淺談應(yīng)用于輸電管理的動態(tài)安全控制新方法

趙龍

摘 要：近年來，我國的電力事業(yè)快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模逐年擴(kuò)大。為保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對輸電線路展開安全管理與維護(hù)是一項非常重要的工作。文章從輸電管理中涉及的動態(tài)安全控制法出發(fā)，根據(jù)實用性安全域的動態(tài)輸電管理系統(tǒng)在安全風(fēng)險、優(yōu)化與控制中創(chuàng)設(shè)評估與模型。通過對安全評估模型的綜合分析，對安全的綜合控制手段的資金成本與注入點功率等多變影響予以論述。并對動態(tài)實用安全域的充分使用可以針對于暫態(tài)穩(wěn)定約束與注入點功率不穩(wěn)定等多變因素的特性予以分析。對于預(yù)想事故的劃分與確認(rèn)階段的交集給出方法，以輸電系統(tǒng)的不安全動態(tài)風(fēng)險的最小值為目標(biāo)，針對其中的主導(dǎo)預(yù)想事故創(chuàng)建出一種最優(yōu)化的風(fēng)險控制模型。借助控制中的預(yù)防與緊急控制的優(yōu)化措施及對預(yù)想事故的分解優(yōu)化，實現(xiàn)了輸電系統(tǒng)在動態(tài)中對不安全分享的最佳優(yōu)化，同時提出了切實可行的輸電管理所需的維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：輸電管理；動態(tài)優(yōu)化；安全控制；線路維護(hù)

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0046-02

隨著我國電力業(yè)在市場化之路上的不斷邁進(jìn)，對于輸電管理過程中的風(fēng)險預(yù)知與評估就顯得尤為重要。在激烈的市場競爭環(huán)境下，為獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益和市場占有率，輸電線路在自身的運(yùn)行狀態(tài)方面幾乎逼近系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定極限，這樣就容易導(dǎo)致系統(tǒng)整體可靠性的降低。全球二十多年來因電力不穩(wěn)、失控出現(xiàn)的重度停電已有十幾次，每次事故至少造成十幾億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失。近些年間發(fā)生的重度停電事故讓我們意識到了電力業(yè)一直遵照的N-1準(zhǔn)則早已無法滿足于維護(hù)輸電管理的穩(wěn)定與可靠運(yùn)行。但是在電力企業(yè)對N-2及N-3準(zhǔn)則在經(jīng)濟(jì)規(guī)劃方面的合理性的不認(rèn)可導(dǎo)致目前相對可行的手段即是在輸電管理中引進(jìn)動態(tài)安全的風(fēng)險管理與控制，以實現(xiàn)輸電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)被控制在可接受程度之內(nèi)。

1 實用動態(tài)安全域

輸電管理系統(tǒng)中的風(fēng)險概率預(yù)估法有兩種，分別是蒙特卡洛模擬法（Monte Carlo）與解析法。Monte Carlo法可以較為便利地對多種不確定因素進(jìn)行計算，但需要加載大量的模擬仿真，尤其是在對系統(tǒng)的風(fēng)險預(yù)估期間要展開暫態(tài)穩(wěn)定性分析，但是考慮到暫態(tài)穩(wěn)定分析期間的分析計算量較大特別是在考慮分析注入點功率不確定因素時，要對所有的運(yùn)行點進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性仿真，這就導(dǎo)致Monte Carlo法在應(yīng)用于在線實時風(fēng)險控制評估系統(tǒng)中的困難非常大。在線實時風(fēng)險控制評估系統(tǒng)提出的輸電管理的風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)針對系統(tǒng)在短期之內(nèi)，期間元器件出現(xiàn)故障的概率相對較低，所以應(yīng)用解析法可以更好地適用于對輸電系統(tǒng)的風(fēng)險評估，但是解析法在對輸電系統(tǒng)展開風(fēng)險預(yù)估時也要面對比較繁重的計算任務(wù)。除此之外，緊急控制與預(yù)防性防控在維護(hù)輸電系統(tǒng)風(fēng)險中對系統(tǒng)均有很大的影響，通過對這兩種控制的輸電事故的集合整理來劃分可以對系統(tǒng)的風(fēng)險控制水平與涉及的方案提供最佳手段，但這一構(gòu)想目前尚未有明確報道。

實用動態(tài)安全域（Practical Dynamic Security Regions：PDSR）屬于一種空間上的非復(fù)雜超多面體，包含對多個描述注入點的功率、與坐標(biāo)軸相垂直的平面以及對暫態(tài)穩(wěn)定性的臨界點的描述。通過對PDSR開展的安全穩(wěn)定研究分析，大量的計算過程可以不用在線狀態(tài)即可完成，在使用時僅對指定的系統(tǒng)事故進(jìn)行判斷此注入點是否處于安全域內(nèi)（Security Regions）即可，此過程可確定在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的節(jié)點是否安全穩(wěn)定，可進(jìn)一步獲取運(yùn)行點處于域中的什么方位。技術(shù)人員通過這一位置可以在系統(tǒng)動態(tài)的前提下保證系統(tǒng)的動態(tài)安全，這樣不僅可有效應(yīng)對恢復(fù)性控制、校正控制以及緊急控制的決策有明顯效用，同時對電力市場中的運(yùn)營創(chuàng)造了更加穩(wěn)定、可靠的可用輸電能力（accessible transmission capability：ATC）。通過對PDSR的應(yīng)用可使眾多的輸電作業(yè)在調(diào)節(jié)最優(yōu)化中暫態(tài)穩(wěn)定約束這一難題變得非常簡單和容易。一旦獲取到需要的PDSR，我們便可用解析法對安全概率進(jìn)行在線計算而且過程快速。

2 動態(tài)安全評估的模型分析

2.1 不安全動態(tài)風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）提出的標(biāo)準(zhǔn)，將風(fēng)險指標(biāo)定義為事故出現(xiàn)概率與其影響的乘積。就是輸電系統(tǒng)地不安全因素和預(yù)估事故出現(xiàn)的概率同事故出現(xiàn)后造成的影響表現(xiàn)為正比。文中只針對不安全動態(tài)風(fēng)險予以研究，這一風(fēng)險的出現(xiàn)是受到事故發(fā)生后造成的系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定所造成的。出現(xiàn)事故后，產(chǎn)生的影響包括切負(fù)荷與切機(jī)，同時也包括因系統(tǒng)的失效造成的各種直接或間接的損失，其中包含著經(jīng)濟(jì)、社會、政治等層面的影響。不安全動態(tài)風(fēng)險的計算公式由以下表現(xiàn)形式：

公式中的Pr（Ei）屬于Ei的不安全動態(tài)的發(fā)生概率；Pr（DIS│Ei）屬于既定故障中存在的Ei不安全事故概率。

②公式中表現(xiàn)的計算法可以比較實用地對PDSR非復(fù)雜超多面體展開動態(tài)安全計算，其計算過程相對容易，可快速獲取注入點功率中不確定因素的y值。

2.2 計算不安全動態(tài)的風(fēng)險

輸電系統(tǒng)出現(xiàn)事故后不會被任由其發(fā)展，同時會有相應(yīng)的手段來實現(xiàn)緊急的控制，以此來避免事故造成更大的影響，所以這就要求在不安全動態(tài)風(fēng)險計算期間要考慮分析到多種情況的成本與作用控制。通過對預(yù)估事故的劃分，可將不安全動態(tài)風(fēng)險進(jìn)行以下三類的區(qū)分，即緊急控制成本、預(yù)防性成本與無效控制的影響。

不安全動態(tài)風(fēng)險的計算過程可通過以下步驟實現(xiàn)：開始對事故的檢查與分析；對事故集展開預(yù)估；通過預(yù)判事故集我們可以分別得出存在安全控制的事故集與無安全控制的事故集兩種。存在安全控制的事故中存在預(yù)防控制與緊急控制兩種類型，其中預(yù)防事故控制開一展開預(yù)防性成本控制，實現(xiàn)定位不安全動態(tài)風(fēng)險，最后結(jié)束計算過程。

緊急控制開展開緊急控制成本分析計算，實現(xiàn)定位不安全動態(tài)風(fēng)險。上面提及的無安全控制的事故集和開展無效控制損失計算，以此來實現(xiàn)對不安全動態(tài)風(fēng)險的確定。

3 高壓輸電線路的日常維護(hù)

在高壓輸電線路的日常運(yùn)行中，還存在著諸多不確定因素的威脅。本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，汲取其中的輸電線路成功維護(hù)經(jīng)驗，對目前我國常見的高壓輸電線路的日常管理與維護(hù)作一闡述。

3.1 冰雪氣候環(huán)境中的管理與保護(hù)

在對高壓線路進(jìn)行設(shè)計時就要充分考慮強(qiáng)降雪冰凍等惡劣氣候環(huán)境中的線路穩(wěn)定性，在線路壽命的設(shè)計上至少要按照抵抗30年一遇的冰雪天氣為標(biāo)準(zhǔn)。要實現(xiàn)有效的保護(hù)，在實際設(shè)計與施工中，要縮短桿塔的檔距，使用耐張塔，前期勘探時要使線路走向避開冷熱氣流交匯的地域，同時組織專人，在冰凍易發(fā)期對線路開展巡視與檢查，消除桿塔自身、絕緣子、接地線等缺陷與隱患。高壓線路若遇嚴(yán)重冰凍情況，要借助電流溶解法與機(jī)械破冰來對線路上的履冰予以消除。

3.2 雷電破壞

自然界的雷擊其產(chǎn)生的破壞力是非常巨大的，雷電對高壓線路的打擊具有復(fù)雜性和不確定性。雖然雷擊是不可避免的，但是目前我們所掌握的防雷措施已有很多選擇。因地制宜，具體環(huán)境具體分析，可以運(yùn)用防繞擊避雷針、負(fù)角避雷針、可控放電針、避雷線、加強(qiáng)耦合地線以及桿塔多回路等多種防雷手段。即便前面的手段都沒能有效防雷，高壓線路的自動合閘功能也可以在最后關(guān)頭保護(hù)輸電線路。

3.3 防鳥害破壞

通過對線路走向的研究，劃定出防鳥重點保護(hù)區(qū)域，結(jié)合多年的高壓線路防鳥經(jīng)驗，我們可以采用驅(qū)防合一的線路保護(hù)手段，主要可以通過鳥類的視覺、觸覺以及化學(xué)等手段來進(jìn)行預(yù)防與驅(qū)散。要想最大程度地對鳥類進(jìn)行驅(qū)離，還要對鳥類的活動習(xí)性開展研究，以便技術(shù)人員更有針對性地預(yù)防鳥害。

3.4 防止外力破壞

除了上述的幾點不可知性較大的威脅輸電線路的隱患之外，我們還要面對一些可控性更強(qiáng)的破壞問題，主要包括輸電線路自身的防盜技術(shù)是否穩(wěn)定可靠，對防撞、防腐蝕等情況是否能進(jìn)行有效抵御；線路周邊的施工項目若缺乏管理與監(jiān)督，很有可能會對高壓線路造成較為嚴(yán)重的人為性破壞，在施工階段，當(dāng)?shù)仉娏Σ块T應(yīng)強(qiáng)化宣傳、監(jiān)督力度；電力部門要增強(qiáng)與公安等部門的工作協(xié)調(diào)能力，對擅自破壞輸電設(shè)備的行為予以嚴(yán)厲打擊。

4 結(jié) 語

隨著我國電力業(yè)的不斷深化發(fā)展，高壓輸電線路自身運(yùn)行的穩(wěn)定性在國民經(jīng)濟(jì)的順利發(fā)展過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。要保證輸電線路在工作期間的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須扎實做好對輸電線路管理與維護(hù)工作。本文探討了動態(tài)安全控制技術(shù)在輸電管理中的科學(xué)分析法與計算法，在此提出了一種基于現(xiàn)實電力環(huán)境之下的PDSR形式并建立出了動態(tài)不穩(wěn)定風(fēng)險的優(yōu)化與評價模型。該模型對事故發(fā)生的頻次與無效預(yù)防控制出現(xiàn)系統(tǒng)失穩(wěn)導(dǎo)致的損失均予以了考慮率，借助PDSR這一形式對電力輸送地暫態(tài)穩(wěn)定約束實現(xiàn)了全面的考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳成，孫連偉.淺談送電線路安全問題及防護(hù)措施[J].黑龍江科技信息，2009，（36）.

[2] N.I.Boyko，L.S.Evdoshenko，A.I.Zarochentsev，V.M.Ivanov，V.G.Artyukh.400-

kVtrigatrons for high-power low-inductance pulse generators[J].Ins-

truments and Experimental Techniques，2008（1）.

[3] 王東濤，余貽鑫，付川.基于實用動態(tài)安全域的輸電系統(tǒng)概率動態(tài)安全評估[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，（7）.

[4] 馬振興.關(guān)于高壓輸電線路的日常維護(hù)探討[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011，（8）.

[5] 舒印彪，胡毅.特高壓交流輸電線路的運(yùn)行維護(hù)與帶電作業(yè)[J].高電壓技術(shù)，2007，（6）.

[6] 甘德強(qiáng)，辛煥海，王建全，等.暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)防控制和優(yōu)化新進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，（10）.