基于電網(wǎng)調(diào)度操作全過程的動態(tài)N-1風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)分析

黃 潔

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司湘西供電分公司，湖南湘西 416000）

1 電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評估框架

調(diào)度操作全過程風(fēng)險(xiǎn)包括：其一，如果調(diào)度操作開關(guān)操作失敗，會導(dǎo)致電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)，比如關(guān)聯(lián)母線故障導(dǎo)致的母線欠壓；其二，執(zhí)行調(diào)度方案后，系統(tǒng)N-1 故障導(dǎo)致的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；其三，執(zhí)行調(diào)度方案之后長時(shí)間運(yùn)行目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)存在潮流越限、電壓越限等風(fēng)險(xiǎn)。后兩者為成功調(diào)度操作后的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，要共同考慮，文中對風(fēng)險(xiǎn)評估過程中發(fā)生故障概率與損失進(jìn)行考慮。基于××電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)需求，設(shè)計(jì)調(diào)度操作過程中風(fēng)險(xiǎn)評估框架如圖1 所示[1]。

圖1 調(diào)度操作過程中風(fēng)險(xiǎn)評估框架

故障分析還要對電網(wǎng)運(yùn)行過程中及開關(guān)操作失敗導(dǎo)致出現(xiàn)的N-1 故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行考慮，具體為：

其一，調(diào)度方案運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。在調(diào)度目標(biāo)完成之后，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估主要包括：電網(wǎng)N-1 故障后的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，要全面分析N-1 故障的損失、概率和潮流；電網(wǎng)是否出現(xiàn)設(shè)備重載、電壓越限、潮流越限等風(fēng)險(xiǎn)。

其二，刀閘與斷路器操作失敗的故障導(dǎo)致開關(guān)操作全過程風(fēng)險(xiǎn)，在對調(diào)度方案開關(guān)操作序列執(zhí)行的過程中，如果操作出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，所以要對每步操作的失敗概率與關(guān)聯(lián)母線故障進(jìn)行分析，以此定量評估操作失敗導(dǎo)致的電網(wǎng)損失[2]。對于指定的調(diào)度方案，假如能夠使開關(guān)操作序列順利執(zhí)行，表示達(dá)成調(diào)度目標(biāo)；相反，在任何開關(guān)操作出現(xiàn)關(guān)聯(lián)母線故障或者拒動時(shí)，工作人員將停止后續(xù)操作，無法完成預(yù)定調(diào)度目標(biāo)，因?yàn)槊坎秸{(diào)度操作成功和后續(xù)執(zhí)行相關(guān)。文中使用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣創(chuàng)建非記憶性狀態(tài)序列模型，并且對各操作故障場景中潮流分布、電網(wǎng)拓?fù)渑c故障損失進(jìn)行分析，之后，通過故障損失與概率對開關(guān)操作流程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算。

其三，為了對調(diào)度操作全過程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合考慮，首先，要對電網(wǎng)運(yùn)行與開關(guān)操作導(dǎo)致的后果嚴(yán)重度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，文中將潮流越限、負(fù)荷損失、設(shè)備重載、電壓越限等作為指標(biāo)[3]。

2 設(shè)備故障時(shí)變概率模型

暴露型設(shè)備故障模型。文中充分考慮天氣原因?qū)е卤┞缎驮O(shè)備故障，首先，通過歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)暴露型設(shè)備時(shí)變故障模型的創(chuàng)建，瞬時(shí)狀態(tài)概率方程為：

式中，Pi(t)為t 時(shí)間在i 狀態(tài)中的瞬時(shí)概率，μ(t)為故障狀態(tài)到運(yùn)行轉(zhuǎn)移速率函數(shù)，λ(t)為運(yùn)行狀態(tài)到故障轉(zhuǎn)移率函數(shù)[4]。

表1 為天氣類型分類，不同天氣所對應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)故障停運(yùn)次數(shù)比例公式：

表1 天氣類型分類

Wi 為i 天氣狀態(tài)下出現(xiàn)故障比例，T 與λ0 表示全部天氣狀態(tài)持續(xù)總時(shí)間和歷史統(tǒng)計(jì)平均故障率，λi 與Ti 表示i天氣狀態(tài)下平均故障率與持續(xù)時(shí)間。

已知設(shè)備故障率計(jì)算公式如式（3）所示：

式中i 為考慮時(shí)間天氣情況時(shí)，通過歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中得到Wi、T、Ti 與λ0。

3 算例分析

利用IEEE-RTS 測試系統(tǒng)對文中方法進(jìn)行驗(yàn)證，分析電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)，設(shè)置調(diào)度操作成功率與失敗率分別為0.98、0.02，表2 為開關(guān)與刀閘故障導(dǎo)致失敗操作幾率，其中的1～23 為各線路，24 為母線[5]。

以綜合調(diào)度為例，假如因?yàn)槟吃蚓€路要通過上述模型計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)，得出風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為27.56、14.36、1.35。以此表示具有較大的電壓越限風(fēng)險(xiǎn)，所以要提請調(diào)度員在操作執(zhí)行過程中實(shí)現(xiàn)電壓預(yù)控措施的制定。

3.1 操作風(fēng)險(xiǎn)分析

因?yàn)榫€路側(cè)刀閘的中斷為不帶電操作，并沒有操作風(fēng)險(xiǎn)，操作風(fēng)險(xiǎn)為母線側(cè)刀閘與開關(guān)操作。針對電壓越限風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)RU 與支路過載風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)RO，表2 中的1、4 步風(fēng)險(xiǎn)比2、5 步大。第1 步開關(guān)爆炸和第4 步刀閘瓷瓶斷裂會使母線15 失壓，將與其相連接的設(shè)備切除。母線15 失壓切除設(shè)備比母線24 要多，提高了對潮流的影響，所以存在高風(fēng)險(xiǎn)。母線15 和負(fù)荷連接，那么導(dǎo)致的母線失壓會降低負(fù)荷。所以，整體調(diào)度中要注意第1 步和第4 步的風(fēng)險(xiǎn)，從而使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全的運(yùn)行[6]。

表2 開關(guān)與刀閘故障導(dǎo)致失敗操作幾率

3.2 操作風(fēng)險(xiǎn)來源

因?yàn)椴僮鞒晒蚴『蟀l(fā)展?fàn)顟B(tài)導(dǎo)致調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)，對于線路15～24 從運(yùn)行到冷備操作，表3 為操作風(fēng)險(xiǎn)來源。

通過表3 可以看出來，潮流與電壓越限風(fēng)險(xiǎn)為正常的操作狀態(tài)，也就是正常操作之后系統(tǒng)的高風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)椴僮魇?dǎo)致出現(xiàn)負(fù)荷削減。

表3 操作風(fēng)險(xiǎn)來源

其實(shí)，操作失敗與成功之后的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對于導(dǎo)致系統(tǒng)電壓越限與支路過載比操作成功的指標(biāo)大，但是發(fā)生概率比較小，所以總指標(biāo)占比小。針對負(fù)荷削減風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，在失敗操作極端情況中會導(dǎo)致母線失壓，從而削減負(fù)荷，所以操作失敗會出現(xiàn)負(fù)荷削減。

3.3 開關(guān)操作風(fēng)險(xiǎn)

（1）將母聯(lián)開關(guān)合上，如果此操作拒動，將停止后續(xù)操作，不會改變原本的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；如果此操作開關(guān)爆炸，母線失壓，后續(xù)操作停止，則全站失壓。

（2）斷開電站開關(guān)，導(dǎo)致拒動失敗和開關(guān)爆炸，拒動停止后續(xù)操作，電站環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，也就是第一個(gè)操作后的電網(wǎng)狀態(tài)，爆炸會導(dǎo)致電站全站失壓。

實(shí)際調(diào)度操作會更加復(fù)雜，為了避免電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行，撤銷步驟1。為了使電網(wǎng)狀態(tài)空間降低，文中只是執(zhí)行調(diào)度方案到目標(biāo)的過程，對調(diào)度單項(xiàng)序列失敗導(dǎo)致的損失考慮，忽視后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)處理。基于實(shí)際電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)的定級規(guī)則，設(shè)置220kV 負(fù)荷損失指標(biāo)重要程度為5，設(shè)置110kV 負(fù)荷重要性程度為1。

4 結(jié)語

文中提出對調(diào)度操作全過程考慮的動態(tài)N-1風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)框架，分析開關(guān)操作和目標(biāo)電網(wǎng)N-1 故障導(dǎo)致的關(guān)聯(lián)母線N-1風(fēng)險(xiǎn)。此風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)被應(yīng)用到實(shí)際供電局中，提供穩(wěn)定運(yùn)行階段與貫穿開關(guān)操作量化風(fēng)險(xiǎn)值，能夠使調(diào)度員對最終調(diào)度方案作出選擇。