寧夏電網運行方式風險校核經驗智庫設計

顧雨嘉，李宏強，田蓓，張漢花，周雷，馬鑫，張芳

(1.國網寧夏電力有限公司電力科學研究院， 寧夏 銀川 750011；2.北京信息科技大學自動化學院，北京 100192)

電網運行方式正常與檢修計劃風險校核是關乎電網運行期間安全穩定運行的一項重要工作[1-2]。方式安排是電網調度管理水平的重要體現，也是提高電網節能水平的前提。隨著我國電網建設的迅猛發展和電網規模的顯著擴大，電網運行方式的計算量和調整內容也呈規模性地增長，電力系統向多電壓等級、跨區大容量互聯發展，輸變電設備檢修造成系統一次結構改變后，系統的安全穩定運行裕度變小，故障導致的系統運行風險增大，工作人員很難全面而又準確地發現電網運行風險點[3]。檢修方式的安排大多依賴于人員的經驗，或者輔以安全校核，某些方式下，即使是經驗豐富的計算人員，單人校核的電網運行風險點查找率仍會出現不足80%的情況；而工作經驗較少的人員，單人校核的電網運行風險點查找率更是不足60%。

截至2019年底，寧夏電網統調總裝機容量49 379 MW，其中風電裝機容量11 160 MW，光伏裝機容量8 441 MW。寧夏電網的新能源裝機已經達到總裝機容量的41%，超過寧夏電網總負荷，寧夏電網面臨新能源開機、直流群外送、省間斷面等多種運行方式組合。寧夏電網主網架支撐多直流運行能力不足，檢修方式電網安全裕度急劇減小，發生全局性故障的風險大幅升高，電網檢修方式安排難度大。

為保證校核的準確性和可靠性，寧夏電網運行方式風險校核主要依靠多人“背靠背”工作機制，耗時耗力，也無法保證風險點查找率達到100%。因此，梳理寧夏電網運行方式，研發擁有良好人機界面的寧夏電網運行方式經驗智庫，提高了寧夏電網運行方式風險點校核準確性和可靠性，提升了方式計算人員檢修校核的工作效率，降低了電網運行的安全隱患。

1 電力系統承受大擾動能力的安全穩定標準

《電力系統安全穩定導則》所規定的電力系統承受大擾動能力的安全穩定標準是電網運行方式風險校核的基本依據，安全穩定標準分為三級[4-5]。

1.1 第一級安全穩定標準

正常運行方式下的電力系統受到單一故障擾動后，保護、開關及重合閘正確動作，不采取穩控措施，應能保持電力系統穩定運行和電網的正常供電，其他原件不超過規定的事故過負荷能力，不發生連鎖跳閘。

涉及的故障形態包括：任何線路單相瞬時接地故障重合成功；同級電壓的雙同或多同回線和環網，任一回線單相永久故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；同級電壓的雙回或多回線和環網，任一回線三相故障斷開等。

1.2 第二級安全穩定標準

正常運行方式下的電力系統受到較嚴重的故障擾動后，保護、開關及重合閘正確動作，應能保持穩定運行，必要時允許采取切機和切負荷、直流緊急功率控制、抽水蓄能電站切泵等穩定控制措施。

涉及的故障形態包括：單回線或單臺變壓器(輻射型結構)故障或無故障三相斷開；任一段母線故障；同桿并駕雙回線的異名兩相同時發生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時跳開，或同桿并架雙回線同時無故障斷開；直流系統雙極閉鎖等。

1.3 第三級安全穩定標準

電力系統受到嚴重故障后導致穩定破壞時，必須采取失步/快速解列、低頻/低壓減載、高頻切機等措施，避免造成長時間大面積停電和對重要用戶的災害性停電，使負荷盡可能減少到最小，電力系統應盡快恢復正常運行。

涉及的故障形態包括：故障時開關拒動；故障時繼電保護、自動裝置誤動或拒動等。

2 電網運行方式風險校核

根據寧夏電網裝機和負荷預測情況，電網運行方式風險校核選取年初(大負荷、小負荷)、夏季(大負荷、小負荷)和冬季(大負荷、小負荷)六種計算分析典型方式，根據寧夏電網主網架結構特點，結合電力系統承受大擾動能力的三級安全穩定標準，主要針對主網的正常運行方式、正常檢修方式和異常檢修方式進行風險校核，涉及的故障類型主要包括：

(1)全網元件N-1無故障開斷；

(2)兩個系統通過單回線聯絡的，一般選用聯絡線單相瞬時性接地故障，并進行三相短路故障聯絡線跳閘解列后的穩定校核；

(3)220 kV及以上同級電壓的雙回線或多回線和環網，一般選取對穩定不利的一端發生金屬性三相短路永久故障；

(4)300 MW及以上機組滿負荷跳閘或失磁；

(5)直流單、雙極閉鎖；

(6)發電廠和變電站母線三相短路故障，母線上所有元件跳閘；

(7)同桿并架雙回線異名兩相同時發生單相接地故障重合不成功雙回線故障跳閘；

(8)單相故障時開關單相據動；

(9)單相故障死區保護；

(10)大容量發電廠全停；

(11)重要輸電通道N-2故障。

按照上述原則分別對2018年和2019年寧夏電網典型運行方式進行全面安全校核，共發現運行風險499項，涉及檢修項目297項。針對存在運行風險的檢修項目進行梳理分析，提取關鍵信息便于對電網運行風險進行分類管理。

(1)根據檢修時序建立檢修項目邏輯關系，主要包括主檢項目和同檢項目，檢修項目如表1所示。

表1 主檢與同檢項目統計

(2)電網運行風險中提取風險類型、風險等級等關鍵信息，風險類型包括：熱穩越限，熱穩重載，暫穩失穩，拓撲調整，窩電，損失負荷。風險等級按照955號令確定。

(3)從風險控制措施中提取控制輸電斷面及其極限功率等關鍵信息。

(4)梳理檢修設備類型，主要包括線路、母線、開關、變壓器、機組、直流系統。

(5)梳理安全校核類型，主要包括：線路N-1，母線N-1，主變N-1，開關N-1，機組N-1；線路N-2，安控策略，安控動作，同桿N-2、直流系統雙極閉鎖；線路N-3，多重故障，新能源大規模脫網等。

(6)梳理電壓等級，主要包括：±800 kV，±500 kV，750 kV，330 kV，220 kV。

3 系統架構

通過梳理風險校核關鍵信息，理清了寧夏電網運行方式檢修校核項目數據間的邏輯關系，設計了寧夏電網運行方式風險校核經驗智庫的數據結構，構建了軟件結構和功能。

3.1 數據結構

寧夏電網運行方式風險校核經驗智庫的核心數據結構包括智庫方案，主檢項目基本信息，主檢項目風險及控制措施，同檢項目基本信息，同檢項目風險及控制措施。其邏輯關系如圖1所示。

圖1 電網運行方式經驗智庫數據結構

(1)智庫方案信息為寧夏電網運行方式風險校核經驗智庫的標簽，建議按照年度和運行方式來建立智庫方案對電網運行風險進行分類管理，具體信息如表2所示。

表2 智庫方案信息

(2)主檢項目基本信息，與智庫方案信息為主從關系，具體信息如表3所示。

表3 主檢項目基本信息

(3)主檢風險及控制措施，與主檢項目基本信息為主從關系，具體信息如表4所示。

表4 主檢風險及控制措施

(4)同檢項目基本信息，與主檢項目基本信息為主從關系，具體信息如表5所示。

表5 同檢項目基本信息

(5)同檢風險及控制措施，與同檢項目基本信息為主從關系，具體信息如表6所示。

表6 同檢風險及控制措施

3.2 軟件結構

寧夏電網運行方式風險校核經驗智庫的軟件結構和功能如圖2所示。

圖2 電網運行方式風險校核經驗智庫功能和數據流程

(1)風險校核經驗錄入模塊。該模塊提供友好的人機交互界面，支持電網運行方式正常及檢修方式下運行風險信息與控制措施決策信息的錄入，具備錄入數據自動校驗功能，對不滿足要求的數據會給出告警信息。

(2)風險校核經驗管理模塊。此模塊是電網運行風險校核經驗智庫的核心模塊，負責對電網運行風險校核經驗智庫的創建、復制、修改和刪除等，可以按照年度、運行方式等多種維度建立電網運行風險校核經驗智庫，在系統中創建了經驗智庫后才可以錄入電網運行風險校核經驗。

(3)風險校核經驗檢索模塊。風險校核經驗檢索模塊提供人機交互界面對電網運行風險校核經驗智庫中的電網運行風險校核經驗進行快速檢索和分類統計。具備靈活的信息檢索功能，可實現快速查找所需信息。

(4)風險校核經驗導出模塊，支持將選定的風險校核經驗導出成指定格式的E文本、Excel等文件。

4 應用效果

基于QT開發軟件研發了人機界面友好電網運行方式風險校核經驗智庫，實現了預期功能，并可在Windows，Linux或 macOS等多種平臺運行。

針對寧夏電網2018年和2019年安全校核結果，按照檢修時序篩選出主檢項目和同檢項目，按照檢修項目梳理了設備類型、檢修類型、電壓等級、運行風險、控制措施、監控斷面及極限等信息。在智庫軟件中建立了2018年和2019年電網運行方式風險校核經驗智庫方案，分別將上述信息錄入對應的智庫方案。智庫支持按照檢修項目名稱、設備類型、檢修類型、電壓等級、運行風險、控制措施、監控斷面名稱和極限進行檢索查詢和統計。

通過現場部署和試運行表明：該軟件可以建立年度運行方式風險校核經驗智庫，可對近幾年的運行方式校核結果進行分類管理，避免同一信息在不同數據中出現不一致的情況；校核人員可以在經驗智庫中快速檢索出需要的檢修項目及其對應的運行風險和控制措施，有效提高了檢修校核工作效率，全面提升了計算分析人員校核檢修方式風險點的準確性和全面性，對保障電網檢修方式下安全穩定運行有重要意義。

5 結 論

(1)通過梳理2018—2019年度運行方式校核結果，并建立運行方式風險智庫，提升了計算人員(特別是新員工)檢修方式風險點查找的準確性和全面性。智庫信息作為電網運行風險校核的歷史性經驗，在進行月度或年度檢修計劃校核工作中可提供技術參考，但并不作為校核依據。

(2)以電網運行實際應用需求為核心，電網運行方式風險校核經驗智庫人機界面使用體驗較好，便于數據信息錄入、導出、查詢與統計，擴大了經驗智庫的應用范圍。

(3)系統基于長遠的規劃，以滿足未來的需求，因此系統設計時整體考慮了應用系統的架構與功能。基于業界標準，對系統中的協議、數據接口等進行統一規劃，為未來的系統擴展奠定了基礎。