配電網低電壓脆弱性指標分析

高明濤+尹珊

摘 要：電力系統的事故敲響了配電網安全性的警鐘，一些重大的電網停電事故給社會帶來了重大損失，為此，需要確定和分析配電網系統中的低電壓脆弱性指標，評估配電網低電壓脆弱性指標的特性，要對電網系統的事故進行預先估測、檢定和響應，并且能夠在電網事故之后迅速實現自我恢復，從而實現配電網的系統重構，促進電網的故障評估到故障恢復的電網自愈功能實現。

關鍵詞：配電網 低電壓 脆弱性 指標

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0017-02

在經濟迅速發展的態勢下，電網正在進行大規模的互聯，電力系統成為了與人們生活息息相關的人造網絡，在這個復雜的網絡體系之中，電能的輸出安全與使用已經成為了人們關注的議題，由于電力系統配電網的連鎖性大范圍的事故，給人們的生活造成了嚴重的威脅。為此，需要對配電網絡進行脆弱性指標的預測和分析，要實現對配電網實時、快速的脆弱性評估和預測，并對配電網系統進行重構，有效地進行配電網的自我恢復，從而提高配電網絡的安全性和可靠性。

1 配電網脆弱性界定及其影響因素

配電網的脆弱性又稱為系統的抗干擾和抗故障的能力，由于各種因素如人為干預、信息網絡、計算偏差、元件保護等，對配電網系統存在潛在的危險，這些潛在的危險一旦暴露，則會對配電網系統的正常供電能力造成較大的威脅。同時，不同的配電網系統也有不同的脆弱性表現，電力市場規模的擴大使設備脆弱性得到大范圍的分布，伴隨著電網的迅速擴張，區域電網運行之間的信息交換不夠充分，出現缺少實時數據而調度失靈的現象，這也增加了配電網的脆弱性。

在配電網系統之中，對于配電網脆弱性的影響因素主要有以下幾個方面。

（1）配電網系統元件故障因素。在配電網系統之中，要涉及各種不同的設備，諸如變壓器、輸電線、發電機等，這些系統元件會造成信息數據的延遲，影響系統的響應速度和效率。

（2）控制保護系統因素。在配電網系統之中，控制保護系統的故障也對配電網的脆弱性有較大的影響，諸如控制保護系統的隱性故障、斷路器故障、系統的保護誤動作等。

（3）通信系統因素。在配電網系統中，在與EMS失去通信的前提下，也無法實施自動控制和保護，或者出現外部的Agent侵入信息，也會對配電網系統的脆弱性產生影響。

（4）電力系統整體環境因素。由于電力系統存在整體性能的穩定問題，諸如電壓波動、振蕩、頻率不穩定等，這些電力系統中存在的穩定性問題，也會對配電網電壓的脆弱性造成影響。

（5）外在因素的影響。一些外來的自然災害和惡劣氣候條件，也會對配電網的脆弱性造成影響，如地震、冰雹、洪水、火災等。

2 配電網低電壓脆弱性指標

配電網低電壓的脆弱性指標可以用于描繪電網系統的強度以及承受能力，它可以表現為不同的方面，如電壓、靜態、頻率等。

2.1 風險評估指標

這一指標重點是針對電力系統的事故發生概率及其影響而提出的評估指標，對配電網事故的風險評估克服了簡單的概率性評估的缺點，可以對其風險評估指標進行確立并分析，根據風險評估指標的數值大小，判定配電網系統的脆弱程度。對于風險評估指標的定量分析，可以采用以下公式進行定量計算：

在上式中，i表示風險評估的正常運行集合條件；Xi表示系統故障之間的狀態；E表示不可預知的事故風險；C表示事故風險引發的后果及影響；P（E/X）表示不可預知的事故風險在故障狀態下發生的概率；S（C/E）表示事故風險所帶來的嚴重程度；R（C/Xi）表示風險評估指標數值。

風險評估指標涵蓋有過負荷風險指標、低電壓風險指標、失負荷風險指標。其中，過負荷風險指標是表示事故發生后線路的過載狀態；低電壓風險指標是反映事故后各母線電壓下降的風險；失負荷風險指標是系統電壓距離失穩的風險數值。

2.2 電壓穩定預警指標

它可以用于反映系統電壓穩定性的狀態，對于系統電壓存在問題的指標進行預警分析，這個指標體系較為全面。

2.3 電網安全指標

由于電網規模擴大，電網的復雜性和安全性都是密切關注的課題，用某一項單一的指標，難以準確地判定出系統的隨機誤差，而且在復雜的電網運行狀態下，需要有大量的數據作為前提，要對大量的數據進行觀測和分析，這樣，才能準確把握電網的運行規律，從而判定電網運行狀態中的相關聯性，提升電網系統的安全性能。

2.4 電網評估體系

配電網的脆弱性和安全性都是針對電網系統的指標，在電網并網的趨勢之下，遠距離和大容量的電廠進入到電網系統之中，這就需要從全局的角度出發，構建電網評估體系，將電網視同為廣義的節點系統，對各個節點進行安全分析，并采用定量分析的方式，對電網變化量、變化率和敏感性等進行評估，再全面分析各種不確定性因素對于電網安全的影響。

2.5 頻率脆弱性指標

在運用頻率脆弱性指標的評估過程中，電網的有功功率是重要的影響因素，電網的有功功率不穩定，就會導致頻率的上下波動，一旦頻率波動超出或低于一定的范圍，則會導致配電系統的頻率崩潰。

2.6 自然災害預警指標

由于一些外在因素的影響，諸如冰雪、雷電、臺風、地震等，這些自然災害對于電網系統也有較大的危害性影響，在這些自然災害的侵襲之下，各個電網調度部門、電力預測部門、電網運行部門都要加強對預警指標的基礎工作，做好相應的準備。

3 配電網低電壓脆弱性評估的方法

3.1 概率論視角之下的配電網評估

這個評估方法主要針對配電網中的隨機事件發生概率以及其影響，可以運用風險理論，對電力系統的脆弱性進行評估，用風險指標判定事故的等級和后果，可以較為全面地顯示出配電網系統的事故發生概率及其影響。

還可以基于蒙特卡羅模擬方法，對配電網系統進行脆弱性評估，這需要事先將不確定性因素進行抽樣分析，從而根據抽樣分析的結果，判定不確定因素對于系統運行狀態的影響，可以進行狀態估計和狀態統計，從而獲取系統運行所需的脆弱性指標。它可以較好地處理負荷的隨機變化，可以依照時間的發生先后順序進行操作和處理。不足之處在于需要在一定的計算時間內達到規定的計算精度，這兩者之間的緊密性決定了系統運行的安全與穩定，因為計算的精度需要較長的計算時間為前提和代價，因而，這種方法不太適合于配電網系統的在線、實時運用。

3.2 暫態穩定分析視角下的脆弱性評估

這種評估方法是以電網系統在故障狀態下的穩定運行為前提，它反映出電網系統的安全系數，通過系統的相關參數和靈敏度函數等，確定系統的安全性能。如果以△V作為電網系統的安全性標志，那么當△V>0則表示系統處于安全狀態，反之，如果△V<0，則表示系統處于不安全狀態。

3.3 基于EEAC的脆弱性評估

這是運用擴展等面積法則，通過評估空間實現對電網系統的穩定性和安全性評估，實現暫態穩定的定量分析，具有計算速度快、精準度高的優勢。由于這種脆弱性評估方式是從暫態穩定的角度進行分析，因而，無法全面反映電網系統的脆弱性。

4 結語

綜上所述，在配電網低電壓脆弱性指標的分析之中，有不同的指標，它們各有其適用范圍和特點，因而，為了實現對配電網低電壓脆弱性的全面評估，還需要利用先進的技術和手段，選取實用的、便于操作的評估指標和評估方法，實現智能化、數字化、在線實時的預警分析。

參考文獻

[1] 劉文勝.基于粒子群算法的微電網優化配置與低碳調度[D].廣東工業大學，2012.

[2] 唐強.電力系統脆弱性評估方法研究[D].華中科技大學，2012.

[3] 劉明.微電網保護與控制管理系統[D].天津大學，2010，

[4] 陳祎亮.分布式電源的故障特性及其微電網保護原理的研究[D].天津大學，2010.

[5] 劉暢.自愈配電網的脆弱性評估與故障恢復重構研究[D].北京交通大學，2010.