探討安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評價

摘要：隨著電力系統(tǒng)大機組、高電壓、大電網(wǎng)時代的到來，安全穩(wěn)定問題也日益突出。安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在預(yù)防電力系統(tǒng)發(fā)生異常狀況，尤其是防止電網(wǎng)發(fā)生大面積連鎖停電事故發(fā)面起到了重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文在總結(jié)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)原理特點的基礎(chǔ)上，對其經(jīng)濟(jì)效益評價作了初步探討，將風(fēng)險評估理論引進(jìn)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評價中，并據(jù)此建立數(shù)學(xué)模型，該模型既考慮了放開安全性約束后相關(guān)輸電線路提高輸送功率帶來的經(jīng)濟(jì)效益，也考慮到其引進(jìn)的事故風(fēng)險，能夠全面衡量一套安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)效益；風(fēng)險評估

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，單機容量進(jìn)一步提高。互聯(lián)電力系統(tǒng)在遇到各種事故時易發(fā)生連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著電力市場的發(fā)展，電力系統(tǒng)的重構(gòu)和解除管制；發(fā)電公司、電網(wǎng)公司和供電公司各自的首要目標(biāo)是追求經(jīng)濟(jì)利益最大化。因此，在主網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來的現(xiàn)代互聯(lián)電網(wǎng)，其區(qū)域間的傳輸功率將日益增加。

一、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的工作原理

1.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

我國電網(wǎng)以行政區(qū)域劃分為基礎(chǔ)逐步發(fā)展。20世紀(jì)80年代初開始形成區(qū)域電網(wǎng)，在開始的孤立電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，安全穩(wěn)定控制裝置一般有防止單廠失穩(wěn)的局部切機、切負(fù)荷裝置和防止低周波、低電壓的低頻減載、低壓減載裝置；20世紀(jì)80年代末投運的葛滬直流開始跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)，具有區(qū)域性控制功能的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)逐漸在電網(wǎng)中推廣應(yīng)用；2003年形成全國聯(lián)網(wǎng)的基本框架，兼有防止同步穩(wěn)定性破壞功能和防止頻率、電壓不穩(wěn)定功能的大區(qū)域穩(wěn)定控制裝置開始應(yīng)用。

2.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的策略表

控制策略與電網(wǎng)的接線方式、潮流、故障方式及保護(hù)動作情況等多種因素有著非常復(fù)雜的非線性關(guān)系。就地型控制模式，采集就地信息并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，只有簡單的定值設(shè)置，如簡單的線路故障跳閘連鎖切機、切負(fù)荷等，這種控制方式簡單可靠。隨著聯(lián)網(wǎng)及廠站容量的增大，簡單的定值設(shè)置控制方式已不能滿足控制的需要，通過策略表的方式來實現(xiàn)電網(wǎng)的緊急控制已成為目前區(qū)域性穩(wěn)定控制的主流[1]。

3.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的功能及工作過程

區(qū)域型穩(wěn)定控制系統(tǒng)的通常控制計算流程及整套系統(tǒng)的工作過程[2]如下：

（1）檢測發(fā)電廠或變電站出線、主變壓器（或機組）的運行工況，并將本廠站的設(shè)備狀態(tài)送往有關(guān)廠站，根據(jù)本廠站設(shè)備的投停狀態(tài)和電網(wǎng)內(nèi)其它廠站傳來的設(shè)備投停信息，自動識別電網(wǎng)當(dāng)前的運行狀態(tài)和方式。

（2）判斷本廠站出線、主變壓器、母線的故障類型，如單相瞬時、單相永久、兩相短路、三相短路、無故障跳閘、多回線同時跳閘、失靈等。

（3）根據(jù)故障狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)拓樸變化、事故前電網(wǎng)的運行方式、主要送電斷面的潮流、故障類型等查找存放在裝置內(nèi)的穩(wěn)定控制策略表，確定應(yīng)采取的控制措施及控制量。

（4）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率降低、電壓降低、設(shè)備過載等事故時，根據(jù)預(yù)定的處理邏輯，實時采取控制措施。

（5）按照預(yù)定要求（如出力大?。?，對運行中的發(fā)電機組進(jìn)行排隊，合理選擇被切機組（按容量或臺數(shù)）；按照預(yù)定要求，對負(fù)荷線路進(jìn)行排隊，在滿足切負(fù)荷量要求的前提下，合理選擇被切負(fù)荷。

（6）經(jīng)過各種通道，將控制命令、控制量等發(fā)送到執(zhí)行站或經(jīng)其它站轉(zhuǎn)發(fā)到執(zhí)行站。

（7）從通道接收主站或其它站發(fā)來的控制命令，經(jīng)當(dāng)?shù)嘏袆e確認(rèn)后執(zhí)行遠(yuǎn)方控制命令。

（8）進(jìn)行事件記錄與事故過程中的數(shù)據(jù)記錄（錄波）。

（9）回路自檢、異常報警、自動顯示、打印等功能。

（10）在調(diào)度中心實現(xiàn)對穩(wěn)控裝置的遠(yuǎn)方監(jiān)視、進(jìn)行遠(yuǎn)方修改定值及控制策略表的內(nèi)容。

二、風(fēng)險評估理論

2.1數(shù)學(xué)模型

采用定量處理的風(fēng)險評估理論最初是在核能工業(yè)安全領(lǐng)域發(fā)展起來的，其中信息管理、不確定性處理及決策制定等方法均趨于成熟[3]。確定性安全評估方法只重視最嚴(yán)重、最可信的事故，往往使得系統(tǒng)運行點趨于保守。雖然在不需要額外研究工作的情況下提供很高的可靠等級，但該種方法確定的運行極限沒能充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備，導(dǎo)致成本過高，造成浪費。基于風(fēng)險的安全評估理論能同時考慮到事故發(fā)生的概率及其后果。根據(jù)風(fēng)險指標(biāo)確定的系統(tǒng)運行極限是電網(wǎng)獲益最大和承受較小風(fēng)險的最佳平衡點。

2.2事故發(fā)生的概率

風(fēng)險評估中要考慮所有可能發(fā)生的不確定性事件，而這些事件發(fā)生的概率完全不同，因此需要通過對歷史數(shù)據(jù)的收集、分析，然后利用條件概率和全概率的公式求出最終的概率值。

2.3事故產(chǎn)生的后果

后果是指某種運行狀態(tài)下不可避免的結(jié)果，因此是運行狀態(tài)的函數(shù)。如果要使得所提供的風(fēng)險指標(biāo)結(jié)果令人信服，一個精確的事故后果模型是必不可少的。一般而言，風(fēng)險評估中的后果模型都很難確定，

這需要對電力企業(yè)和用戶進(jìn)行大量的調(diào)查研究。經(jīng)過數(shù)年的努力，國外電力行業(yè)在這方面已取得了一定的成果。我國的電力行業(yè)由于過分注重系統(tǒng)的安全可靠性而往往忽略了其經(jīng)濟(jì)性，因此缺乏對這方面的

研究。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電力市場機制的實施，這將成為一項重要的基礎(chǔ)工作。

三、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益評價的數(shù)學(xué)模型

3.1概述

對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評價，給出量化指標(biāo)，關(guān)鍵在于對裝設(shè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)前后的系統(tǒng)進(jìn)行比較?？刂葡到y(tǒng)實時檢測當(dāng)前的運行工況和故障，然后從由工況和故障組成的二維表中查找控制措施并執(zhí)行。該措施較簡單邏輯判斷式安全自動裝置（如低周減載、低壓減載等）有諸多優(yōu)點：①安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)能將系統(tǒng)負(fù)荷按重要程度進(jìn)行分級，首先選擇重要程度等級較低的進(jìn)行切負(fù)荷操作；②對于預(yù)想到的可能導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)的事故，能夠把握切機、切負(fù)荷量，不至于過切或欠切很多；③系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)失穩(wěn)工況后，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)能迅速做出反應(yīng)，一般是毫秒級；④對于防止暫態(tài)失穩(wěn)被切掉的負(fù)荷和發(fā)電機，在安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制下能夠在更短時間內(nèi)恢復(fù)供電，使停電時間大大縮短。這些優(yōu)點也是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝設(shè)后經(jīng)濟(jì)效益的部分來源。

3.2允許一定風(fēng)險時電網(wǎng)輸電量的提高

電網(wǎng)裝設(shè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)以后，系統(tǒng)中部分聯(lián)絡(luò)線將運行在更高的輸送功率水平上，同時，該部分聯(lián)絡(luò)線也給系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)帶來了一定的風(fēng)險。電網(wǎng)輸電量的提高所帶來的將是時間累積效益，發(fā)電公司、電網(wǎng)公司和供電公司乃至用戶都將受益

四、結(jié)束語

總而言之，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)雖然在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但目前尚缺乏比較可行的經(jīng)濟(jì)效益量化評估方法。筆者對其經(jīng)濟(jì)效益的量化評估進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，結(jié)論如下：

（1）經(jīng)濟(jì)效益評估模型既考慮了放開安全性約束后相關(guān)輸電線路提高輸送功率帶來的經(jīng)濟(jì)效益，又考慮了其引進(jìn)的事故風(fēng)險，能夠全面衡量一套安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）對于暫態(tài)失穩(wěn)概率的計算，考慮了3種暫態(tài)失穩(wěn)事件，使計算變得簡化而有意義；緊急控制措施經(jīng)濟(jì)代價的求取，具有快速性和可行性。

（3）通過對一套具體的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評價，表明了其算法的合理性和有效性。作者期望借此能夠推動安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在我國電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，切實提高我國電網(wǎng)的運行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張保會.電網(wǎng)繼電保護(hù)與實時安全性控制面臨的問題與需要開展的研究[J].電力設(shè)備自動化，2004.

[2] 劉水、趙煜.某電網(wǎng)安穩(wěn)控制系統(tǒng)概述[J].電力學(xué)報，2008.

[3] 戴志輝.繼電保護(hù)可靠性及其風(fēng)險評估研究[D].華北電力大學(xué)，2012