多閉環(huán)量化電網(wǎng)安全風(fēng)險管控體系

王文嘉

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林 長春 130000)

0 引言

隨著能源安全、經(jīng)濟發(fā)展和民生福祉等社會需求不斷擴增，電力成為不可或缺的能源。在電網(wǎng)供需形勢嚴(yán)峻、疫情防控常態(tài)化的大背景下，為滿足城市經(jīng)濟和社會生活對電力穩(wěn)定供應(yīng)的需求，優(yōu)化電網(wǎng)控制策略，筑牢電網(wǎng)“ 三道防線” ，刻不容緩。

我國電網(wǎng)建設(shè)充分考慮地方城市規(guī)劃和地理環(huán)境特征，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，輸電線路走廊用地日趨緊張，輸電通道交叉跨越、多回線路同塔并架、電纜密集敷設(shè)等現(xiàn)象屢見不鮮，致使電網(wǎng)在檢修、新設(shè)備接入、事故處置、雨雪冰凍災(zāi)害等非全接線運行方式下，常伴有多條輸電線路或多重設(shè)備陪停情況，嚴(yán)重削弱電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加電網(wǎng)運行風(fēng)險。

目前，傳統(tǒng)的調(diào)度控制策略側(cè)重于事故發(fā)生后電網(wǎng)運行方式實時調(diào)整，因其不具備提前規(guī)避和降低電網(wǎng)運行風(fēng)險的能力，有時無法滿足高風(fēng)險場景下的電力保供要求。建立風(fēng)險管控體系，通過事故發(fā)生前的風(fēng)險規(guī)避、降級與控制，可以有效提升電網(wǎng)的靈活性和安全風(fēng)險管控能力，保障電網(wǎng)平穩(wěn)度過檢修施工期[1,2]。

通過在風(fēng)險量化“ 降、避” 環(huán)節(jié)不斷地閉環(huán)迭代，形成一種由風(fēng)險避降、預(yù)防控制、協(xié)同管理、調(diào)度控制、緊急控制組成，應(yīng)對高風(fēng)險場景的多閉環(huán)電網(wǎng)安全風(fēng)險管控體系。該體系將電網(wǎng)安全風(fēng)險在風(fēng)險協(xié)同防控前進(jìn)行減輕或消除，增加電力設(shè)備停電期間電網(wǎng)調(diào)控的靈活性，同時，充分考慮電力供給與需求側(cè)矛盾、緊急事故下的停運設(shè)備快速恢復(fù)、重點保供用戶電源的跟蹤送電以及敏感地區(qū)的輿情控制，協(xié)同電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)外防控，全力彌補電網(wǎng)安全風(fēng)險管控中不可避免的負(fù)荷缺失，提升協(xié)同管控能力，量化風(fēng)險等級與預(yù)警管控保障標(biāo)準(zhǔn)、精準(zhǔn)實施調(diào)度控制、優(yōu)先保障民生重點可靠用電，有效提高電網(wǎng)風(fēng)險抵御能力及電力保供的可靠性。

1 預(yù)置量化電網(wǎng)安全風(fēng)險

電網(wǎng)安全風(fēng)險管控以電網(wǎng)減供負(fù)荷的比例和供電用戶停電的比例為衡量指標(biāo)，以控制、減輕和消除電力安全事故損害為目標(biāo)，由電網(wǎng)企業(yè)及其電力調(diào)度機構(gòu)主導(dǎo)，發(fā)電企業(yè)、電力用戶配合，采取各種技術(shù)、管理措施規(guī)避電網(wǎng)事件風(fēng)險或降低電網(wǎng)事件風(fēng)險等級，減少風(fēng)險事件發(fā)生時造成的停電損失，指導(dǎo)電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)運行[3-4]。

本節(jié)建立電網(wǎng)風(fēng)險事件的負(fù)荷管理目標(biāo)函數(shù)，如式(1)所示。

其中，ΔPLoss代表電網(wǎng)事件發(fā)生后的負(fù)荷損失功率；Gi代表局網(wǎng)小電源出力有功功率；Gmax代表小電源額定功率；g代表局網(wǎng)可調(diào)機組數(shù)；Mj代表局網(wǎng)一次變主變實際有功功率；Mmax代表主變額定功率；m代表一次變主變數(shù)量；Pl代表一次變在載線路有功功率；Plmax代表線路的額定載流換算功率；p代表線路條數(shù)；Ptmax代表備自投線路額定載流換算功率；n代表備自投線路條數(shù)；Ptl代表備自投線路負(fù)荷有功功率。

通過式(1)對預(yù)置風(fēng)險的量化評估，為停電前風(fēng)險避降、預(yù)防控制、協(xié)同管理三項措施提供輔助依據(jù)，在電網(wǎng)風(fēng)險預(yù)置閉環(huán)管理中可有效降低設(shè)備停運期間電網(wǎng)風(fēng)險等級，具體措施如下：

1) 風(fēng)險避降。優(yōu)化設(shè)備停運方案和窗口期，量化削減高風(fēng)險場景下可能帶來的負(fù)荷損失和風(fēng)險等級，減少聯(lián)絡(luò)線陪停和負(fù)荷高峰期設(shè)備停運等情況，重點關(guān)注民生及保障類重要用戶，提高突發(fā)公共涉電事件應(yīng)對能力，可適當(dāng)采取臨時措施降低全停風(fēng)險，如帶電作業(yè)、新增臨時設(shè)備或桿塔、關(guān)鍵通道臨時站外短接等，最大限度滿足自平衡要求，提高設(shè)備停運期間電網(wǎng)可靠水平。

2) 預(yù)防控制。超前調(diào)整局部電網(wǎng)潮流分布，考慮安全約束下負(fù)荷轉(zhuǎn)移和恢復(fù)備用線路，調(diào)整并校核繼電保護(hù)及安自裝置控制策略，強化特殊電網(wǎng)運行方式下的事故自愈能力，確保設(shè)備停運期間電網(wǎng)安全裕度充足。

3) 協(xié)同管理。提前分析設(shè)備停運期間各類可能繼發(fā)的電網(wǎng)事故及最嚴(yán)重電網(wǎng)安全風(fēng)險等級事件，協(xié)同各有關(guān)部門制定預(yù)防和應(yīng)急措施，發(fā)布電網(wǎng)安全風(fēng)險預(yù)警，通知所涉發(fā)電企業(yè)和電力用戶，并向政府和電力監(jiān)管機構(gòu)報備，嚴(yán)格執(zhí)行風(fēng)險預(yù)警領(lǐng)導(dǎo)審批制度，對重大風(fēng)險“ 一票否決” 。

2 電力保供協(xié)同閉環(huán)控制

為進(jìn)一步完善電力保供措施，提升非計劃停運事件發(fā)生前后的協(xié)同管控能力，增強電網(wǎng)風(fēng)險事件全程閉環(huán)管控，最大程度確保電網(wǎng)安全運行，按照“ 保電網(wǎng)、保安全、保民生、保重點” 的處置思路，形成對非計劃涉電事件先排后控的電力保供協(xié)同機制。通過事前排查，按照“ 一戶一策” 協(xié)同相關(guān)單位開展電網(wǎng)隱患排查工作，編寫“ 一風(fēng)險●一預(yù)警” 安全檔案，動態(tài)跟蹤重要用戶電源信息，精準(zhǔn)細(xì)化保供線路的故障處置流程；再通過事后控制，啟動調(diào)度控制和緊急控制兩項措施，實時調(diào)控電網(wǎng)運行方式，落實協(xié)同管理應(yīng)急措施，減少負(fù)荷損失，具體措施如下：

1) 調(diào)度控制。依據(jù)運行設(shè)備轉(zhuǎn)供能力和電網(wǎng)穩(wěn)定極限，參考事故應(yīng)急預(yù)案，迅速隔離故障設(shè)備，對事故停電負(fù)荷逐步恢復(fù)。

2) 緊急控制。針對超電網(wǎng)供電能力事件，在用盡全部調(diào)整手段仍無法滿足電網(wǎng)頻率及聯(lián)絡(luò)線控制要求的情況下，本級調(diào)度嚴(yán)格遵從上級調(diào)度指令，采取有序用電或拉閘限電等措施確保電網(wǎng)供需平衡。

電網(wǎng)安全風(fēng)險閉環(huán)管控體系流程如圖1 所示。

圖1 電網(wǎng)安全風(fēng)險閉環(huán)管控體系流程

3 實際算例分析

220 kV 變電站A (以下簡稱A 變)有兩條電源進(jìn)線一線和二線，分別來自220 kV 變電站B 和500 kV 變電站，一條出線連接220 kV 風(fēng)電場。

圖2 為A 變站內(nèi)主接線，具體運行方式如下：220 kV 及66 kV 母線均為雙母線并列運行，其中220 kV 側(cè)共有出線5 條，220 kV 用一線、用二線為一級重要用戶電源線；66 kV 側(cè)共有9 條出線，其中66 kV 聯(lián)絡(luò)甲、乙、丙線分別由對端變電站送電至A 站出口熱備，聯(lián)絡(luò)甲、乙線來自同一變電站，聯(lián)絡(luò)丙線為A 站66 kV 備自投線路，轉(zhuǎn)帶66 kV 負(fù)荷甲、乙線，其余6 條出線均在A 站運行，共帶有11 座66 kV 縣公司管轄變電站以及1座66 kV 生物質(zhì)電廠和3 座66 kV 光伏電站，其中有3 座變電站配置了高壓備自投裝置。

圖2 A 站主接線

1) 風(fēng)險辨識與評估。若220 kV 一線停電期間，220 kV 二線線路、A 變220 kV 二線開關(guān)間隔設(shè)備或A 變220 kV 東母線故障，將造成A 變系統(tǒng)全停，一家一級重要用戶受累停電，一家二級重要用戶失去部分電源，損失負(fù)荷達(dá)到102 MW，構(gòu)成五級電網(wǎng)事件。

2) 電網(wǎng)安全風(fēng)險“ 全面評估、先降后控” 管理。按照上級調(diào)度要求，220 kV 一線線路停電檢修期間，A 變66 kV 1、2 號主變分列運行。

① 優(yōu)化檢修計劃：安排220 kV 用戶變(一級重要用戶電源站)與220 kV 一線同期檢修，用戶負(fù)荷由低壓側(cè)自行帶出。通過對用電負(fù)荷的統(tǒng)計分析，確定停運窗口期在6 月下旬。

② 優(yōu)化運行方式及保護(hù)策略：在滿足安全約束條件的前提下，核對66 kV 變電站高、低備自投狀態(tài)，調(diào)整A 變66 kV 線路備自投，減少損失負(fù)荷27 MW。調(diào)整66 kV 聯(lián)絡(luò)線(聯(lián)絡(luò)乙線)在A變東母線熱備用，及其所帶電廠出力保持最大，確保66 kV 聯(lián)絡(luò)線有能力將負(fù)荷全部帶出；核對縣公司所轄66 kV 變電站低頻減載裝置狀態(tài)，退出A變低頻減載裝置，保障電網(wǎng)出現(xiàn)頻率崩潰時重要用戶的可靠供電。

③ 加強電壓監(jiān)視：將A 變所有電容器停電倒66 kV 東母線運行，并密切監(jiān)視A 變66 kV 東西母線電壓，防止電壓越限。

3) 風(fēng)險審批：組織相關(guān)部門、單位會商。

4) 電網(wǎng)安全風(fēng)險協(xié)同防控管理：發(fā)布風(fēng)險預(yù)警通知書，調(diào)控中心合理安排運行方式，隨時掌握作業(yè)期間天氣變化情況，做好災(zāi)害預(yù)防措施；供指中心做好敏感區(qū)域等相關(guān)用戶的應(yīng)急響應(yīng)啟動準(zhǔn)備；輸電運檢中心在停電作業(yè)前加強220 kV 二線線路隱患排查，重點隱患區(qū)域指定專人進(jìn)行不間斷看守；變電運維單位在停電前對A 變站內(nèi)設(shè)備“ 特巡” 和測溫，確保間隔設(shè)備可靠運行；營銷部做好重要用戶用電情況監(jiān)測和支援準(zhǔn)備；黨建部做好輿情應(yīng)對準(zhǔn)備；安監(jiān)部加強作業(yè)現(xiàn)場安全管控，安排各級到崗到位和安全監(jiān)督人員。

5) 執(zhí)行停運計劃：220 kV 二線線路停電，預(yù)備調(diào)度控制措施確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

6) 提出電網(wǎng)規(guī)劃建議：220 kV 二線或一線停電期間，A 變單電源運行，若運行線路故障，A 變?nèi)?，?jīng)管控調(diào)整后，仍損失負(fù)荷75 MW，構(gòu)成五級電網(wǎng)事件，建議后續(xù)加強A 網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

以上提出的電網(wǎng)安全風(fēng)險量化閉環(huán)管控體系，通過統(tǒng)籌風(fēng)險規(guī)避、降級與控制，兼顧風(fēng)險等級與管控代價，實現(xiàn)電力事故風(fēng)險防控“ 避、降、控” 三者協(xié)同。在“ 全面評估、先降后控” 可量化風(fēng)險等級與預(yù)警管控保障標(biāo)準(zhǔn)下，提前規(guī)避或降低電網(wǎng)建設(shè)過渡期的電力事故風(fēng)險，提高高風(fēng)險場景下電網(wǎng)安全風(fēng)險防范能力。