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,

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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