行措施包括負(fù)荷轉(zhuǎn)移、發(fā)電運行方式變更、臨時的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以及切換措施等。

1運行規(guī)劃中的風(fēng)險評估

輸電系統(tǒng)運行規(guī)劃的風(fēng)險評估即需要對伴隨有多重元件停運的高階失效事件，包括它們的后果及其發(fā)生概率進行評估。另一方面，運行風(fēng)險評估的特殊要求是，需要對諸如負(fù)荷轉(zhuǎn)移、發(fā)電運行方式變更、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以及設(shè)備切換等運行措施進行模擬。每一項措施都會引起系統(tǒng)風(fēng)險的變化(增加或降低)。運行措施屬于短期行為，在系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃風(fēng)險評估中通常不予考慮。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移僅僅改變負(fù)荷位置，而不會改變系統(tǒng)的總負(fù)荷水平。負(fù)荷轉(zhuǎn)移的同時也可能將一部分風(fēng)險從一個地區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個地區(qū)。值得注意的是，負(fù)荷移出區(qū)域的風(fēng)險減少量并不等于負(fù)荷移入?yún)^(qū)域的風(fēng)險增加量。在某些情況下，通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移可以減少整個系統(tǒng)的運行風(fēng)險。在系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的風(fēng)險評估中，通常假設(shè)每年每一母線的峰荷和負(fù)荷曲線都保持不變。雖然在發(fā)展規(guī)劃中也考慮年度峰荷會逐年增加，但這與運行中所考慮的負(fù)荷轉(zhuǎn)移是完全不同的概念。

在系統(tǒng)運行中更改發(fā)電運行方式是一個常用的措施。改變發(fā)電方式往往是由于系統(tǒng)運行安全性方面的考慮，例如在某些系統(tǒng)狀態(tài)下必須切機以降低發(fā)電出力，或者由于水庫調(diào)度使時間相關(guān)的電源出力受限，以及設(shè)備維修需要等。一般來說，因為總負(fù)荷不變，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的發(fā)電總出力因而也保持不變。更改發(fā)電運行方式只是在各個發(fā)電機組輸出容量之間進行調(diào)節(jié)。而系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的風(fēng)險評估中，則總是假設(shè)每一發(fā)電機的額定發(fā)電容量(最大出力限值)是恒定的。應(yīng)當(dāng)注意，風(fēng)險評估中發(fā)電機的降額狀態(tài)和發(fā)電運行方式更改是完全不同的兩個概念。

運行中的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和設(shè)備切換，涉及到通過斷路器投切操作進行的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠唐诟淖?。顯然，這些運行上的操作將會改變潮流分布因而也會改變系統(tǒng)運行風(fēng)險。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)通常時間較長(幾天甚至可能幾個月)，而切換操作則與系統(tǒng)狀態(tài)相關(guān)，它只持續(xù)到失效元件被修復(fù)或者系統(tǒng)進人另一個運行工況為止。在系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的風(fēng)險評估中不考慮切換操作。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和設(shè)備切換的主要作用是，有可能通過將一部分風(fēng)險從一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)域，或者從一個電壓等級轉(zhuǎn)移到另一個電壓等級來減少系統(tǒng)總風(fēng)險。

2非同調(diào)在輸電系統(tǒng)中的風(fēng)險評估

與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和設(shè)備切換相關(guān)的一個重要現(xiàn)象，是在輸電系統(tǒng)可靠性研究中所謂的非同調(diào)問題。非同調(diào)是指，如果增加一個退出運行的元件，系統(tǒng)可靠性至少不會惡化或者甚至可能變得更好。這個現(xiàn)象不會在發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)險評估中出現(xiàn)，但是卻可能在輸電系統(tǒng)風(fēng)險評估中發(fā)生。

非同調(diào)現(xiàn)象可以用圖1所示的4母線系統(tǒng)來進行解釋。在母線1和4的兩臺發(fā)電機向母線2和3的兩個負(fù)荷供電。每一負(fù)荷是50MW+15Mvar。線路1和3的阻抗是0.008+/0.034標(biāo)幺值，線路2的阻抗是0.001+0.003標(biāo)幺值，線路4的阻抗是0，005+/0.015標(biāo)幺值。所有線路的額定容量是55MVA。潮流計算結(jié)果表明，在正常系統(tǒng)狀態(tài)下沒有過載。

當(dāng)線路4失效時，來自發(fā)電機G2的功率被中斷，兩處負(fù)荷都由發(fā)電機G1提供(參見圖2)。在這個故障停運狀態(tài)下，由于必須要滿足基爾霍夫定律而發(fā)生的潮流重新分布使線路2出現(xiàn)過載。

為了消除這條線路上的過載，需要在兩個母線之間選擇削減負(fù)荷。然而，如果我們?nèi)藶閿嚅_線路3(參見圖3)，線路2上的過載將消失。

上述三種情況下，從“起始母線”流入線路的潮流如表1所示。應(yīng)當(dāng)注意，線路上有損耗，因此每一線路

3結(jié)束語

這個簡單的例子說明，失去線路3和線路4與僅僅失去線路4相比，將產(chǎn)生一個更可靠的系統(tǒng)狀態(tài)，重要的是必須理解，非同調(diào)事件與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)。人為斷開元件會使系統(tǒng)處于更可靠的狀態(tài)，但這并不表示被斷開的元件純屬多余而應(yīng)永久退出。很明顯，這個例子中的系統(tǒng)在正常狀態(tài)和其他故障狀態(tài)下，就需要線路3來保證更高的系統(tǒng)可靠性。輸電系統(tǒng)中存在非同調(diào)這一特點為系統(tǒng)調(diào)度提供了通過改變運行方式或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以減少系統(tǒng)運行風(fēng)險的可能性。應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，基于同調(diào)假設(shè)的輸電系統(tǒng)評估技術(shù)不可能適用于涉及到網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和切換操作的風(fēng)險評估。