縣城電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評(píng)估實(shí)例分析

楊進(jìn)云

(四川省電力公司樂山電業(yè)局，四川 樂山 614000)

引言

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷改造，縣級(jí)供電網(wǎng)的可靠性已得到了初步改善，但是由于目前縣級(jí)電網(wǎng)的投資規(guī)模小，很難滿足負(fù)荷快速增長的需求，在供電可靠性方面仍然存在不少問題。因此,在電網(wǎng)規(guī)劃工作中，應(yīng)通過對(duì)完成的規(guī)劃編制方案進(jìn)行評(píng)估。找出影響供電可靠性的因素和方案中的不足，有針對(duì)性的加以修改，使規(guī)劃中的電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上更為合理。

1.縣級(jí)電網(wǎng)的可靠性分析

1.1.N-1+1準(zhǔn)則

可靠性評(píng)估準(zhǔn)則主要包括確定性準(zhǔn)則和概率性準(zhǔn)則。前者即輸電網(wǎng)中常采用的N-1或多重故障分析，該方法主要分析電力系統(tǒng)N個(gè)元件中的1個(gè)或多個(gè)元件故障后系統(tǒng)能夠保持正常供電的情況。在確定性分析的基礎(chǔ)上，給出各元件的故障頻率和故障持續(xù)時(shí)間，就可以進(jìn)行概率可靠性分析，得到系統(tǒng)的概率可靠性指標(biāo)。

輸電網(wǎng)中采用N-1或多重故障準(zhǔn)則進(jìn)行可靠性分析，主要是輸電網(wǎng)閉環(huán)設(shè)計(jì)、閉環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn)所決定的。而縣級(jí)電網(wǎng)的主網(wǎng)架主要由110kV及35kV高壓配電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，高壓配電網(wǎng)通常為閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行，即實(shí)際運(yùn)行中盡可能呈輻射狀分片供電，以解除電磁環(huán)網(wǎng)和降低短路容量。因此縣級(jí)電網(wǎng)在運(yùn)行中存在備用電源和可切換線路，這使得電網(wǎng)中有1條線路或1臺(tái)主變故障時(shí)，可以通過投入聯(lián)絡(luò)線路，或通過開關(guān)切換將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另1條線路或另1臺(tái)主變，以保證對(duì)負(fù)荷的正常供電。因此，考慮到縣級(jí)電網(wǎng)的這一特點(diǎn)，在進(jìn)行縣級(jí)電網(wǎng)的可靠性分析時(shí)，不能采用N-1準(zhǔn)則，而應(yīng)該采用N-1+1準(zhǔn)則，即當(dāng)1條線路或1臺(tái)主變故障切除時(shí)，需要投入相關(guān)的聯(lián)絡(luò)線路或聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以保證對(duì)負(fù)荷的正常供電。

在利用N-1+1準(zhǔn)則進(jìn)行可靠性分析時(shí)，還要考慮在出現(xiàn)過負(fù)荷、過/低電壓等不正常運(yùn)行狀態(tài)情況下的校正措施。當(dāng)出現(xiàn)線路或主變過負(fù)荷時(shí)，應(yīng)采取縮減相關(guān)負(fù)荷的措施，以確保線路或主變負(fù)荷在允許范圍內(nèi)；當(dāng)出現(xiàn)過電壓或低電壓時(shí)，通過調(diào)整主變分接頭或投切電容器等措施保證母線電壓在允許范圍內(nèi)。

1.2.采用的可靠性指標(biāo)

電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估包括充裕性和安全性兩方面，前者是指系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶電力需求和電能量的能力；后者是指系統(tǒng)承受突發(fā)擾動(dòng)的能力。縣級(jí)電網(wǎng)的可靠性分析主要是進(jìn)行充裕性評(píng)估，參考輸電系統(tǒng)的充裕性評(píng)估指標(biāo)，選取以下幾個(gè)常用的可靠性指標(biāo)。

1）電力不足頻率LOLF(Loss of Load Frequency)：每年平均故障次數(shù)，次/年。

2）電力不足持續(xù)時(shí)間LOLE (Loss of Load Expected)：每年發(fā)生切負(fù)荷故障的時(shí)間，h/a。

3）電力不足期望值EDNS(Expected Demand notSupplied)：每年缺多少電力，MW/a。

4）電量不足期望值EENS(Expected Energy notSupplied)：每年缺多少電量，MW·h/a。

5）系統(tǒng)停電指標(biāo)BPII(Bulk Power InterruptionIndex)：等于電力不足期望與最大負(fù)荷之比，MW/MW×a-1。

6）系統(tǒng)削減電量指標(biāo)BECI(Bulk Power/EnergyCurtailment Index)：等于電量不足期望與最大負(fù)荷之比，MW·h/MW×a-1。

7）嚴(yán)重性指標(biāo) SI(Severity Index)(系統(tǒng)分)：1個(gè)系統(tǒng)分相當(dāng)于最大負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)全停1min。

1.3.可靠性分析軟件

TPLAN是由PTI開發(fā)的用于電網(wǎng)可靠性評(píng)估的分析軟件包，是國際上可靠性分析方面較為權(quán)威的軟件，主要功能包括確定性故障分析、概率可靠性評(píng)估、校正策略研究、靈敏度分析等。TPLAN采用解析法進(jìn)行可靠性評(píng)估，即將系統(tǒng)可能出現(xiàn)的運(yùn)行狀態(tài)全部列出，TPLAN對(duì)全部運(yùn)行狀態(tài)按序排列，逐一進(jìn)行潮流計(jì)算，判斷是否出現(xiàn)線路過載、電壓越限、孤立節(jié)點(diǎn)等故障，并計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的切負(fù)荷量和各狀態(tài)出現(xiàn)的概率，通過累加得到系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。目前該軟件在國內(nèi)一些電網(wǎng)包括南方電網(wǎng)都有應(yīng)用。本文利用TPLAN進(jìn)行縣級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評(píng)估。

2.應(yīng)用分析

本文對(duì)某縣級(jí)電網(wǎng)（簡(jiǎn)稱A縣）的2010年規(guī)劃方案進(jìn)行了可靠性評(píng)估。A縣電網(wǎng)概況見表1，其中2008年電網(wǎng)同2005年相比，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有變化，僅根據(jù)負(fù)荷增長改造了1臺(tái)110kV主變、新增了幾臺(tái)35kV主變，而2010年規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)新建了多個(gè)變電站和多條線路，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于缺乏相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在參考有關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，采用如下線路和主變的可靠性計(jì)算參數(shù)：

1）110kV線路故障率取 0.14次/100km·a，故障修復(fù)時(shí)間取4h/次；110kV主變故障率取1.7次/100臺(tái)·年，故障修復(fù)時(shí)間取3h/次。

2）35kV 線路故障率取 0.14次/100km·a，故障修復(fù)時(shí)間取6h/次；35kV主變故障率取4次/100臺(tái)·年，故障修復(fù)時(shí)間取5h/次。

A縣電網(wǎng)2010年規(guī)劃方案的可靠性評(píng)估結(jié)果見表2。為了對(duì)比分析，表2同時(shí)給出了2005年和2008年電網(wǎng)可靠性評(píng)估的結(jié)果。其中整體一欄包括110kV和35kV網(wǎng)絡(luò)的整體可靠性評(píng)估結(jié)果，35kV一欄僅包含35kV網(wǎng)絡(luò)的可靠性評(píng)估結(jié)果。

表1 A縣電網(wǎng)概況表

表2 A縣電網(wǎng)可靠性指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

從表2給出的結(jié)果可以看出：

a.2008年電網(wǎng)由于增加了主變數(shù)量，減少了只有單臺(tái)主變的變電站數(shù)量，因而同2005年相比電力不足頻率和持續(xù)時(shí)間指標(biāo)有所降低，但由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并沒有增強(qiáng)，因此電力不足和電量不足指標(biāo)有所上升。這表明，隨著負(fù)荷增長，要保持或提高電網(wǎng)可靠性水平，僅通過增加主變來滿足負(fù)荷增長的容量需求是不夠的，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

b.35kV網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)整體可靠性指標(biāo)中電力不足頻率LOLF和電力不足持續(xù)時(shí)間LOLE兩個(gè)指標(biāo)影響較大，這主要是由于35kV網(wǎng)絡(luò)元件數(shù)量多，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)較薄弱，因此發(fā)生故障的頻率和時(shí)間也較多。要提高這兩個(gè)指標(biāo)，應(yīng)優(yōu)先加強(qiáng)35kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

c.110kV網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)整體可靠性指標(biāo)中電力不足期望值EDNS和電量不足期望值EENS指標(biāo)影響較大，這主要是由于110 kV網(wǎng)絡(luò)中元件故障的影響面更大，容易造成更多的負(fù)荷和電量損失。

d.由于系統(tǒng)停電指標(biāo)BPII、系統(tǒng)削減電量指標(biāo)BECI和嚴(yán)重性指標(biāo)SI三個(gè)指標(biāo)和電力不足期望值EDNS和電量不足期望值EENS兩個(gè)指標(biāo)密切相關(guān)，要提高這3個(gè)指標(biāo)，應(yīng)優(yōu)先加強(qiáng)110kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

e.與2005年和2008年相比，2010年規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)有了很大改善，表明規(guī)劃方案很好地提高了電網(wǎng)的可靠性水平。

f.由于采用N-1+1準(zhǔn)則，電網(wǎng)中可提供負(fù)荷轉(zhuǎn)移的聯(lián)絡(luò)線路，以及變電站內(nèi)的主變數(shù)量對(duì)電網(wǎng)的可靠性水平有重要影響。電網(wǎng)中存在的只有單條線路供電的變電站，或者只有單臺(tái)主變的變電站等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，都會(huì)降低電網(wǎng)的整體可靠性水平。

g.表2中給出了系統(tǒng)整體的可靠性指標(biāo)，可靠性評(píng)估中還可以得到各元件的可靠性指標(biāo)（因篇幅限制未列出），利用這些指標(biāo)，可以分析各條線路或主變對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中影響可靠性水平的薄弱環(huán)節(jié)。需要說明的是，由于缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在計(jì)算中選取的元件可靠性參數(shù)不一定符合A縣電網(wǎng)的實(shí)際情況，因此表2中的結(jié)果僅適用于A縣電網(wǎng)可靠性變化趨勢(shì)的縱向比較，而不適用于不同縣級(jí)電網(wǎng)的橫向?qū)Ρ确治觥Ｓ捎谠煽啃詤?shù)會(huì)對(duì)可靠性分析結(jié)果造成很大影響，因此應(yīng)重視縣級(jí)電網(wǎng)可靠性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)工作，這樣既得到更準(zhǔn)確的可靠性計(jì)算和分析結(jié)果，還可以開展不同縣級(jí)電網(wǎng)可靠性的對(duì)比分析工作，從而進(jìn)一步提高電網(wǎng)的可靠性水平。

總的來說，從以上實(shí)際算例分析可以看出，通過對(duì)縣級(jí)電網(wǎng)可靠性評(píng)估，可以定量地分析規(guī)劃方案對(duì)可靠性水平的提升作用，從而有利于提高縣級(jí)電網(wǎng)可靠性的管理和決策水平。

結(jié)語

本文對(duì)縣級(jí)城市電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評(píng)估的方法通過算例表明，開展縣級(jí)城市電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評(píng)估工作，對(duì)提高縣級(jí)電網(wǎng)可靠性的管理和決策水平有著非常重要的意義。

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