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配網(wǎng)運(yùn)行綜合量化評(píng)價(jià)體系的研究與應(yīng)用

沈 輝1,2,趙時(shí)樺3,劉傳銓3,連鴻波3,衣 濤1,謝 寧1

(1.上海交通大學(xué),上海200240;2.上海市電力公司青浦供電公司,上海201700;3.上海市電力公司松江供電公司,上海201600)

摘 要:借鑒常規(guī)的配網(wǎng)運(yùn)行方式評(píng)估指標(biāo),提出了基于SCADA/ EMS的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估指標(biāo),從供電能力、供電質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性三大方面建立了針對(duì)地區(qū)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。再與常規(guī)的針對(duì)運(yùn)行方式的評(píng)估指標(biāo)一起,組成了配電網(wǎng)運(yùn)行綜合量化評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)體系可以從運(yùn)行方式和實(shí)時(shí)狀態(tài)兩個(gè)角度對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行總體評(píng)估,為調(diào)度運(yùn)行人員提供輔助決策。關(guān)鍵詞:運(yùn)行方式;實(shí)時(shí)運(yùn)行;綜合量化;評(píng)價(jià)體系

0　引 言

隨著地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模與調(diào)管設(shè)備快速增多,調(diào)度運(yùn)行人員對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀況掌握程度不斷下降。同時(shí),雖然目前的EMS系統(tǒng)可以為調(diào)度運(yùn)行人員提供諸如設(shè)備重載/過(guò)載、N-1計(jì)算、負(fù)荷轉(zhuǎn)供計(jì)算等分析手段,但這些都只是從某個(gè)側(cè)面對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,調(diào)度員難以對(duì)配網(wǎng)整體運(yùn)行情況做出準(zhǔn)確而快速的判斷。

另一方面,對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行方式的評(píng)估研究已經(jīng)比較成熟,通常從安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算分析,通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)估運(yùn)行方式的科學(xué)性和合理性[1-6]。但是這些評(píng)估僅僅是針對(duì)固定的運(yùn)行方式,無(wú)法做到對(duì)配網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估。其中,文獻(xiàn)[5]針對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行方式建立了包括電網(wǎng)安全性、供電可靠性、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、操作復(fù)雜度以及檢修方式合理性等六個(gè)方面的綜合指標(biāo)體系;文獻(xiàn)[6]根據(jù)中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn),參考供電行業(yè)同業(yè)對(duì)標(biāo)體系中采用的指標(biāo),從配電網(wǎng)的供電能力、供電可靠性、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性及其充裕性5個(gè)方面對(duì)中壓配電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià),并采用量化指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。

綜上,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電網(wǎng)的量化評(píng)價(jià)體系研究基本上包括供電能力評(píng)估、供電可靠性評(píng)估、供電質(zhì)量評(píng)估、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估、充裕性評(píng)估等幾個(gè)方面。但這些評(píng)估體系都是針對(duì)運(yùn)行方式或規(guī)劃網(wǎng)絡(luò),所依據(jù)的數(shù)據(jù)一般都是典型時(shí)刻的斷面值或者一段時(shí)間的平均值。

本文則將綜合評(píng)價(jià)體系重點(diǎn)放在調(diào)度運(yùn)行上,著重對(duì)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,提出了針對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況給出量化評(píng)估,使調(diào)度運(yùn)行人員能夠快速掌握電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)與健康程度,提高配網(wǎng)精細(xì)化調(diào)度水平。將實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估指標(biāo)與運(yùn)行方式的評(píng)估指標(biāo)綜合起來(lái),構(gòu)建了對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的綜合量化評(píng)價(jià)體系。

1　配網(wǎng)運(yùn)行綜合量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文將綜合量化評(píng)價(jià)體系分為兩大部分,一部分是針對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估,所依據(jù)的數(shù)據(jù)是當(dāng)前電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù);另一部分是針對(duì)運(yùn)行方式的評(píng)估,所依據(jù)的數(shù)據(jù)是歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)(如過(guò)去一年的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。每個(gè)部分的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系又分為三層,自下而上依次為具體指標(biāo)、分類指標(biāo)和綜合指標(biāo)。

在進(jìn)行具體指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí),綜合考慮了調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)的來(lái)源、統(tǒng)計(jì)方式等因素,選取了既簡(jiǎn)單實(shí)用、又能準(zhǔn)確反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的特征量作為計(jì)算指標(biāo)。各項(xiàng)指標(biāo)均采用百分制進(jìn)行評(píng)分,計(jì)分公式盡量采用線性公式,既直觀反映所評(píng)價(jià)的結(jié)果,又易于驗(yàn)證。另外,考慮到不同電壓等級(jí)的重要程度不同,在進(jìn)行指標(biāo)評(píng)估時(shí)還針對(duì)電壓等級(jí)進(jìn)行了細(xì)分。

1.1 實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)將從供電能力評(píng)估、供電質(zhì)量評(píng)估、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估這三個(gè)方面進(jìn)行分類評(píng)估。其中,供電能力評(píng)估包括設(shè)備負(fù)載率合格率指標(biāo)、設(shè)備N-1合格率指標(biāo)、變電站運(yùn)行方式合格率指標(biāo),供電質(zhì)量評(píng)估包括線路電壓降落合格率指標(biāo)、母線電壓合格率指標(biāo)、主變功率因數(shù)合格率指標(biāo),經(jīng)濟(jì)性評(píng)估包括主變理論線損合格率指標(biāo)、主變負(fù)載均衡度指標(biāo)。

1. 1. 1 供電能力評(píng)估

(1)設(shè)備負(fù)載率合格率指標(biāo)rI-1

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中正在運(yùn)行的主變/線路的負(fù)載率的合格情況。當(dāng)負(fù)載率超過(guò)80%時(shí)視為重載,超過(guò)100%時(shí)視為過(guò)載。

式中,N1表示正在運(yùn)行的220 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù),O1表示重載或過(guò)載的220 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù),N2表示正在運(yùn)行的110 - 35 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù),O2表示重載或過(guò)載的110 - 35 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù)。

(2)設(shè)備N - 1合格率指標(biāo)rI-2

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中正在運(yùn)行的主變/線路的N - 1計(jì)算合格情況。

式中,N1表示正在運(yùn)行的220 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù),O1表示N - 1計(jì)算合格的220 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù),N2表示正在運(yùn)行的110 - 35 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù),O2表示N - 1計(jì)算合格的110 - 35 kV設(shè)備(主變/線路)個(gè)數(shù)。

(3)變電站運(yùn)行方式合格率指標(biāo)rI-3

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中正在運(yùn)行的變電站的運(yùn)行方式滿足安全規(guī)定的比例。

式中,N1表示正在運(yùn)行的220 kV變電站個(gè)數(shù),O1表示運(yùn)行方式滿足安全規(guī)定的220 kV變電站個(gè)數(shù),N2表示正在運(yùn)行的110 - 35 kV變電站個(gè)數(shù),O2表示運(yùn)行方式滿足安全規(guī)定的110 - 35 kV變電站個(gè)數(shù)。

1. 1. 2 供電質(zhì)量評(píng)估

(1)線路電壓降落合格率指標(biāo)rII-1

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中正在運(yùn)行的110 - 35 kV線路電壓降落的合格情況。當(dāng)電壓降落超過(guò)5%時(shí)視為越限。式中,N1表示正在運(yùn)行的線路個(gè)數(shù),O1表示電壓降落合格的線路個(gè)數(shù)。

(2)母線電壓合格率指標(biāo)rII-2

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中各變電站中正在運(yùn)行的中/低壓側(cè)母線的電壓合格情況。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,110 kV母線的電壓合格范圍為- 3% - + 7%,35 - 10 kV母線的電壓合格范圍為0% - + 7%。

式中,N1表示正在運(yùn)行的220 kV變電站中/低壓側(cè)母線個(gè)數(shù),O1表示電壓合格的220 kV變電站中/低壓側(cè)母線個(gè)數(shù),N2表示正在運(yùn)行的110 - 35 kV變電站中/低壓側(cè)母線個(gè)數(shù),O2表示電壓合格的110 - 35 kV變電站中/低壓側(cè)母線個(gè)數(shù)。

(3)主變功率因數(shù)合格率指標(biāo)rII-3

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中正在運(yùn)行的主變低壓側(cè)功率因數(shù)的合格情況。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,220 kV變電站的二次側(cè)功率因數(shù)合格范圍為0. 95 - 0. 98,110 - 35 kV變電站二次側(cè)功率因數(shù)合格范圍為0. 9 - 0. 98。另外,對(duì)于無(wú)功倒送的情況也視為功率因數(shù)不合格。

式中,N1表示正在運(yùn)行的220 kV主變個(gè)數(shù),O1表示功率因數(shù)合格的220 kV主變個(gè)數(shù),N2表示正在運(yùn)行的110 - 35 kV主變個(gè)數(shù),O2表示功率因數(shù)合格的110 - 35 kV主變個(gè)數(shù)。

1. 1. 3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

(1)主變理論線損合格率指標(biāo)rIII-1

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中正在運(yùn)行的主變的理論線損率的合格情況。當(dāng)理論線損率超過(guò)1%時(shí)視為越限。

式中:N1表示正在運(yùn)行的主變個(gè)數(shù),O1表示理論線損率合格的主變個(gè)數(shù)。

(2)主變負(fù)載均衡度指標(biāo)rIII-2

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中各變電站中正在運(yùn)行的主變的負(fù)載均衡程度。負(fù)載率相差30%以內(nèi)視為合格。

式中:N1表示正在運(yùn)行的變電站個(gè)數(shù),O1表示主變負(fù)荷均衡度合格的變電站個(gè)數(shù)。

1.2 運(yùn)行方式評(píng)價(jià)指標(biāo)

運(yùn)行方式指標(biāo)與實(shí)時(shí)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)類似,也從供電能力評(píng)估、供電質(zhì)量評(píng)估、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估這三個(gè)方面進(jìn)行分類評(píng)估。其中,供電能力評(píng)估包括饋線供電半徑合格率指標(biāo)、主變平均最高負(fù)載率指標(biāo)、變電站及用戶站接線方式評(píng)估指標(biāo),供電質(zhì)量評(píng)估包括母線電壓合格率指標(biāo)、主變功率因數(shù)合格率指標(biāo),經(jīng)濟(jì)性評(píng)估包括理論線損率指標(biāo)、主變最佳負(fù)載率指標(biāo)。

1. 2. 1 供電能力評(píng)估

(1)饋線供電半徑合格率指標(biāo)sI-1

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中10 kV饋線供電半徑的合格情況。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,農(nóng)網(wǎng)中10 kV饋線超過(guò)15 km為過(guò)長(zhǎng)。

式中:N1表示饋線總條數(shù),O1表示供電半徑合格的饋線條數(shù)。

(2)主變平均最高負(fù)載率指標(biāo)sI-2

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中主變平均最高負(fù)載率水平。平均最高負(fù)載率是取全年負(fù)荷最高的25天的日最大負(fù)荷的平均值。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,當(dāng)變電站有2臺(tái)主變時(shí),以50%以內(nèi)為合格范圍;當(dāng)變電站有3臺(tái)主變時(shí),以65%以內(nèi)為合格范圍;當(dāng)變電站有4臺(tái)主變時(shí),以72%以內(nèi)為合格范圍。

式中:N1表示220 kV主變個(gè)數(shù),O1表示平均最高負(fù)載率滿足規(guī)定的220 kV主變個(gè)數(shù),N2表示110 - 35 kV變電站個(gè)數(shù),O2表示平均最高負(fù)載率滿足規(guī)定的110 - 35 kV主變個(gè)數(shù)。

(3)變電站及用戶站接線方式評(píng)估指標(biāo)sI-3

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中變電站/用戶站的接線方式的合理性。

式中:N1表示220 kV變電站個(gè)數(shù),O1表示接線方式合格的220 kV變電站個(gè)數(shù),N2表示110 - 35 kV變電站與用戶站個(gè)數(shù),O2表示接線方式合格的110 - 35 kV變電站與用戶站個(gè)數(shù),N3表示10 kV用戶站個(gè)數(shù), O2表示接線方式合格的10 kV用戶站個(gè)數(shù)

1. 2. 2 供電質(zhì)量評(píng)估

(1)母線電壓合格率指標(biāo)sII-1

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中各變電站中低壓側(cè)母線的電壓合格情況。與rII-2不同的是,本指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的是電壓合格的累計(jì)時(shí)間,且停運(yùn)母線或停運(yùn)時(shí)間不計(jì)入統(tǒng)計(jì)范圍。

式中:Sn表示母線n在統(tǒng)計(jì)期間的運(yùn)行時(shí)間,Ai表示220kV母線i在統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)電壓合格的累計(jì)時(shí)間,Bj表示110 - 35 kV母線j在統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)電壓合格的累計(jì)時(shí)間。

(2)主變功率因數(shù)合格率指標(biāo)sII-2

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中各主變低壓側(cè)功率因數(shù)的合格情況。與rII-3不同的是,本指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的是功率因數(shù)合格的累計(jì)時(shí)間,且停運(yùn)主變或停運(yùn)時(shí)間不計(jì)入統(tǒng)計(jì)范圍。

式中:Sn表示主變n在統(tǒng)計(jì)期間的運(yùn)行時(shí)間,Ai表示220 kV主變i在統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)功率因數(shù)合格的累計(jì)時(shí)間,Bj表示110 - 35 kV主變j在統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)功率因數(shù)合格的累計(jì)時(shí)間。

1. 2. 3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

(1)理論線損率指標(biāo)sIII-1

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中的主變/線路的理論線損率水平。

式中,N1表示理論線損率。

(2)主變最佳負(fù)載率指標(biāo)sIII-2

統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)或220 kV片網(wǎng)中的主變的平均負(fù)載率與最佳負(fù)載率之間的偏差情況。

式中:Ai表示主變i的平均負(fù)載率,Bi表示主變i的最佳負(fù)載率。

2　算例分析

本算例采用某地區(qū)電網(wǎng)2013年8月9日13時(shí)35分夏季高峰時(shí)段的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。該電網(wǎng)共68座變電站,127臺(tái)主變,156條線路,運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估綜合得分為88. 0,屬于一般水平。具體評(píng)分如表1所示。

表1　某地區(qū)電網(wǎng)夏季高峰時(shí)段綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3　總 結(jié)

通過(guò)本文研究并建立的配網(wǎng)運(yùn)行綜合量化評(píng)價(jià)體系,調(diào)度員能夠?qū)﹄娋W(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和總體運(yùn)行方式有全面的把控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)存在的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了全局與局部信息的兼顧,提高了調(diào)度員的反應(yīng)速度和決策效率,電網(wǎng)智能化、精細(xì)化調(diào)度水平均得到了提高。

參 考 文 獻(xiàn)

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Research and Application of Comprehensive Quantitative Evaluation System on Distribution Network Operation

SHEN Hui1,2,ZHAO Shi-hua3,LIU Chuan-quan3,LIAN Hong-bo3

(1. Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240;2. Qingpu Power Company of SEPC,Shanghai 201700;3. Songjiang Power Company of SEPC,Shanghai 201600)

Abstract:Regional power grid operation evaluation indices based on SCADA/ EMS are presented,which can quantitatively evaluate the grid by capacity,quality and economy. A comprehensive quantitative evaluation system is constructed by combining the above indices and those for operation mode evaluation. The system can provide an overall assessment on distributed network from both operation mode and running status, and ancillary services to dispatchers.

Key words:Operation mode;Real-time operation;Comprehensive quantitative;Evaluation system

作者簡(jiǎn)介:沈 輝(1984-),男,上海交通大學(xué)工程碩士研究生,助理工程師,主要研究方向:電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行和控制.

收稿日期:2014-12-04

文章編號(hào):1005-2992(2015)02-00048-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

中圖分類號(hào):TM732