浅谈电网规划设计中的风险评估应用

摘 要: 总结分析国内外电网规划设计中的可靠性准则,研究基于风险评估理论的可靠性评估方法在输电网规划设计中的应用。将风险评估理论与电网的规划设计相结合,提出了综合电力系统故障发生概率和故障失效后果进行系统风险评估的模型和算法。通过对电网规划设计方案风险指标的计算,实现了在电网规划设计中量化处理可靠性问题的目标 ,进一步完善了传统的电网规划设计方法。

关键词:电网规划；风险评估；可靠性

中图分类号： U665 文献标识码： A

引言

随着我国电力需求的快速增长, 电网建设规模不断扩大, 电力系统的安全可靠问题日益成为用户和电力部门共同关注的焦点。近年来, 世界各地多次爆发的大规模停电事故给人民生活、社会安定带来了巨大冲击, 保证系统的可靠供电成为电力部门的首要任务.

本文将风险评估理论应用于电网的规划设计,提出了对电力系统事故发生概率和事故后果进行综合评估的模型和算法。通过工程案例应用分析,论证了风险评估方法在电网规划设计中的可行性和实用性, 为发展和完善传统的电网规划设计方法提供了一种新的思路。

一、引入风险评估的必要性

目前电网规划设计研究大多数集中在满足未来负荷需求的基础上,确定待建输电线路的数量和位置以使总的投资成本最低这样一个问题。在这种规划设计思路指导下,规划设计人员将根据未来电源和负荷的预测情况,构建合理的电网框架结构,并通过常规的短路电流及稳定校验等电气计算,最终确定所采用的规划设计方案。这种规划设计方案的比选原则,主要考虑了初投资等电网规划中的经济性问题,对系统的可靠 性则 普遍 采用 N-1安全准则校验,并且仅考虑预想事故发生后的静态安全约束。因此,必须在电网规划中对事件发生的概率和后果进行综合评判,这里将引入系统风险的概念。风险和可靠性存在若干相通的含义,分别描述同一事实的两个方面。更高的风险意味着更低的可靠性,反之亦然。风险定量评估的目的在于建立表征系统风险的指标,即能够综合考虑失效事件发生的可能性和这些事件发生后果的严重程度。显然,一种可行的选择就是在工程规划、设计、运行和维修中引进风险管理,以使系统的风险水平保持在可接受的范围内。

二、风险评估模型和指标计算

对电网规划方案的风险评估,可采用状态枚举法或蒙特卡罗模拟法。蒙特卡罗模拟法便于处理负荷的随机变化特性,计算量几乎不受系统规模和复杂程度的影响,但其计算时间较慢;而状态枚举法一般用于元件失效概率较小或者运行工况较为简单的情形。由于在电网规划设计阶段,更着重于各个规划方案之间的横向比较,而对模型和参数的准确性要求不高;另一方面规划设计出的方案往往具有较强的承载风险能力,因此本文采取在应用上更为灵活的状态枚举法进行系统规划方案的风险评估,同时制定合理的简化原则以降低计算的复杂程度。

2.1 风险指标计算方法

基于潮流过负荷校验的风险指标计算是指,利用n-r预想事故扫描(潮 流 分析)确定系统的失效状态(线路过负荷或者节点低电压),进而进行风险指标计算。具体方法和步骤如下:(1)建立多级负荷水平根据系统年负荷预测曲线,将负荷水平划分为若干等级并形成相应的分析案例。对每一级负荷水平案例分别进行风险指标计算。(2)利用枚举技术选择并确定系统状态系统状态概率按下式计算:

其中:P(s)是仅考虑元件停运事件的系统状态s的概率;nd为在系统状态s中不可用的元件数;n为系统元件总数;Ui、Uj是元件i与j的与停运相关的不可用率:

式中:λi为元件与停运相关的失效率(失效次数/年);μi=8760/MTTRi为 元 件i与 停 运 相 关 的 修 复 率 (修 复 次 数 /年 );M T T R i为元件i的平均停运时间(h/次);fi为元件i的平均停运频率(停运次数/年)。在实际计算中,fi和MTTRi均可由历史统计数据获得,λi由式(2)经变换后求取:

(3)预想事故分析针对给定状态进行潮流过负荷/节点低电压校验。如果系统存在过负荷线路或低电压节点,则记录该状态为一个失效状态。针对过负荷的线路,调整系统中各发电机的出力以消除过负荷,如仍然存在过负荷的线路,根据各负荷节点潮流灵敏度确定需要削减的负荷量。①计算系统和分项风险指标根据各级负荷水平下分析结果计算风险指标。

①负荷削减概率PLC

其中:Fi是多级负荷模型中第i个负荷水平下系统全部失效状态的集合;NL是负荷水平分级数,由实际负荷数据确定;Ti是第i个负荷水平的时间长度(h);T是负荷曲线的时间期间全长(h),通常为一年。

②期望缺供电量EENS(MW·h/年)

其中,C(s)是状态s的负荷削减量(MW)。

③期望负荷削减频率EFLC(次/年)

其中,m(s)在不考虑降额状态时即为系统元件的总数。

④负荷削减平均持续时间

ADLC(h/次 )

式(4)～(7)适用于各个母线、分区或整个系统的指标计算。对于母线/分区指标,Fi是只涉及到与某一母线/分区负荷削减相对应的系统失效状态集合;对于系统指标,则是与任意母线负荷削减相对应的系统失效状态的集合。

2.2 风险指标计算简化原则

(1)预想事故重数简化

随着预想事故重数(r)的增加,系统枚举状态的规模也急剧增大,严重妨碍了风险指标的有效计算。为此,采取如下简化原则:1）假定位于不同区域的线路故障关联性很小,从而忽略其后果分析,即只考虑位于同区的多条线路同时发生故障;2）对于3重以上事故,假定其发生概率趋近于零,从而可忽略其后果分析,即不再计入风险指标计算当中;3）如果一个r重事故扫描的判定结果为失效状态,则假定与该事故相关的(r+k)重事故扫描的判定结果均为失效状态,且负荷消减量相同,从而忽略其后果分析。

(2)负荷水平等级简化

事实上,在进行多级负荷水平的风险评估时,应针对负荷曲线上的所有负荷水平分别进行分析,再根据负荷水平持续时间进行指标汇总,但负荷水平的多样性将直接导致计算分析规模的扩大。

三、电网规划设计的风险评估应用

首先,在明确的规划设计准则和清晰的规划设计目标指导下进行电网规划设计;其次,根据现有电网进行风险评估后的结果与相关的技术分析以及规划时间跨度内的负荷水平与发电规划,再结合电网运行人员的长期运行经验,提出有针对性地强化电网的有效措施,制定可行的规划设计方案以满足未来电网可靠性要求;最后,借助于风险评估工具对制定的每个规划设计方案进行可靠性预测分析与经济分析,最后依据总的投资成本最小或成本效益比最大的原则确定最佳规划设计方案。

四、结语

本文将风险评估理论与电网的规划设计相结合, 提出了综合电力系统故障发生概率和故障失效后果进行系统风险评估的模型和算法。通过对电网规划设计方案风险指标的计算, 实现了在电网规划设计中量化处理可靠性问题的目标, 进一步完善了传统的电网规划设计方法。

参考文献

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