黑龍江省電網靜態風險評估

郭 裊，邊二曼，徐冰亮，尚康良，蘆晶晶

(1．黑龍江省電力科學研究院，哈爾濱150030;2．黑龍江省電力有限公司，哈爾濱150090;3．中國電力科學研究院，北京100192)

隨著電網向遠距離、超高壓甚至特高壓方向發展，網絡規模日益龐大，難以控制的不確定因素對電網的影響日趨復雜，傳統的以確定性準則為依據的規劃和運行控制模型方法已經不能滿足要求，對此，計及各種不確定影響的電網風險評估成為目前的研究熱點。電網風險評估是指采用一系列的邏輯步驟，使電網工程師能夠以一種系統的方式檢查由于設備的使用而產生的災害，從而可以選擇合適的安全措施。因此使用風險指標能夠定量地抓住決定風險等級的因素:事故的可能性和嚴重性，從而全面地反映事故對整個系統的影響。一般將風險定義為事故概率與事故后果的乘積。

電網全故障掃描及風險評估軟件為電網規劃、設計、運行、調度等環節提供了風險管理工具，它能在原有電網計算數據基礎上，對影響電網安全穩定運行的靜態和動態故障進行全掃描，結合電網的實際運行數據及設備可靠性概率數據，綜合事故的影響和事故的發生概率，對電網風險進行確定性和概率性量化分析，并能對風險劃分等級，從而確定相應的預控措施［1－9］?；诖耍疚母鶕遁斪冸娫O施可靠性評價規程》等資料中對各有關設備可靠性參數的定義及計算公式，對近年獲得的《電力可靠性指標發布會會議資料》和《國家電網公司繼電保護與安全自動裝置運行情況統計分析》報告等統計資料中的數據進行預處理，以獲得元件故障率和修復率等指標的平均統計數據。

1 計算條件

黑龍江省電網位于東北電網的最北端，通過兩回500 kV線路與蒙東電網相聯;通過四回500 kV線路與吉林省電網相聯;通過一回500 kV線路及黑河換流站與俄羅斯電網互聯。

電網長期過程中的設備平均不可用率可由下式表達:

式中:λ為失效率，失效次數/a;μ為修復率，修復次數/年;tMTTR為平均修復時間，h;tMTTF為失效前平均時間，h;f為平均失效頻率，失效次數/年。

按設備類型和電壓等級分類，每類采用一個共同指標，本文使用設備的不可用率指標如表1所示。

表1 設備不可用率指標Tab．1 Index of equipment unavailability

根據黑龍江省電網的實際情況以及以往的計算經驗，分別給出概率性方法下電壓越限指標、線路過載指標和變壓器過載指標的警告、危險限值，具體數值如表2所示。

表2 各項指標的警告限值和危險限值Tab．2 Warning limit and risk limits of the index

按照表2中的數據，可以判斷電網中薄弱環節的危險程度，并采用一定的技術手段來改善。以黑龍江省電網2012年冬大運行方式為基礎潮流，對電網進行靜態N－1掃描，掃描完成后，在軟件中進行靜態評估，可以得到黑龍江省電網的薄弱環節分析，包括概率性和確定性的結果，即母線電壓越限(越上限和越下限)、線路過載、變壓器過載。

2 母線電壓越限分析

完成靜態掃描和靜態風險評估后，可以從概率性和確定性的角度分別分析電網的薄弱環節，一個薄弱環節元件是指至少經受過一次嚴重損傷的元件。通過薄弱環節分析，可以識別出系統受損程度最大的母線和支路。概率性和確定性情況下風險最高的前10項結果如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2中可以看出，概率性結果和確定性結果有所不同。為了得到詳細的電壓越限情況，列出了概率性和確定性電壓越限的風險值和越限

方案數，如表3和表4所示。

圖1 概率性電壓越限風險Fig．1 Probabilistic voltage limit risk

圖2 確定性電壓越限風險Fig．2 Deterministic voltage limit risk

表3 概率性電壓越限風險值Tab．3 Probabilistic voltage limit risk value

表4 確定性電壓越限風險值Tab．4 Deterministic voltage limit risk value

從表3和表4可知，由于黑河電網、大興安嶺環網結構較為薄弱，無論是在概率性還是確定性情況中，此地區電網的越限母線都名列前茅，因此風險值較大，處于危險限值以上的薄弱環節有5個。電壓越限的原因一般為電力系統經弱聯系統向受端系統供電或系統無功電源不足，所以應從這兩方面著手使電壓保持在允許范圍內。

3 線路過載分析

靜態風險評估薄弱環節分析得到了線路過載的概率性風險和確定性風險結果，如圖3和圖4所示。

圖3 概率性線路過載風險Fig．3 Probabilistic line overload risk

圖4 確定性線路過載風險Fig．4 Deterministic line overload risk

詳細的概率性和確定性線路過載的風險值和過載方案數如表5和表6所示。

表5 概率性線路過載風險值Tab．5 Probabilistic line overload risk value

從表5和表6可知，線路過載主要發生在雞西電網。此地區電網雞梨線、滴口線、滴聯線等線徑較細，線路易過載，當開機較多時，線路重載或者滿載，極易引起連鎖故障，嚴重影響雞西地區的電網供電可靠性。

表6 確定性線路過載風險值Tab．6 Deterministic line overload risk value

由線路過載的故障狀態分析可知，線路過載是由于切除過載線路的臨近線路導致潮流激增引起的，因此在運行中需統籌考慮雞西、牡丹江與七臺河地區的機組開機方式，并對地區電網網架結構進行合理優化。另外，佳南－蘆家為北架風電場、驛馬山風電場風電送出的重要通道，當周邊其他線路切除時，佳南－蘆家極易過載，且由于其周邊線路切除概率稍高，因此，在概率性線路過載中，佳南－蘆家的過載風險排在前面。

實際計算中，架空線路的故障可能性往往因缺少統計資料而難以確定，并且隨運行環境的不同其變化較大，因此在數據資料完備的情況下，風險評估中必須考慮外部環境對線路故障可能性的影響。

軟件還提供了同桿并架線路故障以及同通道線路故障下的靜態風險評估，算法中考慮了共因故障事故同時發生的概率。

4 變壓器過載分析

變壓器過載概率性結果和確定性結果如圖5和圖6所示。

圖5 概率性變壓器過載風險Fig．5 Probabilistic transformer overload risk

詳細的概率性和確定性線路過載的風險值和過載方案數如表7和表8所示。

圖6 確定性變壓器過載風險Fig．6 Deterministic transformer overload risk

表7 概率性變壓器過載風險值Tab．7 Probabilistic transformer overload risk value

表8 確定性變壓器過載風險值Tab．8 Deterministic transformer overload riskvalue

從表7和表8可以看到，風險值位于前十位的過載變壓器大多為500 kV變壓器，而引起其過載的原因主要是由于臨近的發電廠變壓器或線路被切除，使得更多的潮流通過過載變壓器傳遞。因此，對主變容量不滿足需求的變電站，應對其主變進行適當增容。對單主變運行的變電站，應安裝第二臺主變，提高電網可靠性。

5 結語

本文從考慮電網事件隨機性質和計及各種不確定影響的風險評估思路出發，分析了黑龍江省電網母線電壓越限(越上限和越下限)、線路過載、變壓器過載的概率性和確定性，以幫助規劃、運行人員識別潛在的系統故障模式，使整個網絡更具健壯性，同時通過對薄弱環節全面考慮，合理優化，改善網架結構的資金配置。

［1］ NI Ming，MCCALLY J D，VITTAL V，et al．Online risk － based security assessment［J］．IEEE transactions on Power Systems，2003，18(1):258-265．

［2］王錫凡，王秀麗，別朝紅．電力市場條件下電力系統可靠性問題［J］．電力系統自動化，2000，4:42-44．WANG Xifan，WANG Xiuli，BIE Chaohong．The reliability problems of power system under the condition of electricity market［J］．Automation of Electric Power Systems，2000，4:42-44．

［3］郭永基．電力系統可靠性分析［M］．北京:清華大學出版社，2003．GUO Yongji．Power system reliability analysis［M］．Beijing:Tsinghua University press，2003．

［4］丁明．發輸電系統可靠性分析軟件綜述［J］．電網技術，2002，26(1):51-54．DING Ming．Summary on the reliability analysis software for power generation and transmission system［J］．Power System Technology，2002，26(1):51-54．

［5］郭永基．電力系統及電力設備的可靠性［J］．電力系統自動化，2001，29(17):53-56．GUO Yongji．Reliability of electric power system and equipment［J］．Automation of Electric Power Systems，2001，29(17):53-56．

［6］ BILLINTON R，ALLAN R．Reliability evaluation of engineering systems［M］.2nd edition．New York:Plenum Press，1992．

［7］劉森森，陳為化，江全元．基于并行計算的電力系統風險評估［J］．浙江大學學報:工學版，2009，43(3):589-595．LIU Sensen，CHEN Weihua，JIANG Quanyuan．Risk evaluation of power system based on parallel computation［J］．Journal of Zhejiang University:Engineering Science，2009，43(3):589-595．

［8］ BILLINTON R，JONNAVITHULA S．A test system for teaching overall power reliability assessment［J］．IEEE transactions on Power Systems，1996，11(4):1670-1676．

［9］張國華，段滿銀，張建華，等．基于證據理論和效用理論的電力系統風險評估［J］．電力系統自動化，2009，33(23):1-4．ZHANG Guohua，DUAN Manyin，ZHANG Jianhua，et al．Risk assessment of power system based on evidence theory and utility theory［J］．Automation of Electric Power Systems，2009，33(23):1-4．