超特高壓電網(wǎng)運(yùn)行管理的安全性研究

呂濤

【摘 要】我國能源和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向呈現(xiàn)一種逆向分布，為了緩解不均衡的局面，建設(shè)超特高電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電能遠(yuǎn)距離輸送成為必然選擇。特高電壓網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)電力資源大范圍配置的同時(shí)，也增大了系統(tǒng)的規(guī)模程度，就會(huì)增加電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)程度。本文從各個(gè)方面解析了每個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)因素，針對(duì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素提出相對(duì)應(yīng)的策略，以此提高特高壓電網(wǎng)運(yùn)行管理的安全性。

【關(guān)鍵詞】特高壓電網(wǎng)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略

目前關(guān)于特高壓電網(wǎng)對(duì)于系統(tǒng)的安全性的研究技術(shù)已經(jīng)很成熟，但缺乏整體考慮和一些因素風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。本文從各位專家學(xué)者并結(jié)合實(shí)際，探討了特高壓電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)原因、對(duì)電網(wǎng)安全的影響，總結(jié)出特高壓電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)框架結(jié)構(gòu)，并制定最合適的安全策略。

1.問題分析

1.1概述

對(duì)電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)來說，尤其是超、特高壓系統(tǒng)，更注重安全及穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后是否可以繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，避免事故擴(kuò)大決定了電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)大小。特高壓電網(wǎng)主要風(fēng)險(xiǎn)因素為發(fā)電側(cè)風(fēng)險(xiǎn)、負(fù)荷側(cè)風(fēng)險(xiǎn)和線路設(shè)備的故障等。由于特高壓輸電容量大，所以輸、變電設(shè)備故障成為關(guān)鍵因素中的首要因素。需要說明的是，故障并非單一存在而是相互關(guān)聯(lián)的，在不同的故障中所表現(xiàn)的程度不盡相同。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)類型和產(chǎn)生的影響，可以把風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)劃分為四個(gè)等級(jí)：不損失負(fù)荷、損失部分負(fù)荷、系統(tǒng)大停電和電網(wǎng)瓦解。綜上所述，本文把特高壓電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)因素分為三種，第一種是變電一次設(shè)備及線路故障；第二種是變電二次設(shè)備故障；第三種是負(fù)荷側(cè)和發(fā)電側(cè)引起的潮流控制。下面將通過詳細(xì)的分析具體剖析這三種問題。

1.2三大問題

第一種，變電一次設(shè)備及線路通道的故障，可分為內(nèi)、外部?jī)纱箢愐蛩?。外部因素主要取決于自然環(huán)境及人為因素，內(nèi)部因素主要為設(shè)備老化。由于特高壓輸送功率比超高壓輸送容量要大得多，一旦由于通道受阻造成事故，首先送受端發(fā)電機(jī)的擺動(dòng)幅度增大，造成系統(tǒng)動(dòng)蕩或者電壓崩潰，在故障點(diǎn)隔離后，其余電力通道若承受超出設(shè)計(jì)值的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，將導(dǎo)致系統(tǒng)靜態(tài)失穩(wěn)，進(jìn)一步引起線路過負(fù)荷跳閘，最后造成雪崩效應(yīng)式的電網(wǎng)大面積過負(fù)荷跳閘。

第二種，變電二次設(shè)備故障：特高壓系統(tǒng)的等級(jí)越高，保護(hù)系統(tǒng)就越復(fù)雜，其中最主要的就是繼電保護(hù)、安穩(wěn)解列、通信系統(tǒng)等二次設(shè)備。如果由于上述設(shè)備發(fā)生故障、配合不當(dāng)，將會(huì)造成保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)，甚至由于安穩(wěn)解列策略失誤、通信故障等將會(huì)造成控制系統(tǒng)紊亂，造成電力系統(tǒng)一系列連鎖性事故。

第三種，負(fù)荷和發(fā)電引起的潮流控制：特高壓電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離大容量的負(fù)荷輸送，在建設(shè)的初期，因特高壓電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一，為保證特高壓系統(tǒng)安全運(yùn)行，需要通過聯(lián)絡(luò)線聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。在實(shí)際的操作中，因?yàn)椴煌瑓^(qū)域的發(fā)電結(jié)構(gòu)不一樣就導(dǎo)致了機(jī)組的能力差異大。與此同時(shí)機(jī)組還可能存在滯停等特殊因素，因而存在機(jī)組的容量枯竭和不同區(qū)域的協(xié)調(diào)困難的問題。

2.評(píng)估框架

2.1標(biāo)準(zhǔn)流程

根據(jù)上述提出的風(fēng)險(xiǎn)因素，本文從以下幾個(gè)方面做了詳細(xì)的評(píng)估。評(píng)估的流程大致可以分為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建設(shè)、實(shí)際采集信息、故障準(zhǔn)確判斷、穩(wěn)定系統(tǒng)分析和損失量統(tǒng)計(jì)。大概簡(jiǎn)述過程如下：第一步，分析電力風(fēng)險(xiǎn)因素，并且建立不穩(wěn)定模型。第二步，對(duì)不穩(wěn)定模型進(jìn)行優(yōu)化。第三步，為了加快評(píng)估的速度，減少損失，需對(duì)電氣模型進(jìn)行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上采集發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷量信息，依據(jù)采集信息判斷正常與否，若正常則進(jìn)入下一步，不正常則進(jìn)入故障分析。第四步，按照系統(tǒng)規(guī)則計(jì)算發(fā)電時(shí)狀態(tài)和潮流，根據(jù)設(shè)定的安全原則判斷安全控制措施。第五步，按照順序進(jìn)行靜態(tài)電壓評(píng)估。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，若系統(tǒng)不穩(wěn)定，則需對(duì)故障損失進(jìn)行估算，若評(píng)估結(jié)果穩(wěn)定，則開展元件判定。通過上述流程評(píng)估，考慮特高壓電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的種種情況，同時(shí)考慮電網(wǎng)靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和連鎖風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)特高壓電網(wǎng)進(jìn)行全面的分線評(píng)估。

2.2計(jì)算方法

實(shí)操設(shè)計(jì)中需要對(duì)未知的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)計(jì)算。舉例方法如下：

已知首端電壓和各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的量，求出末端的電壓：設(shè)定額定電壓是U，則各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的損耗：-△Q=―U。每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上的功能損耗和同一節(jié)點(diǎn)的損耗合并在一起：=-j△Q=-jU。計(jì)算前一負(fù)荷點(diǎn)的送出功率：△=（）2（R+jX），=+。將計(jì)算得出的首端電壓和各個(gè)電源點(diǎn)送出的負(fù)荷量相加，得出總負(fù)荷。

3.安全策略

3.1強(qiáng)化措施

因特高壓容量輸送特性，為避免電力通道故障造成的系統(tǒng)破壞，需配置安全控制措施，在必要的時(shí)候切除部分機(jī)組。特高壓電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中可以采用安全措施的研究，其中包括了不同的運(yùn)行方式、不同故障下的安全部署方式和一定的實(shí)施規(guī)則，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)三道防線的有效協(xié)調(diào)。特高壓電網(wǎng)還需要強(qiáng)化繼電器的保護(hù)裝置配合、優(yōu)化系統(tǒng)控制策略，確保系統(tǒng)在出現(xiàn)特大故障時(shí)，可以及時(shí)采用必要的控制措施維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

3.2優(yōu)化措施

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化是特高壓電網(wǎng)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的第一手段。在特高壓電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，必須遵循系統(tǒng)安全穩(wěn)定原則，在故障情況下依然能夠穩(wěn)定運(yùn)行。此外，在交直流的協(xié)調(diào)方面，必須充分發(fā)揮特高壓交直流線路的調(diào)控和應(yīng)急能力，充分發(fā)揮直流輸電運(yùn)行方式多樣性、潮流控制等特點(diǎn)可有效避免潮流轉(zhuǎn)移、反轉(zhuǎn)等情況帶來的影響。因此必須對(duì)特高壓系統(tǒng)、交直流混合運(yùn)行方式進(jìn)行不同方式的安全研究，充分考慮到電網(wǎng)檢修備用冗余等因素。通過研究系統(tǒng)停電事故的預(yù)案、實(shí)例提高應(yīng)對(duì)事故的快速應(yīng)變處置能力，避免高風(fēng)險(xiǎn)檢修方式下引起的大規(guī)模功率轉(zhuǎn)移和連鎖反應(yīng)。除此之外，還需要考慮到負(fù)荷在短期和長(zhǎng)期的環(huán)境下的變化因素，在不同負(fù)荷狀態(tài)下的傳輸限定值，以此提高電網(wǎng)輸送安全可靠性。

3.3管理措施

在上述對(duì)策中主要針對(duì)技術(shù)措施進(jìn)行了闡述，最后還需針對(duì)管理對(duì)策予以強(qiáng)化和完善，加強(qiáng)特高壓電網(wǎng)管理系統(tǒng)的預(yù)警體系，完善特高壓電網(wǎng)事故的分類和級(jí)別的劃分，制定詳盡的預(yù)控制度、校正措施，建立風(fēng)險(xiǎn)管理制度、流程，提高日常風(fēng)險(xiǎn)管控。

4.總結(jié)

本文從特高壓電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)來源、類型和對(duì)策處理三個(gè)角度，揭示了特高壓電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原理。在這樣的基礎(chǔ)之上，總結(jié)了形成的風(fēng)險(xiǎn)因素，其中包括設(shè)備及潮流控制等因素引起的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。提出對(duì)應(yīng)的評(píng)估框架，最后從強(qiáng)化控制措施、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化運(yùn)行方法和風(fēng)險(xiǎn)管理四個(gè)方面，總結(jié)了應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的安全策略。

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