電網運行的安全風險在線評估

馬翠青

【摘 要】近年來，隨著經濟生活水平的增長和工業的不斷發展，我國電力系統也呈現出新的態勢。隨著電網規模的擴大，電力設備的升級，電網系統的輸送電效率逐步提高，從而提高了電網的運行效率，但高的運行效率也增強了電網運行過程中安全問題的不確定性，給電網的運行帶來了一定的風險，因此對電網運行安全風險進行在線評估有一定的必要性。

【關鍵詞】電網運行 安全風險 在線評估 必要性

電網運行的安全穩定受到政府、產業界和學術界的特別關注。通過系統分析、在線安全管理、安全防御體系、系統保護、恢復計劃等技術手段，我國在預防停電事故發生、減少停電影響范圍和快速恢復供電方面取得了顯著成效。然而，部分地區大面積停電事故仍時有發生，因而駕馭電網運行的能力還需要進一步提升。

國內外的電網運行控制標準通常都以確定的N-1/N-K后電網安全穩定作為約束安排運行方式/制定安全穩定控制措施。目前在線安全穩定綜合防御系統大多以此為依據確定預測故障集，對于保證電網安全穩定運行發揮了極為重要的作用。然而，一方面，隨著風電等新能源機組大規模接入，電網運行狀態的不確定性增加和可預測性降低；另一方面，電網中各類擾動發生的概率存在時空差異，且與電網運行工況及外部自然環境和設備狀態等因素密切相關。同時，電網運行的經濟性越來越重要。因此，需審視以承受確定性的擾動作為電網運行安全穩定標準的合理性，要求掌控電網運行的理念從確保安全穩定運行轉變為控制運行風險。

1電網運行安全風險在線評估的內涵

在工程界，比較經典的風險定義是[28]：R={〈Si，pi，xi〉}（1）式中：R為風險；Si為有危害的場景；pi為出現該場景的概率；xi為場景出現的后果，即危害的量度；i=1，2，…，N；N為有危害的場景數目。因此，我們可以從危害、場景和可能性三個方面來闡述電網運行安全風險的內涵。

1.1電網運行階段的危害

（1）中斷供電造成能量損失。供電是電力系統存在的重要目的，在電力被廣泛應用的今天，供電的中斷必會給社會各界的單位或個人帶來不同程度的能量損失。

（2）造成直接經濟損失。電力系統運行安全問題的出現在給用電客戶帶來經濟損失的同時，造成安全隱患的負荷中斷、設備損壞和機會成本更會帶來直接的經濟損失。

（3）電網運行超過穩定約束。表現在設備過載、母線電壓越線和暫態失穩等方面。

1.2電網運行安全穩定問題的場景

上述觀點從不同角度表述電網運行中出現的危害，歸根結底則是出現安全穩定問題，導致不能正常供電和發電。縱觀大體，電網出現安全穩定問題的場景有3類。

第一場景：電網元件運行正常但運行工況過渡到穩態后出現安全穩定問題。例如，母線電壓越限、線路/主變過載和靜態穩定性問題，即基態安全穩定問題。

第二場景：電網元件運行正常，但發電或負荷大幅度波動誘發安全穩定問題。風電等新能源大規模接入后這類情況可能會更多。

第三場景：電網元件故障，即故障下有安全穩定問題。

這3類場景之間有些關聯，例如，在基態/故障下不存在安全穩定問題的運行方式，發電/負荷大幅度波動后形成新的運行方式，可能有安全穩定問題。

1.3電網運行安全風險的可能性

電網運行安全風險出現的可能性，要根據問題出現的場景進行分析。第一場景是關于導致運行方式的概率。第二場景針對風電等新能源機組出力和符合突變出現的特征。第三類場景則是基于電網運行方式、外部自然環境、設備狀態和故障歷史統計信息等內容對故障形態及演化規律進行了探究。

1.4運行安全風險的特點

與安全穩定性的特點類似，運行安全風險具有相對性和絕對性。相對性體現在：研究風險是針對考慮或預設的場景范疇，風險值則是相應前提條件下的結果，風險要通過比較才能更好地顯示意義，比較不同場景下的風險，比較不同控制方案下的風險差異，比較控制代價與風險變化情況；從廣義來看，電網運行的安全風險始終存在。

2 電網運行安全風險在線評估的特點

電網運行安全風險在線評估以實時運行工況和預測的運行方式為基礎，并考慮發電出力和負荷變化等方面的不確定性，基于實測/預報的自然環境信息，還可結合設備運行狀況，對當前、未來幾分鐘至幾小時內的運行安全風險進行動態評估，從而在線監視和預測風險水平，為調度運行人員及時掌握風險水平和優化控制風險決策提供支持。綜合分析風險評估和在線化2個方面的特征，電網運行安全風險在線評估具有以下特點：

（1）考慮的時間尺度短。這是電網運行安全在線評估的最大特點和優勢，只需要幾分鐘到幾小時就可以完成評估，對系統問題作出迅速反饋。

（2）候選場景集動態變化。要根據電網運行方式、自然環境和設備狀態，動態調整候選場景，場景選取更具針對性。尤其是，間歇式新能源發電大規模并網后，顯著增加了運行方式的不確定性。

（3）不確定性因素的時空特性。在不同的電網范圍內，影響電網運行安全的不確定性因素有區別，不確定性內容和程度隨時間變化。

（4）故障概率模型時變性。引發故障的主要外因不斷變化，考慮的時間范圍小，因而外部自然環境和設備狀態成為故障概率建模的主要因素，而基于歷史統計信息的故障概率模型不再占主導地位。

（5）風險指標的工程化要求高。調度運行人員對存在的安全風險要快速作出響應，含義應明確、清晰、易懂，指標變化能夠準確、真實、直接反映電網運行安全風險程度。

（6）分析計算量動態變化顯著。在線評估的場景數目和預想故障集要根據不確定性因素的動態變化情況進行在線調整，由此引起分析計算量大幅變化。

（7）計算效率要求高。風險評估分析計算量大，在線評估要求時效性強。

3 電網運行安全風險在線評估所要解決的問題

電網運行安全在線評估對于保證電力系統的順利運行有著重要的作用，但在具體實施過程中仍存在著很多的重點和難點。本文針對實現在線評估的需要解決的幾個關鍵問題進行了分析：

3.1選擇合適的風險指標

風險指標與評估和控制決策方法以及效果密切相關電網運行中關注的方面很多，不必將這些要求都在指標體系中予以體現，可將某些方面作為約束條件。

3.2高校風險場景的動態生成與初選

風險評估的場景數量對效率有很大影響，而需要詳細進行風險評估的場景不一定多。在初始場景之后的每個階段有多種可能的場景，因而在后續階段仍需選擇場景。因此，快速、準確的風險場景生成和初選技術對實現在線風險評估非常重要。

3.3故障可能性時變模型

故障概率的準確性是影響風險評估結果可信度的關鍵因素之一因而備受關注。故障概率建模雖然已有一定基礎，但仍有必要深人研究。

4 結語

風電等新能源機組大規模接入顯著增加了電網運行的不確定性，按確定性的準則控制電網運行，難以適應現代電網運行的要求。基于風險管理和控制電網運行，能夠促進電網運行的安全穩定性和經濟性水平協調提升。在線安全穩定綜合防御技術的工程應用為開展電網運行安全風險在線評估奠定了良好的基礎。盡管完全實現電網運行安全風險在線評估的工程應用還有許多關鍵問題亟待解決，隨著電網運行安全風險評估的線化研究的深入，能夠在控制電網運行風險的實踐中不斷提升駕馭大電網安全經濟運行的能力。

參考文獻：

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