输电网规划方案的可靠性评估研究

第38卷 第12期2010年12
月
V o.l38 N o.12
D ec. 2010输电网规划方案的可靠性评估研究
刘传铨,顾金弟,吴旭鹏,刘竹杰,顾余锋,刘 君
(上海市电力公司松江供电分公司,上海 201600)
摘 要:研究了输电网规划方案供电可靠性评估,在传统方法的基础上扩展了电网供电可靠性评估准则,重点研究了重要变电站故障、母线和同杆双回线共模故障以及外来电电量变化对电网供电可靠性的影响。

在扩展供电可靠性评估准则下建立了定量分析计算的模型,并研究了模型的求解方法。

最后,应用所研究的成果,对2010年华东某地区城市220k V~500k V输电网规划方案的安全可靠性进行了评估,分析存在的薄弱环节,为规划方案的进一步修订提供依据。

关键词:输电网规划;可靠性评估;电网状态
作者简介:刘传铨(1984 ),男,调度员,硕士研究生,研究方向为电力系统规划与可靠性。

中图分类号:TM732 文献标志码:A 文章编号:1001 9529(2010)12 1883 05
R esearch on R eli a bility A ssess m ent of Trans m ission N et w ork P lanning Sche m e LIU C H uan quan1,GU J in d i,W U X u p eng,LIU Z H u jie,GU Yu feng,LIU Jun
(Song ji ang Pow er Supply Co m pany of S M EPC,Shangha i201600,Ch i na)
Abstrac t:T he pow er supp l y re li ability assess ment of trans m ission ne t w ork planning sche m e w as researched.Based on the trad iti ona lm ethods,t he re liab ilit y ev al uation c riter i ons of po w er net w ork supp l y w ere ex tended and t he e ffects o f i m po rtant substati on conti ngency,comm on m ode net work li ne conti ngency and t he change o f out s upp l y pow er energy on the reli ab ility o f pow er net wo rk were a l so researched.T he m ode l s of quantita ti ve ana l ys i s and ca l culation we re es tab lished i n t he ex tended crite ri ons of t he reli ability evalua ti on o f t he powe r ne t w ork supply,and the so l utions o f these m ode l s were researched.F i nall y,t he re liab ilit y o f t he som e city o f East Ch i na area2010220kV~500k V trans m is s i on net wo rk planni ng sche m e was evalua ted based on the research ach i eve m ent.T he w eak area of the ne t w ork was found,w hich prov i ded a re ference for t he f urther rev isi on of net wo rk p lann i ng sche m e.
K ey word s:trans m issi on net wo rk;re li ability assess m ent;gr i d state
在输电网规划[1,2]方案的制订过程中,通过对电网规划方案进行供电可靠性评估,可以定量得到电网供电可靠性指标,有利于找出薄弱环节,为规划方案的修订提供科学决策依据。

但是在实际工程中,在对输电网规划方案进行评估时,主要考虑的还仅是电网在正常运行以及发生N-1情况下的供电充裕性问题,N-1校验准则中的 1通常也仅指线路或者变压器,并且没有考虑规划的电网投运后在实际运行中发生各种故障的随机性,缺少概率评估手段,如此可能难以真正得出技术经济上合理的电网规划方案。

随着社会对电网供电安全可靠性要求的不断提高,以及通过对历史上国内外电网曾经发生的一些重大停电事故的分析,使得现在对电网规划方案的N-1校验不应再仅满足对1条线路或者1台变压器停运后的充裕性分析,而是应该扩展到包括失去1条母线、1台发电机、甚至一个重要变电站的充裕性分析,以及检修方式下的N-1甚至N-k时的充裕性分析。

本文着重研究了输电网规划方案供电可靠性评估的研究过程中可靠性指标计算、扩展的N-1评估准则、设备的可靠性模型。

在此基础上改进了已有软件包的相关模块,通过对华东某城市规划的电网进行可靠性分析计算,说明本文提出方法的有效性和实用性。

1 输电网供电可靠性扩展的N-1评估准则
电网状态是由各电气设备的不同状态组合而成的。

由于电气设备的状态一般有两种或两种以上,而电网中的设备又非常多,因此整个电网状态的组合非常巨大。

在对输电网规划方案进行评估时,如果对电网的每种状态都加以考虑不现实的,
18842010,38(
12)
也没必要。

例如,多条线路同时故障或多台发电机同时故障停运事件的发生概率几乎接近于零,可以不予以考虑,这既能满足计算精度要求,又可大大缩短计算时间。

对电网规划方案进行供电可靠性评估的准则一般是采取所谓的N -1准则,即当电网中1台设备停运时,不能影响向用户供电,不应出现设备过载现象。

传统上,电力部门在应用N -1准则时,仅考虑输电线路或变压器的N -1,但实际上,现在对电网供电可靠性的评估不能再仅满足对1条线路或者1台变压器停运后的充裕性分析,而应该扩展到包括失去1条母线、1台发电机、甚至1个重要变电站的充裕性分析,以及检修方式下的N -1甚至N -k 时的充裕性分析。

本文在传统的N -1评估准则基础上扩展考虑如下的停运状态:1台设备检修情况下另1台设备又发生故障停运;同杆双回线共模故障停运;1条母线故障停运;1座重要变电站故障停运;1台发电机故障停运;2台变压器故障停运;2条线路故障停运(包括独立停运、共同模式停运、相关停运)。

采用如下的可靠性评估准则:
(1)1条线路或者1台变压器故障停运时,电网中没有发生负荷停电情况;
(2)2条线路或者2台变压器故障停运时,电网中没有发生负荷停电情况;
(3)1条线路或1台变压器处于计划检修状态的同时,另外1条线路或1台变压器发生故障停运,电网中没有发生负荷停电情况;
(4)1条母线故障停运时,电网中没有发生负荷停电情况;
(5)1座重要变电站停运时,电网中没有发生负荷停电情况;
(6)1台发电机故障停运时,电网中没有发生负荷停电情况。

2 电气设备的可靠性模型
2.1 开关设备的故障后果分析
根据故障后果分析,断路器与隔离开关的故障停运与其所作用的设备故障停运之间构成 或 的逻辑关系。

因此,在线路或变压器支路的可靠性建模过程中,对于支路上的断路器和隔离开关故障后果不再作单独处理,而是将其故障率和修复率等值到相应的线路、变压器或母线上。

其等值方法如下。

在图1所示的典型支路中,支路由2个断路器和4
个隔离开关以及线路或变压器所组成。

图1 线路(或变压器)支路示意图
根据故障后果分析,支路的等值故障率为 线路或变压器支路等值= 线路或变压器+4 隔离开关误动+2 隔离开关短路+2 断路器误动
(1)
母线等值
= 母线+n 隔离开关短路+n 断路器短路
(2)
式中 n !!!与母线相连的开关数。

2.2 线路的可靠性模型
输电线路的故障停运事件可能是相关的,也可能是独立的,在应用马尔柯夫过程建模时应区分考虑。

(1)单回线路
对于单回线路,采用如文献[3]的模型。

(2)多条独立停运的线路
对于多条线路,若各线路发生故障停运的事件是相互独立的,则多条线路故障状态概率就等于各线路故障状态概率之积。

(3)计及共模故障停运和相关故障停运的双回线路
在输电网可靠性指标计算中,为简便起见,通常只考虑输电设备的独立故障停运事件对电网供电可靠性的影响,但结果有时会与实际有较大出入,因为在输电网运行过程中所发生的设备故障停运事件有时是不独立的,如设备的共同模式停运事件和相关故障停运事件。

计及设备独立停运、共模故障停运和相关停运的双回输电线路状态模型建立过程参见文献[4,5]。

从中计算出来的各个状态概率结果可以看出,每个状态的概率不仅与双回线路独立停运故障率和修复率有关,而且与共模式故障停运的故障率和修复率以及相关故障停运的故障率和修复率有关。

因此,在这些情况下应该把双回输电线路看成是一个具有多个状态的设备,在计算可靠性指标时应把它与其余设备分别进行处理。

在系统可靠性指标计算中,将对应于上述状态的概率代入相关的计算公式中即可。

2.3 母线和变电站的可靠性模型
通常,母线故障将导致连接于其上的所有设
刘传铨,等 输电网规划方案的可靠性评估研究1885
备同时停运,这类故障停运也属于相关故障停运事件。

对于这类故障停运事件,本文采用故障树分析方法(FTRE )来进行分析母线的可靠性模型,并重点考虑母线侧断路器和隔离开关短路故障与母线之间的停运关系。

此外,本文建立变电站可靠性模型中,将变电站等效成包含多条母线的集合。

对于故障停运的考虑方式与一条母线方法类似,只是在设备组合的考虑上更为复杂。

当一座重要变电站故障停运后,不但变电站自身的负荷将失去,而且还可能会影响到与该变电站相连的其它站点的负荷,这时需要考虑能否通过站与站之间的负荷转移来减少负荷的失去。

本文采用深度优先搜索法[6]
来求
解变电站负荷的转移模型。

以图2为例来分析该
算法的求解过程。

图2 变电站故障模型示意图
假设在图2中,由9、10、11、12号母线节点组成的变电站A 故障停运。

通过深度优先搜索法
得出9、10、11、12、13、15、33以及35号母线节点组成了一个小孤岛。

孤岛上的总负荷为867MW,其中A 变电站的负荷为246MW,13号母线节点的负荷为229MW,15号母线节点的负荷为189MW,33号母线节点的负荷为157MW,35号母线节点的负荷为46MW,孤岛上的发电机出力为0MW (无发电厂)。

负荷转移步骤与算法如下:
(1)搜索到33号母线的母联断路器以及45号母线,由于与45号母线相连的线路线型为LG J 400∀2,最大的传输容量为490MW,而45号母线的负荷为82MW,所以33号母线节点上的157MW 负荷可以全部转移到45号母线节点上。

(2)搜索到35号母线的母联断路器以及49号母线,由于与49号母线节点相连的线路的线型为LG J 400,最大的传输容量为290MW,而49号母线的负荷为47MW,所以35号母线节点上的46MW 负荷可以全部转移到49号母线节点上。

(3)搜索到15号母线的母联断路器以及53号母线,由于与53号母线相连的线路线型为CYZQ 845,最大的传输容量为190MW,而53号母线的负荷为95MW,所以15号母线节点上的负荷只能够转移190-95=95MW,另外还有189-95=94MW 的负荷无法转移,必须切除。

(4)搜索到13号母线的母联断路器以及14号母线,由于与14号母线节点相连的线路线型为CYZQ 845,最大传输容量为190MW,而14号母线节点的负荷为92MW,所以13号母线节点上的负荷只能转移190-92=98MW,另外还有229-98=13的负荷无法转移,必须切除。

(5)通过负荷转移后,还要失去的负荷为A 变电站的246MW +15号母线上的94MW +13号母线上的131MW =471MW 。

2.4 发电机和外来电的停运模型
在本文研究中,将电网系统外部来电等值为有一定出力的发电机。

对发电机及等值发电机只考虑正常和故障两种状态。

对于外来电的故障率和修复率,则可以根据外来电输电线路的故障率和修复率确定。

对外来电的处理方式是将外来电等值成为几
个500kV 的发电厂节点来处理的,对外来电接入电量改变的处理等效为改变(增大或者减小)等值发电厂的出力,并且相应的按照本地电厂出力水平的比例来改变(减小或者增大)本地电厂的出力。

假设华东某地外来电等值电厂G 1,G 2,G 3,#,G n 的输出有功改变了P 0,而该地的本地电厂额定输出有功为P 1,P 2,P 3,#,P m ,则本地第k 所电厂改变的有功功率
P k =P 0∀[P k /∃m
i=1P i ]
在确定外来电送电量改变对本地电厂出力的影响之后,再重新调用潮流计算模块进行潮流分布计算,分析是否存在线路过载的现象。

3 输电网可靠性计算流程
利用本文上述研究的内容基础上改进了课题组开发的软件包的相关模块,评估输电网规划方案供电可靠性指标计算流程如图3所示。

其中的N -1故障包括1条线路或者1台变压器故障停运。

N -2故障包括(1)1条线路或1台变压器处
18862010,38(
12)
于计划检修状态的同时,另外1条线路或1台变压器发生故障停运;(2)2台变压器故障停运;(3)2条线路故障停运(包括独立故障停运、共同模式故障停运、相关故障停运)。

图3 电网可靠性计算流程
表1 不同可靠性准则下输电网规划方案的可靠性指标
可靠性准则
供电可靠率/%LOLP LOLE /h %a -1LOLF /次%a -1
平均停电时间
/h %次-1EENS
/(MW %h )%a -1
199.9998030.0000020.0100280.00020050.18591910.306252299.9988730.0000110.0574810.000564101.8490063.161698399.9988310.0000120.0596180.00320718.5873725.614478499.9971590.0000280.1448980.00543826.646781136.001753599.9982100.0000160.0932700.00615016.1658540.3471086
99.999829
0.000002
0.008735
0.000252
34.722110
1.072247
4 算例分析
华东某城市规划年电网最高负荷水平达260000MW 。

该电网中有500kV 变电站13座,220kV 变电站151座。

电网以500kV 变电站为核心,分为13大区域:分区1、分区2、分区3、分区4、分区5、分区6、分区7、分区8、分区9、分区10、
分区11、分区12和分区13。

正常方式下区域之间相互独立,遇联络变压器或关键母线停役时,实施相邻区域联络。

利用本文研究的内容,改进了相关软件包,对华东某城市输电网规划方案中的500kV 和220k V 部分,分别按照如下不同的可靠性评价准则进
行供电可靠性评估。

可靠性准则:
(1)电网中除母线及变电站220kV 主变压器以外的任意1台电气设备故障停运后,电网中
没有负荷而因此停电。

(2)变电站任意1台220kV 变压器故障停运后,电网中没有负荷而因此停电。

(3)变电站1段母线故障停运后,电网中没有负荷因此而停电。

(4)电网中1个电源点故障停运后,电网中没有负荷因此停电。

(5)电网中除母线及220kV 主变压器以外的任意2台电气设备同时或相继故障停运或1台电气设备处于计划检修停运中另外1台设备又故障停运,电网中没有负荷而因此停电。

(6)变电站任意2台220kV 主变压器同时或相继故障停运或1台处于计划检修停运中另1台又故障停运,电网中没有负荷而因此停电。

在不同可靠性准则下的可靠性评估结果如表1所示。

表2列出了在可靠性准则1下停电量较大的故障事件。

表2 在可靠性准则1下停电量较大的故障事件
停运支路电量不足期望/(MW %h)%a -1系统切负荷量/MW 系统故障概率/%
支路13.1861818.89000.0000045支路20.0393236.43600.0000036支路30.0300117.03600.0000034支路40.0214105.33100.0000036支路50.020690.00000.0000036支路60.0202199.00000.000016支路70.013790.00000.000016支路8
0.0134
100.5000
0.005001
从可靠性评估的结果可以看出,华东某城市电网的供电可靠性相当好。

电网中的220kV 电
网部分比较坚固,2条线路同时停运一般不会造成切负荷。

对于一些负荷比较大的终端站,进线
第38卷 第12期2010年12
月
V o.l38 N o.12
D ec. 2010电力光纤到户典型设计分析
葛剑飞,陈 瑜
(上海市电力公司信息通信中心,上海 200030)
摘 要:电力光纤到户是智能电网建设的一个技术支撑。

由于各地小区电力一次线结构不尽相同,为指导上海地区电力光纤到户的工作,结合上海电力的实际情况制定电力光纤到户通信典型设计方案,包括电力光纤到户光缆拓扑结构方案、不同安全分区的通信设备的典型设计。

关键词:电力光纤到户;智能电网;典型设计
作者简介:葛剑飞(1965 ),男,高级工程师,从事电力信息通信工作。

中图分类号:TN913.7 文献标志码:B 文章编号:1001 9529(2010)12 1887 04
Analysis on TypicalD esign of Pow er F iber to H o m e
GE J ian f ei,C H EN Yu
(ICT C enter,S M EPC,Shangha,i200030Chi na)
Abstrac t:T he pow er fi ber to the ho m e(PFTTH)is a techn ica l support o f s ma rt g rid constructi on.Because the e lec tr i c pow er pr i m ary lines structure is quite different bet w een var i ous co mm un iti es,i n o rder to gu i de the PFTTH pro j ect in Shangha i district,the typ i ca l co mmunicati on desi gn sche m e of t he PFTTH w as m ade co m bi ned w ith the actual situ a ti on o f Shangha i e lectr i c powe r,incl udi ng the topo l og ical structure sche m e of t he PFTTH optica l fi ber cables and the typica l des i gns of t he co mmunicati on equip m ents i n dispa rate secur ity div i sions.
K ey word s:PFTTH;s ma rt grid;typ i ca l desi gn
甚至多于2条,2条进线故障后也可通过其他线路获得出力,必要时候还可以通过改变这些变电站的运行方式进行分区间潮流传送。

但是由于规划年该城市电网的最高总负荷量高达26000MW,需要通过500kV环网从城市外部大量受电,对外来电的依赖非常严重,该城市电网外来电比例将达40%左右,相对于26000MW 的基数来说,受电量是非常巨大的,这是电网中的主要薄弱环节。

一旦外来电输电线路发生故障停运,对该城市电网将造成非常严重的后果。

因此,保证外来电供电渠道的安全尤其是在夏季用电高峰时期,对于保证该城市电网的供电可靠性是非常关键的。

参考文献:
[1]王锡凡.电力系统优化规划[M].北京:水利电力出版
社,1990.
[2]程浩忠,张 焰.电力网络规划的方法与应用[M].上
海:上海科学技术出版社,2002.
[3]赵 渊,周家启,周念成.大电力系统可靠性评估的解析
计算模型[J].中国电机工程学报,2006,26(5):19 25. [4]王 韶,周家启.计及输电线路相关停运的大电网可靠性
评估[J].重庆大学学报,2005,28(03):30 34.
[5]任 震,梁振升,黄雯莹.考虑相关故障的双回输电线路
可靠性评估[J].电力自动化设备,2005,25(6):14 16. [6]邱 生,张 焰,徐 洋.复杂配电网的供电可靠性定量
评估[J].上海交通大学学报,2005,39(12):2079 2087.
收稿日期:2010 10 13
本文编辑:杨林青
智能电网的建设涉及发、送、变、配、用、调度各个环节,上海市电力公司原有覆盖至35kV变电站的通信网络将延伸到用户侧即380V低压侧,实现居民小区智能电表的集抄。

同时还解决10kV开关站、街坊站、箱变的自动化装置的数据采集及相关的负荷测录、电度量等数据的传输。

光纤到户光纤通信网络覆盖35kV变电站及以下各类10kV配电站、居民用户小区,负责传送安全1区的配网自动化业务、安全4区的电能量采集业务、负荷测录业务、智能电表等业务。

并在。