黑龍江省電網(wǎng)靜態(tài)風(fēng)險評估

郭 裊，邊二曼，徐冰亮，尚康良，蘆晶晶

(1．黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030;2．黑龍江省電力有限公司，哈爾濱150090;3．中國電力科學(xué)研究院，北京100192)

隨著電網(wǎng)向遠(yuǎn)距離、超高壓甚至特高壓方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益龐大，難以控制的不確定因素對電網(wǎng)的影響日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的以確定性準(zhǔn)則為依據(jù)的規(guī)劃和運(yùn)行控制模型方法已經(jīng)不能滿足要求，對此，計及各種不確定影響的電網(wǎng)風(fēng)險評估成為目前的研究熱點(diǎn)。電網(wǎng)風(fēng)險評估是指采用一系列的邏輯步驟，使電網(wǎng)工程師能夠以一種系統(tǒng)的方式檢查由于設(shè)備的使用而產(chǎn)生的災(zāi)害，從而可以選擇合適的安全措施。因此使用風(fēng)險指標(biāo)能夠定量地抓住決定風(fēng)險等級的因素:事故的可能性和嚴(yán)重性，從而全面地反映事故對整個系統(tǒng)的影響。一般將風(fēng)險定義為事故概率與事故后果的乘積。

電網(wǎng)全故障掃描及風(fēng)險評估軟件為電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行、調(diào)度等環(huán)節(jié)提供了風(fēng)險管理工具，它能在原有電網(wǎng)計算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的靜態(tài)和動態(tài)故障進(jìn)行全掃描，結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備可靠性概率數(shù)據(jù)，綜合事故的影響和事故的發(fā)生概率，對電網(wǎng)風(fēng)險進(jìn)行確定性和概率性量化分析，并能對風(fēng)險劃分等級，從而確定相應(yīng)的預(yù)控措施［1－9］?；诖耍疚母鶕?jù)《輸變電設(shè)施可靠性評價規(guī)程》等資料中對各有關(guān)設(shè)備可靠性參數(shù)的定義及計算公式，對近年獲得的《電力可靠性指標(biāo)發(fā)布會會議資料》和《國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)與安全自動裝置運(yùn)行情況統(tǒng)計分析》報告等統(tǒng)計資料中的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以獲得元件故障率和修復(fù)率等指標(biāo)的平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

1 計算條件

黑龍江省電網(wǎng)位于東北電網(wǎng)的最北端，通過兩回500 kV線路與蒙東電網(wǎng)相聯(lián);通過四回500 kV線路與吉林省電網(wǎng)相聯(lián);通過一回500 kV線路及黑河換流站與俄羅斯電網(wǎng)互聯(lián)。

電網(wǎng)長期過程中的設(shè)備平均不可用率可由下式表達(dá):

式中:λ為失效率，失效次數(shù)/a;μ為修復(fù)率，修復(fù)次數(shù)/年;tMTTR為平均修復(fù)時間，h;tMTTF為失效前平均時間，h;f為平均失效頻率，失效次數(shù)/年。

按設(shè)備類型和電壓等級分類，每類采用一個共同指標(biāo)，本文使用設(shè)備的不可用率指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)備不可用率指標(biāo)Tab．1 Index of equipment unavailability

根據(jù)黑龍江省電網(wǎng)的實(shí)際情況以及以往的計算經(jīng)驗(yàn)，分別給出概率性方法下電壓越限指標(biāo)、線路過載指標(biāo)和變壓器過載指標(biāo)的警告、危險限值，具體數(shù)值如表2所示。

表2 各項指標(biāo)的警告限值和危險限值Tab．2 Warning limit and risk limits of the index

按照表2中的數(shù)據(jù)，可以判斷電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié)的危險程度，并采用一定的技術(shù)手段來改善。以黑龍江省電網(wǎng)2012年冬大運(yùn)行方式為基礎(chǔ)潮流，對電網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)N－1掃描，掃描完成后，在軟件中進(jìn)行靜態(tài)評估，可以得到黑龍江省電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)分析，包括概率性和確定性的結(jié)果，即母線電壓越限(越上限和越下限)、線路過載、變壓器過載。

2 母線電壓越限分析

完成靜態(tài)掃描和靜態(tài)風(fēng)險評估后，可以從概率性和確定性的角度分別分析電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，一個薄弱環(huán)節(jié)元件是指至少經(jīng)受過一次嚴(yán)重?fù)p傷的元件。通過薄弱環(huán)節(jié)分析，可以識別出系統(tǒng)受損程度最大的母線和支路。概率性和確定性情況下風(fēng)險最高的前10項結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2中可以看出，概率性結(jié)果和確定性結(jié)果有所不同。為了得到詳細(xì)的電壓越限情況，列出了概率性和確定性電壓越限的風(fēng)險值和越限

方案數(shù)，如表3和表4所示。

圖1 概率性電壓越限風(fēng)險Fig．1 Probabilistic voltage limit risk

圖2 確定性電壓越限風(fēng)險Fig．2 Deterministic voltage limit risk

表3 概率性電壓越限風(fēng)險值Tab．3 Probabilistic voltage limit risk value

表4 確定性電壓越限風(fēng)險值Tab．4 Deterministic voltage limit risk value

從表3和表4可知，由于黑河電網(wǎng)、大興安嶺環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為薄弱，無論是在概率性還是確定性情況中，此地區(qū)電網(wǎng)的越限母線都名列前茅，因此風(fēng)險值較大，處于危險限值以上的薄弱環(huán)節(jié)有5個。電壓越限的原因一般為電力系統(tǒng)經(jīng)弱聯(lián)系統(tǒng)向受端系統(tǒng)供電或系統(tǒng)無功電源不足，所以應(yīng)從這兩方面著手使電壓保持在允許范圍內(nèi)。

3 線路過載分析

靜態(tài)風(fēng)險評估薄弱環(huán)節(jié)分析得到了線路過載的概率性風(fēng)險和確定性風(fēng)險結(jié)果，如圖3和圖4所示。

圖3 概率性線路過載風(fēng)險Fig．3 Probabilistic line overload risk

圖4 確定性線路過載風(fēng)險Fig．4 Deterministic line overload risk

詳細(xì)的概率性和確定性線路過載的風(fēng)險值和過載方案數(shù)如表5和表6所示。

表5 概率性線路過載風(fēng)險值Tab．5 Probabilistic line overload risk value

從表5和表6可知，線路過載主要發(fā)生在雞西電網(wǎng)。此地區(qū)電網(wǎng)雞梨線、滴口線、滴聯(lián)線等線徑較細(xì)，線路易過載，當(dāng)開機(jī)較多時，線路重載或者滿載，極易引起連鎖故障，嚴(yán)重影響雞西地區(qū)的電網(wǎng)供電可靠性。

表6 確定性線路過載風(fēng)險值Tab．6 Deterministic line overload risk value

由線路過載的故障狀態(tài)分析可知，線路過載是由于切除過載線路的臨近線路導(dǎo)致潮流激增引起的，因此在運(yùn)行中需統(tǒng)籌考慮雞西、牡丹江與七臺河地區(qū)的機(jī)組開機(jī)方式，并對地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化。另外，佳南－蘆家為北架風(fēng)電場、驛馬山風(fēng)電場風(fēng)電送出的重要通道，當(dāng)周邊其他線路切除時，佳南－蘆家極易過載，且由于其周邊線路切除概率稍高，因此，在概率性線路過載中，佳南－蘆家的過載風(fēng)險排在前面。

實(shí)際計算中，架空線路的故障可能性往往因缺少統(tǒng)計資料而難以確定，并且隨運(yùn)行環(huán)境的不同其變化較大，因此在數(shù)據(jù)資料完備的情況下，風(fēng)險評估中必須考慮外部環(huán)境對線路故障可能性的影響。

軟件還提供了同桿并架線路故障以及同通道線路故障下的靜態(tài)風(fēng)險評估，算法中考慮了共因故障事故同時發(fā)生的概率。

4 變壓器過載分析

變壓器過載概率性結(jié)果和確定性結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 概率性變壓器過載風(fēng)險Fig．5 Probabilistic transformer overload risk

詳細(xì)的概率性和確定性線路過載的風(fēng)險值和過載方案數(shù)如表7和表8所示。

圖6 確定性變壓器過載風(fēng)險Fig．6 Deterministic transformer overload risk

表7 概率性變壓器過載風(fēng)險值Tab．7 Probabilistic transformer overload risk value

表8 確定性變壓器過載風(fēng)險值Tab．8 Deterministic transformer overload riskvalue

從表7和表8可以看到，風(fēng)險值位于前十位的過載變壓器大多為500 kV變壓器，而引起其過載的原因主要是由于臨近的發(fā)電廠變壓器或線路被切除，使得更多的潮流通過過載變壓器傳遞。因此，對主變?nèi)萘坎粷M足需求的變電站，應(yīng)對其主變進(jìn)行適當(dāng)增容。對單主變運(yùn)行的變電站，應(yīng)安裝第二臺主變，提高電網(wǎng)可靠性。

5 結(jié)語

本文從考慮電網(wǎng)事件隨機(jī)性質(zhì)和計及各種不確定影響的風(fēng)險評估思路出發(fā)，分析了黑龍江省電網(wǎng)母線電壓越限(越上限和越下限)、線路過載、變壓器過載的概率性和確定性，以幫助規(guī)劃、運(yùn)行人員識別潛在的系統(tǒng)故障模式，使整個網(wǎng)絡(luò)更具健壯性，同時通過對薄弱環(huán)節(jié)全面考慮，合理優(yōu)化，改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的資金配置。

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