杜貴和,王正風(fēng),趙 新

（1.安徽省電力公司,安徽 合肥 230022;2.沈陽(yáng)供電公司,遼寧 沈陽(yáng) 110811）

確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和對(duì)用戶的可靠供電是電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理部門最關(guān)注的內(nèi)容[1-2],也是電網(wǎng)公司承擔(dān)的重要社會(huì)職責(zé),而電網(wǎng)的供電能力是電網(wǎng)公司對(duì)社會(huì)責(zé)任的最終表現(xiàn)形式之一。在《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》[3]中將電力系統(tǒng)承受大擾動(dòng)能力的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)。第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保持穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的正常供電;第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保持穩(wěn)定運(yùn)行,但允許損失部分負(fù)荷;第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負(fù)荷損失。由此可見,電網(wǎng)的供電能力評(píng)估至關(guān)重要,是電網(wǎng)運(yùn)行管理者必須關(guān)注的問題。特別是隨著智能電網(wǎng)的建設(shè),電網(wǎng)公司的供電能力是建設(shè)智能電網(wǎng)成敗的關(guān)鍵之一[4-8]。

電網(wǎng)的供電能力評(píng)估包括電網(wǎng)網(wǎng)架的供電能力評(píng)估和電網(wǎng)運(yùn)行方式安排供電能力評(píng)估兩個(gè)部分。電網(wǎng)網(wǎng)架供電能力是實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶供電需求的前提和保證,是電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃部門進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和改造所考慮的重要因素,只有堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)網(wǎng)架才能滿足對(duì)用戶的可靠供電,因此堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)網(wǎng)架是電網(wǎng)運(yùn)行方式安排合理的前提和基礎(chǔ)。而電網(wǎng)運(yùn)行方式供電能力評(píng)估是電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理人員安排電網(wǎng)運(yùn)行方式合理與否的“試金石”,合理的電網(wǎng)運(yùn)行方式安排應(yīng)能保證對(duì)用戶的供電、N-1元件事故下不出現(xiàn)限電、不損失負(fù)荷。

1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》是電網(wǎng)運(yùn)行管理者遵循的規(guī)范,電網(wǎng)運(yùn)行必須滿足其規(guī)定的要求?！峨娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定電網(wǎng)第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)必須滿足對(duì)用戶的正常供電,電網(wǎng)第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)是指電網(wǎng)擾動(dòng)在下述元件受到擾動(dòng)后,保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動(dòng)作,不采取穩(wěn)定控制措施,必須保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)正常供電,其他元件不超過規(guī)定的事故過負(fù)荷能力,不發(fā)生聯(lián)鎖跳閘[3]。這些擾動(dòng)具體如下。

a.任何線路單相瞬時(shí)接地故障重合成功。

b.同級(jí)電壓的雙回線或環(huán)網(wǎng),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。

c.同級(jí)電壓的雙回線或環(huán)網(wǎng),任一回線三相永久故障斷開不重合。

d.任一發(fā)電機(jī)跳閘或失磁。

e.受端系統(tǒng)任一臺(tái)變壓器故障退出運(yùn)行。

f.任一大負(fù)荷突然變化。

g.任一交流聯(lián)絡(luò)線路故障或無故障斷開不重合。

h.直流輸電線路單極故障。

供電能力評(píng)估是指電網(wǎng)運(yùn)行能否滿足事故后對(duì)用戶的可靠供電,即滿足電網(wǎng)運(yùn)行的第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。特別是隨著電網(wǎng)公司承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的增大,保障對(duì)社會(huì)和用戶的供電可靠性已愈加重要,因此對(duì)電網(wǎng)事故后的供電能力評(píng)估至關(guān)重要。需要強(qiáng)調(diào)指出的是,在供電能力評(píng)估中,設(shè)置故障集,必須要包含《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》所包含的各種故障,特別需要對(duì)受端系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)跳閘和變壓器故障退出故障進(jìn)行供電能力評(píng)估。

2 電網(wǎng)網(wǎng)架供電能力評(píng)估

應(yīng)用當(dāng)前系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)以及電源建設(shè)的相關(guān)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的供電能力評(píng)估。電網(wǎng)網(wǎng)架的評(píng)估流程如圖1所示。

圖1中各流程框的含義如下。

a.電網(wǎng)正常方式網(wǎng)架。電網(wǎng)全接線方式的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),也包括對(duì)未來電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃結(jié)構(gòu),通常采用典型高峰運(yùn)行方式和最大高峰運(yùn)行方式。

b.機(jī)組及負(fù)荷數(shù)據(jù)。包括當(dāng)前電網(wǎng)機(jī)組和未來電網(wǎng)機(jī)組的發(fā)電數(shù)據(jù),當(dāng)前電網(wǎng)的最大高峰負(fù)荷、典型高峰負(fù)荷數(shù)據(jù),未來電網(wǎng)的最大高峰負(fù)荷、典型高峰負(fù)荷數(shù)據(jù)。

圖1 電網(wǎng)網(wǎng)架供電能力評(píng)估流程

c.穩(wěn)定計(jì)算分析。針對(duì)電網(wǎng)的網(wǎng)架、發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析,目前根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》的要求,對(duì)電網(wǎng)的安全要求包括3方面的穩(wěn)定計(jì)算,即功角穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定。對(duì)于功角穩(wěn)定和熱穩(wěn)定,目前電網(wǎng)運(yùn)行人員采用電網(wǎng)控制斷面來進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析,通常這種控制斷面包括熱穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定2個(gè)方面,以二者嚴(yán)重的作為穩(wěn)定控制斷面的潮流極限,便于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員控制電網(wǎng)潮流分布。由于電壓穩(wěn)定更多地與無功功率相關(guān),同時(shí)由于無功電源的多樣性,電壓穩(wěn)定可以采用就近安裝無功電源的辦法來解決,包括就地安裝并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器SVC等,目前無論從電網(wǎng)規(guī)劃還是從電網(wǎng)實(shí)際調(diào)度運(yùn)行來說,在電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中并沒有將電壓穩(wěn)定作為決定性的因素進(jìn)行考慮。在制定電網(wǎng)規(guī)劃時(shí),最主要的考慮是暫態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定,因此電壓穩(wěn)定對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃造成的影響在此不作詳細(xì)討論。

d.熱穩(wěn)or暫穩(wěn)限額＞傳輸功率。輸電網(wǎng)目前多數(shù)是環(huán)網(wǎng)形式,因此對(duì)于穩(wěn)定計(jì)算給出的限額包括輸電向受電區(qū)的限額,也包括環(huán)網(wǎng)之間或區(qū)域之間的輸電斷面?zhèn)鬏敼β?。若給出的穩(wěn)定限額不滿足傳輸功率的要求,則是網(wǎng)架存在問題,應(yīng)該調(diào)整網(wǎng)架,轉(zhuǎn)a,否則轉(zhuǎn)e。

e.受端電網(wǎng)+熱穩(wěn)定限額。若給出的是受端電網(wǎng),并且其給出的是熱穩(wěn)定限額,則需要繼續(xù)考慮電網(wǎng)是否存在結(jié)構(gòu)問題,轉(zhuǎn)f;給出的暫態(tài)穩(wěn)定限額,或非受端電網(wǎng),表明電網(wǎng)已滿足限額大于輸電功率要求,電網(wǎng)網(wǎng)架是合理的,轉(zhuǎn)j。

f.熱穩(wěn)定限額/1.3＞負(fù)荷。當(dāng)是對(duì)受端電網(wǎng)給出的熱穩(wěn)定限額時(shí),需要判斷將限額除以1.3獲得的傳輸功率限額能否大于負(fù)荷,這主要是因?yàn)闊岱€(wěn)定限額是考慮了電力設(shè)備事故后30 min過負(fù)荷能力。若傳輸限額大于用電負(fù)荷,則網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理,轉(zhuǎn)j;若傳輸限額小于用電負(fù)荷,則需要判斷受端電網(wǎng)是否存在調(diào)節(jié)手段,如倒負(fù)荷、低一級(jí)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能否調(diào)整等,轉(zhuǎn)i。

g.電網(wǎng)網(wǎng)架不足信息。當(dāng)給出的熱穩(wěn)定限額/1.3后仍小于受端電網(wǎng)用電負(fù)荷,并且受端電網(wǎng)不存在調(diào)節(jié)手段,則表明受端電網(wǎng)不能滿足事故30min后的用電需求,電網(wǎng)網(wǎng)架存在不足,需要重新調(diào)整網(wǎng)架。

h.優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)架。根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化軟件進(jìn)行電網(wǎng)網(wǎng)架的優(yōu)化,優(yōu)化后轉(zhuǎn)a。

i.采取控制措施。主要是指在受端通過電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段,如倒負(fù)荷、低一級(jí)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)至滿足受端電網(wǎng)用電需求。

j.網(wǎng)架合理。滿足了上述的條件,則認(rèn)為電網(wǎng)網(wǎng)架是合理的,能滿足對(duì)用戶的正常供電需求。

3 電網(wǎng)運(yùn)行方式安排供電能力評(píng)估

3.1 WAMS系統(tǒng)及其在電網(wǎng)運(yùn)行方式安排中應(yīng)用

近些年隨著同步相量測(cè)量單元（PMU）的出現(xiàn),以及在此基礎(chǔ)上建立的WAMS系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和在線穩(wěn)定計(jì)算分析,從而為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員提供電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況和電網(wǎng)運(yùn)行的在線預(yù)決策信息,增強(qiáng)了電力調(diào)度運(yùn)行人員駕馭電網(wǎng)運(yùn)行的能力。鑒于此,國(guó)家電力調(diào)度通信中心和國(guó)家電網(wǎng)公司先后下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)廣域相量測(cè)量系統(tǒng)建設(shè)及實(shí)用化工作的要求》[9]和《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[10]指導(dǎo)各網(wǎng)省公司的WAMS系統(tǒng)建設(shè)。在基于WAMS系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用功能逐漸成熟的基礎(chǔ)上,國(guó)家電力調(diào)度通信中心在2008年又下發(fā)了《在線安全穩(wěn)定預(yù)警系統(tǒng)功能規(guī)范》[11]。2009年國(guó)家電力調(diào)度通信中心在國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的號(hào)召下,又下發(fā)了《智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)框架》[12],明確指出了智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)包括“一個(gè)平臺(tái),四個(gè)應(yīng)用”,即在一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警、調(diào)度計(jì)劃、安全校核和調(diào)度管理等四大類核心應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)很多網(wǎng)省公司都根據(jù)國(guó)家電力調(diào)度通信中心的要求建設(shè)完成了WAMS系統(tǒng)?？蛇M(jìn)一步將WAMS的高級(jí)計(jì)算分析功能推廣應(yīng)用至電網(wǎng)的運(yùn)行方式的預(yù)安排上,從而為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理人員進(jìn)行合理的電網(wǎng)方式安排提供指導(dǎo)。WAMS系統(tǒng)的高級(jí)在線計(jì)算分析功能包括在線狀態(tài)估計(jì)、在線低頻振蕩在線分析、在線靜態(tài)安全分析、在線熱穩(wěn)定計(jì)算分析、在線暫態(tài)功角穩(wěn)定計(jì)算分析、在線暫態(tài)電壓安全計(jì)算分析以及與之相適應(yīng)的預(yù)防控制輔助決策等。

3.2 電網(wǎng)運(yùn)行方式安排

在電網(wǎng)規(guī)劃合理后,我們還需要根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況,如電力設(shè)備的檢修、停運(yùn),新設(shè)備的投運(yùn)等都會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定以及對(duì)用戶的供電能力造成影響。電網(wǎng)運(yùn)行方式安排的流程圖如圖2所示。

圖2各流程框的含義如下。

a.電網(wǎng)實(shí)時(shí)模型。利用WAMS系統(tǒng)獲得當(dāng)前電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

b.電氣設(shè)備一次方式安排。電網(wǎng)電氣設(shè)備一次方式安排是根據(jù)電網(wǎng)電氣設(shè)備運(yùn)行情況,安排包括發(fā)電機(jī)、線路、變壓器、母線、開關(guān)等設(shè)備的檢修,也包括各種新設(shè)備的投運(yùn),這些電網(wǎng)的正常運(yùn)行操作都會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。

圖2 電網(wǎng)運(yùn)行方式安排評(píng)估流程圖

c.穩(wěn)定計(jì)算分析。針對(duì)電網(wǎng)電氣設(shè)備一次方式的改變,電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員需要進(jìn)行電網(wǎng)控制斷面的穩(wěn)定計(jì)算分析,通過這種控制斷面包括熱穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩個(gè)方面,以二者嚴(yán)重的作為穩(wěn)定控制斷面的潮流極限,便于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員控制電網(wǎng)潮流分布。

d.母線負(fù)荷預(yù)測(cè)。母線負(fù)荷預(yù)測(cè)功能是根據(jù)歷史用電負(fù)荷情況,對(duì)未來用電負(fù)荷的預(yù)測(cè)。通常所采用的負(fù)荷預(yù)測(cè)通常為明日96點(diǎn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)或一周內(nèi)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè),將這些母線負(fù)荷的預(yù)測(cè)值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃安全校核和供電能力評(píng)估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

e.發(fā)電計(jì)劃安排。根據(jù)發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司簽訂的發(fā)電合同以及電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃安排,確保有功功率平衡,保障用戶可靠用電。

f.發(fā)電安全校核。根據(jù)自動(dòng)獲取的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?穩(wěn)定計(jì)算給出的穩(wěn)定控制斷面,母線負(fù)荷預(yù)測(cè)提供的各節(jié)點(diǎn)母線明日96時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)或一周內(nèi)各節(jié)點(diǎn)母線的負(fù)荷預(yù)測(cè)以及發(fā)電計(jì)劃安排,進(jìn)行安全校核及裕度校正,校核各種預(yù)想運(yùn)行方式下潮流控制斷面能否滿足負(fù)荷用電需求。若滿足,轉(zhuǎn)g;若安排的發(fā)電計(jì)劃不能滿足安全校核的需要,首先調(diào)整發(fā)電計(jì)劃安排,若調(diào)節(jié)發(fā)電計(jì)劃安排仍不能滿足安全校核需要,則轉(zhuǎn)b,調(diào)整電網(wǎng)一次方式安排。

g.熱穩(wěn)or暫穩(wěn)限額判斷。若給出的限額是暫穩(wěn)限額,則運(yùn)行方式安排合理,轉(zhuǎn)l;若給出的限額是熱穩(wěn)限額,則轉(zhuǎn)h。

h.受端電網(wǎng)限額判斷。若給出的熱穩(wěn)限額是針對(duì)熱穩(wěn)定的,轉(zhuǎn)i,否則電網(wǎng)運(yùn)行方式安排合理,轉(zhuǎn)l。需要說明的是,由于電網(wǎng)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變,受端電網(wǎng)不是固定不變的,而是隨機(jī)組運(yùn)行方式、負(fù)荷變化而變化的。

i.熱穩(wěn)定限額/1.3＞負(fù)荷。該部分意義同圖1,即當(dāng)熱穩(wěn)定限額/1.3大于負(fù)荷需求時(shí),則電網(wǎng)運(yùn)行方式安排合理,轉(zhuǎn)l;當(dāng)熱穩(wěn)定限額/1.3小于負(fù)荷需求時(shí),則需要判斷受端電網(wǎng)是否存在調(diào)節(jié)手段,轉(zhuǎn)j。

j.存在控制受端判斷。當(dāng)熱穩(wěn)定限額/1.3小于負(fù)荷需求時(shí),則需要判斷受端電網(wǎng)是否存在調(diào)節(jié)手段,若不存在,轉(zhuǎn)b;存在控制手段,轉(zhuǎn)k。

k.采取控制措施。主要是指在受端通過電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段,如倒負(fù)荷、低一級(jí)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)滿足受端電網(wǎng)用電需求。

l.方式安排合理。在滿足上述調(diào)節(jié)后,則電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員安排的方式是合理的,能保障對(duì)用戶的可靠供電。

4 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)的供電能力評(píng)估是電網(wǎng)運(yùn)行管理者必須關(guān)注的問題,也是電網(wǎng)運(yùn)行管理者所面臨的社會(huì)責(zé)任。從《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》提出的第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)入手,提出從電網(wǎng)規(guī)劃角度和電網(wǎng)運(yùn)行方式安排角度對(duì)電網(wǎng)的供電能力進(jìn)行評(píng)估,從而為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理人員提供合理有效的信息,增強(qiáng)電網(wǎng)抵御大擾動(dòng)的能力,提高電網(wǎng)的安全水平。這也是和國(guó)家電網(wǎng)公司構(gòu)建的智能電網(wǎng)建設(shè)框架的目標(biāo)是一致的。

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