寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫設(shè)計

顧雨嘉，李宏強，田蓓，張漢花，周雷，馬鑫，張芳

(1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院， 寧夏 銀川 750011；2.北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院，北京 100192)

電網(wǎng)運行方式正常與檢修計劃風(fēng)險校核是關(guān)乎電網(wǎng)運行期間安全穩(wěn)定運行的一項重要工作[1-2]。方式安排是電網(wǎng)調(diào)度管理水平的重要體現(xiàn)，也是提高電網(wǎng)節(jié)能水平的前提。隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的迅猛發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模的顯著擴大，電網(wǎng)運行方式的計算量和調(diào)整內(nèi)容也呈規(guī)模性地增長，電力系統(tǒng)向多電壓等級、跨區(qū)大容量互聯(lián)發(fā)展，輸變電設(shè)備檢修造成系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)改變后，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行裕度變小，故障導(dǎo)致的系統(tǒng)運行風(fēng)險增大，工作人員很難全面而又準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行風(fēng)險點[3]。檢修方式的安排大多依賴于人員的經(jīng)驗，或者輔以安全校核，某些方式下，即使是經(jīng)驗豐富的計算人員，單人校核的電網(wǎng)運行風(fēng)險點查找率仍會出現(xiàn)不足80%的情況；而工作經(jīng)驗較少的人員，單人校核的電網(wǎng)運行風(fēng)險點查找率更是不足60%。

截至2019年底，寧夏電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)總裝機容量49 379 MW，其中風(fēng)電裝機容量11 160 MW，光伏裝機容量8 441 MW。寧夏電網(wǎng)的新能源裝機已經(jīng)達(dá)到總裝機容量的41%，超過寧夏電網(wǎng)總負(fù)荷，寧夏電網(wǎng)面臨新能源開機、直流群外送、省間斷面等多種運行方式組合。寧夏電網(wǎng)主網(wǎng)架支撐多直流運行能力不足，檢修方式電網(wǎng)安全裕度急劇減小，發(fā)生全局性故障的風(fēng)險大幅升高，電網(wǎng)檢修方式安排難度大。

為保證校核的準(zhǔn)確性和可靠性，寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核主要依靠多人“背靠背”工作機制，耗時耗力，也無法保證風(fēng)險點查找率達(dá)到100%。因此，梳理寧夏電網(wǎng)運行方式，研發(fā)擁有良好人機界面的寧夏電網(wǎng)運行方式經(jīng)驗智庫，提高了寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險點校核準(zhǔn)確性和可靠性，提升了方式計算人員檢修校核的工作效率，降低了電網(wǎng)運行的安全隱患。

1 電力系統(tǒng)承受大擾動能力的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》所規(guī)定的電力系統(tǒng)承受大擾動能力的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)是電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核的基本依據(jù)，安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)分為三級[4-5]。

1.1 第一級安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

正常運行方式下的電力系統(tǒng)受到單一故障擾動后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動作，不采取穩(wěn)控措施，應(yīng)能保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和電網(wǎng)的正常供電，其他原件不超過規(guī)定的事故過負(fù)荷能力，不發(fā)生連鎖跳閘。

涉及的故障形態(tài)包括：任何線路單相瞬時接地故障重合成功；同級電壓的雙同或多同回線和環(huán)網(wǎng)，任一回線單相永久故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；同級電壓的雙回或多回線和環(huán)網(wǎng)，任一回線三相故障斷開等。

1.2 第二級安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

正常運行方式下的電力系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的故障擾動后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動作，應(yīng)能保持穩(wěn)定運行，必要時允許采取切機和切負(fù)荷、直流緊急功率控制、抽水蓄能電站切泵等穩(wěn)定控制措施。

涉及的故障形態(tài)包括：單回線或單臺變壓器(輻射型結(jié)構(gòu))故障或無故障三相斷開；任一段母線故障；同桿并駕雙回線的異名兩相同時發(fā)生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時跳開，或同桿并架雙回線同時無故障斷開；直流系統(tǒng)雙極閉鎖等。

1.3 第三級安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

電力系統(tǒng)受到嚴(yán)重故障后導(dǎo)致穩(wěn)定破壞時，必須采取失步/快速解列、低頻/低壓減載、高頻切機等措施，避免造成長時間大面積停電和對重要用戶的災(zāi)害性停電，使負(fù)荷盡可能減少到最小，電力系統(tǒng)應(yīng)盡快恢復(fù)正常運行。

涉及的故障形態(tài)包括：故障時開關(guān)拒動；故障時繼電保護(hù)、自動裝置誤動或拒動等。

2 電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核

根據(jù)寧夏電網(wǎng)裝機和負(fù)荷預(yù)測情況，電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核選取年初(大負(fù)荷、小負(fù)荷)、夏季(大負(fù)荷、小負(fù)荷)和冬季(大負(fù)荷、小負(fù)荷)六種計算分析典型方式，根據(jù)寧夏電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合電力系統(tǒng)承受大擾動能力的三級安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，主要針對主網(wǎng)的正常運行方式、正常檢修方式和異常檢修方式進(jìn)行風(fēng)險校核，涉及的故障類型主要包括：

(1)全網(wǎng)元件N-1無故障開斷；

(2)兩個系統(tǒng)通過單回線聯(lián)絡(luò)的，一般選用聯(lián)絡(luò)線單相瞬時性接地故障，并進(jìn)行三相短路故障聯(lián)絡(luò)線跳閘解列后的穩(wěn)定校核；

(3)220 kV及以上同級電壓的雙回線或多回線和環(huán)網(wǎng)，一般選取對穩(wěn)定不利的一端發(fā)生金屬性三相短路永久故障；

(4)300 MW及以上機組滿負(fù)荷跳閘或失磁；

(5)直流單、雙極閉鎖；

(6)發(fā)電廠和變電站母線三相短路故障，母線上所有元件跳閘；

(7)同桿并架雙回線異名兩相同時發(fā)生單相接地故障重合不成功雙回線故障跳閘；

(8)單相故障時開關(guān)單相據(jù)動；

(9)單相故障死區(qū)保護(hù)；

(10)大容量發(fā)電廠全停；

(11)重要輸電通道N-2故障。

按照上述原則分別對2018年和2019年寧夏電網(wǎng)典型運行方式進(jìn)行全面安全校核，共發(fā)現(xiàn)運行風(fēng)險499項，涉及檢修項目297項。針對存在運行風(fēng)險的檢修項目進(jìn)行梳理分析，提取關(guān)鍵信息便于對電網(wǎng)運行風(fēng)險進(jìn)行分類管理。

(1)根據(jù)檢修時序建立檢修項目邏輯關(guān)系，主要包括主檢項目和同檢項目，檢修項目如表1所示。

表1 主檢與同檢項目統(tǒng)計

(2)電網(wǎng)運行風(fēng)險中提取風(fēng)險類型、風(fēng)險等級等關(guān)鍵信息，風(fēng)險類型包括：熱穩(wěn)越限，熱穩(wěn)重載，暫穩(wěn)失穩(wěn)，拓?fù)湔{(diào)整，窩電，損失負(fù)荷。風(fēng)險等級按照955號令確定。

(3)從風(fēng)險控制措施中提取控制輸電斷面及其極限功率等關(guān)鍵信息。

(4)梳理檢修設(shè)備類型，主要包括線路、母線、開關(guān)、變壓器、機組、直流系統(tǒng)。

(5)梳理安全校核類型，主要包括：線路N-1，母線N-1，主變N-1，開關(guān)N-1，機組N-1；線路N-2，安控策略，安控動作，同桿N-2、直流系統(tǒng)雙極閉鎖；線路N-3，多重故障，新能源大規(guī)模脫網(wǎng)等。

(6)梳理電壓等級，主要包括：±800 kV，±500 kV，750 kV，330 kV，220 kV。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

通過梳理風(fēng)險校核關(guān)鍵信息，理清了寧夏電網(wǎng)運行方式檢修校核項目數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系，設(shè)計了寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了軟件結(jié)構(gòu)和功能。

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括智庫方案，主檢項目基本信息，主檢項目風(fēng)險及控制措施，同檢項目基本信息，同檢項目風(fēng)險及控制措施。其邏輯關(guān)系如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)運行方式經(jīng)驗智庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)智庫方案信息為寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫的標(biāo)簽，建議按照年度和運行方式來建立智庫方案對電網(wǎng)運行風(fēng)險進(jìn)行分類管理，具體信息如表2所示。

表2 智庫方案信息

(2)主檢項目基本信息，與智庫方案信息為主從關(guān)系，具體信息如表3所示。

表3 主檢項目基本信息

(3)主檢風(fēng)險及控制措施，與主檢項目基本信息為主從關(guān)系，具體信息如表4所示。

表4 主檢風(fēng)險及控制措施

(4)同檢項目基本信息，與主檢項目基本信息為主從關(guān)系，具體信息如表5所示。

表5 同檢項目基本信息

(5)同檢風(fēng)險及控制措施，與同檢項目基本信息為主從關(guān)系，具體信息如表6所示。

表6 同檢風(fēng)險及控制措施

3.2 軟件結(jié)構(gòu)

寧夏電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫的軟件結(jié)構(gòu)和功能如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫功能和數(shù)據(jù)流程

(1)風(fēng)險校核經(jīng)驗錄入模塊。該模塊提供友好的人機交互界面，支持電網(wǎng)運行方式正常及檢修方式下運行風(fēng)險信息與控制措施決策信息的錄入，具備錄入數(shù)據(jù)自動校驗功能，對不滿足要求的數(shù)據(jù)會給出告警信息。

(2)風(fēng)險校核經(jīng)驗管理模塊。此模塊是電網(wǎng)運行風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫的核心模塊，負(fù)責(zé)對電網(wǎng)運行風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫的創(chuàng)建、復(fù)制、修改和刪除等，可以按照年度、運行方式等多種維度建立電網(wǎng)運行風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫，在系統(tǒng)中創(chuàng)建了經(jīng)驗智庫后才可以錄入電網(wǎng)運行風(fēng)險校核經(jīng)驗。

(3)風(fēng)險校核經(jīng)驗檢索模塊。風(fēng)險校核經(jīng)驗檢索模塊提供人機交互界面對電網(wǎng)運行風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫中的電網(wǎng)運行風(fēng)險校核經(jīng)驗進(jìn)行快速檢索和分類統(tǒng)計。具備靈活的信息檢索功能，可實現(xiàn)快速查找所需信息。

(4)風(fēng)險校核經(jīng)驗導(dǎo)出模塊，支持將選定的風(fēng)險校核經(jīng)驗導(dǎo)出成指定格式的E文本、Excel等文件。

4 應(yīng)用效果

基于QT開發(fā)軟件研發(fā)了人機界面友好電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫，實現(xiàn)了預(yù)期功能，并可在Windows，Linux或 macOS等多種平臺運行。

針對寧夏電網(wǎng)2018年和2019年安全校核結(jié)果，按照檢修時序篩選出主檢項目和同檢項目，按照檢修項目梳理了設(shè)備類型、檢修類型、電壓等級、運行風(fēng)險、控制措施、監(jiān)控斷面及極限等信息。在智庫軟件中建立了2018年和2019年電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫方案，分別將上述信息錄入對應(yīng)的智庫方案。智庫支持按照檢修項目名稱、設(shè)備類型、檢修類型、電壓等級、運行風(fēng)險、控制措施、監(jiān)控斷面名稱和極限進(jìn)行檢索查詢和統(tǒng)計。

通過現(xiàn)場部署和試運行表明：該軟件可以建立年度運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫，可對近幾年的運行方式校核結(jié)果進(jìn)行分類管理，避免同一信息在不同數(shù)據(jù)中出現(xiàn)不一致的情況；校核人員可以在經(jīng)驗智庫中快速檢索出需要的檢修項目及其對應(yīng)的運行風(fēng)險和控制措施，有效提高了檢修校核工作效率，全面提升了計算分析人員校核檢修方式風(fēng)險點的準(zhǔn)確性和全面性，對保障電網(wǎng)檢修方式下安全穩(wěn)定運行有重要意義。

5 結(jié) 論

(1)通過梳理2018—2019年度運行方式校核結(jié)果，并建立運行方式風(fēng)險智庫，提升了計算人員(特別是新員工)檢修方式風(fēng)險點查找的準(zhǔn)確性和全面性。智庫信息作為電網(wǎng)運行風(fēng)險校核的歷史性經(jīng)驗，在進(jìn)行月度或年度檢修計劃校核工作中可提供技術(shù)參考，但并不作為校核依據(jù)。

(2)以電網(wǎng)運行實際應(yīng)用需求為核心，電網(wǎng)運行方式風(fēng)險校核經(jīng)驗智庫人機界面使用體驗較好，便于數(shù)據(jù)信息錄入、導(dǎo)出、查詢與統(tǒng)計，擴大了經(jīng)驗智庫的應(yīng)用范圍。

(3)系統(tǒng)基于長遠(yuǎn)的規(guī)劃，以滿足未來的需求，因此系統(tǒng)設(shè)計時整體考慮了應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)與功能。基于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)中的協(xié)議、數(shù)據(jù)接口等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，為未來的系統(tǒng)擴展奠定了基礎(chǔ)。