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      基于電網調度操作全過程的動態(tài)N-1風險評估技術分析

      2021-09-02 12:00:14
      科海故事博覽 2021年13期
      關鍵詞:調度電網負荷

      黃 潔

      (國網湖南省電力有限公司湘西供電分公司,湖南湘西 416000)

      1 電網調度操作風險評估框架

      調度操作全過程風險包括:其一,如果調度操作開關操作失敗,會導致電網風險的出現,比如關聯母線故障導致的母線欠壓;其二,執(zhí)行調度方案后,系統N-1 故障導致的運行風險;其三,執(zhí)行調度方案之后長時間運行目標網絡,電網存在潮流越限、電壓越限等風險。后兩者為成功調度操作后的電網運行風險,要共同考慮,文中對風險評估過程中發(fā)生故障概率與損失進行考慮。基于××電網運行經驗與技術需求,設計調度操作過程中風險評估框架如圖1 所示[1]。

      圖1 調度操作過程中風險評估框架

      故障分析還要對電網運行過程中及開關操作失敗導致出現的N-1 故障風險進行考慮,具體為:

      其一,調度方案運行風險。在調度目標完成之后,電網運行風險評估主要包括:電網N-1 故障后的運行風險,要全面分析N-1 故障的損失、概率和潮流;電網是否出現設備重載、電壓越限、潮流越限等風險。

      其二,刀閘與斷路器操作失敗的故障導致開關操作全過程風險,在對調度方案開關操作序列執(zhí)行的過程中,如果操作出現故障就會導致電網出現風險,所以要對每步操作的失敗概率與關聯母線故障進行分析,以此定量評估操作失敗導致的電網損失[2]。對于指定的調度方案,假如能夠使開關操作序列順利執(zhí)行,表示達成調度目標;相反,在任何開關操作出現關聯母線故障或者拒動時,工作人員將停止后續(xù)操作,無法完成預定調度目標,因為每步調度操作成功和后續(xù)執(zhí)行相關。文中使用狀態(tài)轉移矩陣創(chuàng)建非記憶性狀態(tài)序列模型,并且對各操作故障場景中潮流分布、電網拓撲與故障損失進行分析,之后,通過故障損失與概率對開關操作流程風險進行計算。

      其三,為了對調度操作全過程風險進行綜合考慮,首先,要對電網運行與開關操作導致的后果嚴重度指標進行統一,文中將潮流越限、負荷損失、設備重載、電壓越限等作為指標[3]。

      2 設備故障時變概率模型

      暴露型設備故障模型。文中充分考慮天氣原因導致暴露型設備故障,首先,通過歷史統計數據實現暴露型設備時變故障模型的創(chuàng)建,瞬時狀態(tài)概率方程為:

      式中,Pi(t)為t 時間在i 狀態(tài)中的瞬時概率,μ(t)為故障狀態(tài)到運行轉移速率函數,λ(t)為運行狀態(tài)到故障轉移率函數[4]。

      表1 為天氣類型分類,不同天氣所對應設備出現故障停運次數比例公式:

      表1 天氣類型分類

      Wi 為i 天氣狀態(tài)下出現故障比例,T 與λ0 表示全部天氣狀態(tài)持續(xù)總時間和歷史統計平均故障率,λi 與Ti 表示i天氣狀態(tài)下平均故障率與持續(xù)時間。

      已知設備故障率計算公式如式(3)所示:

      式中i 為考慮時間天氣情況時,通過歷史數據統計中得到Wi、T、Ti 與λ0。

      3 算例分析

      利用IEEE-RTS 測試系統對文中方法進行驗證,分析電網歷史數據,設置調度操作成功率與失敗率分別為0.98、0.02,表2 為開關與刀閘故障導致失敗操作幾率,其中的1~23 為各線路,24 為母線[5]。

      以綜合調度為例,假如因為某原因線路要通過上述模型計算風險,得出風險指標為27.56、14.36、1.35。以此表示具有較大的電壓越限風險,所以要提請調度員在操作執(zhí)行過程中實現電壓預控措施的制定。

      3.1 操作風險分析

      因為線路側刀閘的中斷為不帶電操作,并沒有操作風險,操作風險為母線側刀閘與開關操作。針對電壓越限風險指標RU 與支路過載風險指標RO,表2 中的1、4 步風險比2、5 步大。第1 步開關爆炸和第4 步刀閘瓷瓶斷裂會使母線15 失壓,將與其相連接的設備切除。母線15 失壓切除設備比母線24 要多,提高了對潮流的影響,所以存在高風險。母線15 和負荷連接,那么導致的母線失壓會降低負荷。所以,整體調度中要注意第1 步和第4 步的風險,從而使系統能夠穩(wěn)定安全的運行[6]。

      表2 開關與刀閘故障導致失敗操作幾率

      3.2 操作風險來源

      因為操作成功或失敗后發(fā)展狀態(tài)導致調度操作風險,對于線路15~24 從運行到冷備操作,表3 為操作風險來源。

      通過表3 可以看出來,潮流與電壓越限風險為正常的操作狀態(tài),也就是正常操作之后系統的高風險,因為操作失敗會導致出現負荷削減。

      表3 操作風險來源

      其實,操作失敗與成功之后的發(fā)展狀態(tài),對于導致系統電壓越限與支路過載比操作成功的指標大,但是發(fā)生概率比較小,所以總指標占比小。針對負荷削減風險指標,在失敗操作極端情況中會導致母線失壓,從而削減負荷,所以操作失敗會出現負荷削減。

      3.3 開關操作風險

      (1)將母聯開關合上,如果此操作拒動,將停止后續(xù)操作,不會改變原本的電網結構;如果此操作開關爆炸,母線失壓,后續(xù)操作停止,則全站失壓。

      (2)斷開電站開關,導致拒動失敗和開關爆炸,拒動停止后續(xù)操作,電站環(huán)網運行,也就是第一個操作后的電網狀態(tài),爆炸會導致電站全站失壓。

      實際調度操作會更加復雜,為了避免電網合環(huán)運行,撤銷步驟1。為了使電網狀態(tài)空間降低,文中只是執(zhí)行調度方案到目標的過程,對調度單項序列失敗導致的損失考慮,忽視后續(xù)風險處理?;趯嶋H電網風險的定級規(guī)則,設置220kV 負荷損失指標重要程度為5,設置110kV 負荷重要性程度為1。

      4 結語

      文中提出對調度操作全過程考慮的動態(tài)N-1風險評估技術框架,分析開關操作和目標電網N-1 故障導致的關聯母線N-1風險。此風險評估技術被應用到實際供電局中,提供穩(wěn)定運行階段與貫穿開關操作量化風險值,能夠使調度員對最終調度方案作出選擇。

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