电力系统运行可靠性最优控制

电力系统运行可靠性最优控制

.、八、一

前言电力系统运行的可靠性直接关系到电力系统的运行成本，针对电力系统运行可靠性的问题，我们提出了最优控制，最优潮流和安全约束的控制方法，使人们对电力系统运行可靠性的认识提升到了一个新的高度。

二、影响电力系统运行可靠性因素分析主要可以分为两个方面，一是电网设计和运行过程中人的因素，二是电网运行过程中元件的老化和系统运行方式的变化等客观原因引起运行可靠性改变的因素。

人为因素

输电线路塔基设计的好坏直接影响电网运行的可靠性。在电网输电线路的建设周期中，塔基的建设时间占整个线路建设时间的一半以上，其设计的好坏，直接影响到线路的安全性，因此塔基的设计与施工，对电网的运行可靠性息息相关。因此，输电系统设计需要结合实际的地质条件，因地制宜才能保证输电线路的安全、稳定运行，才能提高电网运行的可靠性。

(2)人为故障破坏电网造成电网可靠性降低电力对人们日常生活的作用不言而喻，一些不法分子为了追求一点利益，盗取输电线路和电力设置装置，当作废品谋取一些小的利润，给电网的安全性和可靠性造成重大影响，严重影响了人民的生产生活，给国家造成了巨大的损失。

(3)违章建筑造成输电线路的故障

在许多的乡村，由于安全性意识的薄弱和管理的不足，许多的违规建筑建在输电线路的下方，使输电线路与地面之间的安全距离减少，当遇到下雪冰雹等恶劣天气时，容易发生由于瞬间短路而引起跳闸等事故。此外，在施工过程中建筑触及线路也会造成电网安全运行的隐患。

2.电网自身客观因素影响电网运行可靠性

(1)元件可靠性的高低是影响电网运行可靠性的重要因素电网由一个个元件有机的组成，因此元件的可靠性是电网运行可靠性的根本和基础。电网中元件的逐步老化，负荷的随机波动使系统中的参数超越其可靠性约束，同时计算机软硬件系统、信息通信系统等的老化，会引起控制、保护误动，这些都是影响电网运行可靠性的关键因素。

系统运行状态的变化对电网运行可靠性的影响系统运行可靠性的降低直接表现是发生各种扰动之后的系统运行状态的转变，主要表现在两个方面:

一是负荷的变化，发电机组出力和补偿装置出力的波动，引起了系统运行点的变化，进而引起了网络潮流的变化。

二是继电保护装置的误动、拒动，人为的误操作；自然灾害引起的设备缺失等原因造成系统的潮流进行重新分配，进而对电网运行可靠性造成影响。

三、运行可靠性的特点

随着电力需求的快速发展，主网电压等级越来越高，新线路和新

电厂不断投入运行，电网规模和容量不断扩大，当发、输电设备发生故障时，事故蔓延速度快且事故后果越来越严重，需实时分析电网的运行风险，建立预防控制措施。另外，在电力市场环境下，用户对供电可靠性的要求越来越高，以电价为杠杆，停电电量可直接导致对用户的停电赔偿费用。如何尽快地发现运行风险，避免或减轻停电事故，对电力行业意义重大。基于以上背景，电力系统运行可靠性近来得到了广泛重视。传统在线安全分析算法，搜索故障集合能力有限，很难分析复杂故障和连锁故障，很难判别故障发生的可能性，因此应用价值有限。

规划可靠性算法可以自动搜索所有可能的故障集合，可以用来比较不同规划方案的合理性，但多用于年度规划，忽视了对当前运行点和设备调整速度的模拟，计算结果不能反映电网当前的运行风险，不能满足电力系统运行调度需求。与规划可靠性相比，运行可靠性在发、输、配电设备模拟范围和随机故障模型上基本一致，但在应用时具有一些新的特点：

1、通过在线数据采集、短期负荷预测和设备检修计划，可以得到当前时刻及一天内的电网结构、负荷水平和机组出力方案，准确地模拟发、输电设备的调整速度，如机组的爬坡速度和降出力速度，计算当前时刻及以后若干时段内的可靠性水平，以时序风险曲线表征系统的在线运行风险；

2、以实时电价为杠杆，结合负荷预测和需求侧管理技术，可以综合分析系统的可靠性和经济性，协调二者之问的利益平衡；

3、可根据季节、温度、设备载荷率等，在线修正设备可靠性参

数，如温度、风暴对线路故障率的影响等。结合调度日志，可实现设备可靠性参数的在线统计，且结果更加准确，并节省大量时间。

四、电力系统运行可靠性最优控制的基础与功能定位

1.可靠性最优控制的基础与功能定位在运行的时间框架内，维持系统运行可靠性所需的成本是在考虑各种扰动情况下付出的系统期间运行成本，而提高系统运行可靠性带来的效益，可以认为是期望停电损失的减少，电力系统运行可靠性最优控制的目的就是寻找系统最优运行点以协调运行可靠性成本和效益。这就决定了运行可靠性最优控制的基础是功能定位评估系统运行可靠性的成本和效益。

在电力系统规划可靠性领域常用投资成本和期望停电损失之和来综合度星规划方案的经济性和可靠性。借助这一思路，运行可靠性成本价来评估用所有机组的期望运行成本和系统运行可靠性成本，用所有负荷节点的期望停电损失来调节系统运行可靠性价格，用两者之和即整个电力系统运行产生的期望社会成本来综合系统运行可靠性的成本和价格，实现了运行可靠性成本和效益的综合评价。这为实现运行可靠性最优控制提供了重要的技术基础，而运行可靠性最优控制的目标就是最小化期望社会成本。

运行可靠性最优控制作为一种处理不确定性的预防控制工具，是最优潮流、安全约束最优潮流等确定性控制工具的有力补充。它定位于运行辅助决策，为运行人员提供决策依据。

运行可靠性最优控制提出的运行可靠性在线控制在概念、模型和算法的异同如上表：

2.运行可靠性最优控制模型运行可靠性最优控制为系统提供最优的初始运行点，即留意该初始运行点进行可靠性成本价格评估后能得到比其他运行点小的期望社会成本。控制措施包括调高发电机有功出力、母线电压幅位和有功源出力 (由十模型研究的是协调经济性和可靠性的潮流分配问题，故不含切负荷控制措施) 。约束条件为初始运行点的潮流约束。

3.运行可靠性评估算法的流程

(1) 计算在当前运行状态(包括正常运行状态、故障状态、特殊运行方式) 下的线路潮流、母线电压、系统频率，并根据基于实时运行条件的元件可靠性模型计算出线路、发电机、负荷的停运概率、停运率、修复率。

(2)依据元件的停运率、修复率，采用蒙特卡罗模拟法形成系统在当前运行状态下可能发生的故障状态。

(3)考虑机组的运行方式、负荷的实时变化、网络结构的变化等当前系统运行条件的影响，对可能发生的故障状态进行后果仿真，分析

故障后系统能否正常运行( 无元件过载、静态电压安全) 以及在元件过载、电压越限的情况下为保证系统正常运行的切负荷代价。

(4)根据评估指标等于概率与后果乘积的定义计算可靠性指标。

五、提高可靠性运行优化控制的措施

1. 加强输电线路安全运行管理输电线路及其周围环境对输电线路及其电网运行可靠性具有重要作用，而加强输电线路的安全运行管理是提高电网安全运行的一个重要手段。为了加强输电线路的管理，需要在电力线路的建设过程中严格执行各项规章制度，严格按照各项要