大电网可靠性评估的指标体系探讨

大电网可靠性评估的指标体系探讨

王　超1,徐　政1,高　鹏2,常　勇1

(1.浙江大学电气学院,杭州310027; 2.南瑞继保电气有限公司,南京211100)

摘要:随着我国电力市场的不断发展、输电网的逐步开放以及独立发电商的出现,传统的大电网可靠性评估指标体系无法满足要求,故应尽快建立新形势下的电网可靠性评估体系。文中在回顾和总结了近年来国内外在建立大电网可靠性评估指标体系方面研究进展,探讨了电力市场条件下可靠性研究的新方向、可靠性指标评价的新标准、最优可靠性对指标体系的新要求及大电网可靠性灵敏度分析等问题,并对该领域的研究进行了展望。

关键词:可靠性;经济性评价;指标体系;算法;灵敏度分析;电力市场;大电网

中图分类号:T M732 文献标识码:A 文章编号:1003-8930(2007)01-0042-07

Reliability Index Framework for Reliability

Evaluation of Bulk Power System

WANG Chao1,XU Zheng1,GA O Peng2,CHANG Yong1

(1.College of Electrical Eng ineer ing,Zhejiang U niversity,H angzho u310027,China;

2.N ar i Relays Electric Co Ltd,Nanjing211100,China)

Abstract:W ith the dev elo pm ent o f pow er mar ket,ex oter ic gr id-net and the a ppeara nce of independent pow er g ener ation co mpanies,mo re and mor e new pr oblems come up co ntinuously.A s a result,the tr aditio nal r eliability index f ramew or k can no lo nger meet t hese new r equir ements.So a new reliabilit y index fr amewo rk need to be established as quickly as possible.In this paper,the resear ch o n the development of bulk pow er system reliability index fram ewo rk is r ev iew ed at fir st,then the new trend o f r eliability r esearch under pow er mar ket,new ev aluat ion criterion on reliability index,new demand o n index framew or k given by optimum r eliability,bulk pow er sy stem reliability assessment based on sensitiv ity analysis ar e discussed.A nd a pro spect o n t he r esearch in this field is presented in the end.

Key words:r eliability;economic evaluatio n;index framew or k;a lg or ithms;sensitivity analysis;pow er mar ket;bulk pow er system

1　前言

我国电网已进入跨大区互联、特高压交直流混合输电时期,系统规模的不断扩大使停电可能造成的损失越来越大。研究表明,可靠性与经济性并非两个独立的指标,二者结合应用于电力系统可取得显著的经济效益[1,2]。

大电力系统可靠性评估经过国内外学者近三十年的研究,已取得了一些成果[3～7]。然而电力市场的不断发展、输电网的逐步开放以及独立发电商的出现导致新问题、新需求不断产生,传统的指标体系已无法满足市场要求,必须尽快建立适合我国当前大电网可靠性评估的新指标体系。

大电力系统可靠性分析包括充裕度与安全性两方面。充裕度从静态角度出发,评价系统持续供给用户总电能需求的能力;安全性则从暂态角度出发,评价系统承受突然扰动后仍能保持稳定的能力。传统的可靠性分析主要指充裕度分析,这也是本文探讨的主要内容。

第19卷第1期2007年2月

电力系统及其自动化学报

Pr oceedings o f the CSU-EPSA

Vo l.19N o.1

F eb.　2007

收稿日期:2006-01-16;修回日期:2006-03-27

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50277034)

2　基于传统可靠性理论的指标体系

传统的充裕度指标体系已较成熟,指标体系可分为负荷点指标和系统指标两类。前者针对具体负荷点而言,表征故障的局部影响;后者针对系统而言,从全局衡量故障对整个系统的影响。系统指标又分为基本指标和导出指标,导出指标具有标幺意义,可用于不同规模系统之间的相互比较。表1是传统可靠性理论的指标体系及其对应算法,所有公式适用负荷点指标和系统指标。

可靠性指标的算法主要有解析法和模拟法。前者一般以状态枚举法[8]为基础,后者则多采用元件状态抽样方法[9]。随着电网日趋复杂及所考虑问题相关程度的不断增强,模拟法具有更大的优势[10]。

表1　基于传统可靠性理论的大电力系统可靠性指标体系Tab.1　Reliability index framework f or bulk power system based on traditional reliability theory

指标

计算公式

解析法模拟法

LOL P (切负荷概率)L OLP=

i∈F

p i LOL P=

i∈F

t i

T

LOL F (切负荷频率)L OLF=

i∈F

f i LOL F=8760

T

N

LOL E

(切负荷期望值)

LOL E=8760×L OLP

L OLD

(每次切负荷持续时间)L OLD=

LOL E

L OLF

ELC

(负荷切除期望值)EL C=

i∈F

f i×D N S i EL C=8760

T

i∈F

C i

EDNS

(电力不足期望值)EDNS=

i∈F

p i×DN S i EDNS=

1

T

i∈F

C i t i

EENS

(电量不足期望值)EEN S=

i∈F

f i×D N S i×t i EENS=8760

T i∈F C i t i

A DN S

(每次负荷切除值)A DN S=

EL C

L OLF

BP II

(系统切除电力指标)BPII=

EL C

L

BPECI

(系统切除电量指标)BP ECI=

EENS

L

SI

(停电影响的严重性指标)

SI=60×BPECI

表1中各参数的含义如下:

i为一个具体的系统状态,由于解析法和模拟法生成系统状态的机理不同,两种方法中i的含义也是不同的;

F为解析法或模拟法中有切负荷的系统状态集合;

t i为解析法或模拟法中状态i的持续时间,单位为小时;

p i为解析法中状态i的概率;

f i为解析法中状态i的转移频率,单位为次/年;

DN S i为解析法中状态i的切负荷量,单位为M W;

N为模拟法中有切负荷的状态数;

C i为模拟法中状态i的切负荷量,单位为M W。

SI为停电影响的严重性指标(system sev er ity index),用系统分来度量,一个系统分相当于在峰荷时全系统停电1min。1996年IEEE大电力系统可靠性工作小组根据SI的大小将停电影响的严重级别分成了5个等级[11]。严重程度级别越高,说明系统承受故障的能力越差,即可靠性水平越低。SI 还可用于不同规模系统之间的相互比较。随着我国电网规模的不断扩大以及对可靠性问题的日益重视,SI指标将得到更为广泛的应用。

上述指标的不足是没有合理地考虑经济因素。目前我国正处于电力市场改革当中,原有的可靠性指标体系不能满足市场要求。研究建立电力市场环境下,新的可靠性指标体系是当务之急。

3　市场环境下的可靠性指标体系

3.1　市场环境下可靠性研究的新方向

将可靠性与经济性结合起来考虑,揭示系统可靠性背后所隐含的经济意义是一项意义重大的课题,该课题的第一步是可靠性费用的计算问题。

文献[12]提出了用户停电损失函数CDF(custo mer damage function)的概念,并给出了基于CDF的可靠性价值评估方法,通过该方法可以计算出系统总的停电费用。文献[13]提出利用VOLL(value of lost load)法来估计失负荷价值,该方法可以考虑各类不同负荷对经济费用影响的差异,其准确性较CDF法更高且更实用。VOLL 法在一些欧洲国家还被用来计算电力市场的购买电价。文献[14]综述了英国、智利以及瑞典在停电损失评估中所采用的一些具体方法,认为目前各国在经济评估方法及所采用的指标上仍存在很多差异,迫切需要建立一个统一的指标体系。

我国学者在可靠性费用的计算方面做了大量工作,并提出了许多适用于我国的停电损失评估方法与可靠性指标。文献[5]介绍了“平均电价折算倍数法”,它将停电损失费用当时的平均电价乘以折算倍数来表示。该方法可用来对停电损失进行粗略估计,具有一定的实用价值。但平均电价与折算

・

43

・

第19卷第1期 王　超等:大电网可靠性评估的指标体系探讨