朱洪亮，周昱甬，尹建兵，龔劍波，黃民翔

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.浙江大學 電氣工程學院，杭州310027）

0 引言

輸電系統(tǒng)可靠性主要是指從電源點輸送電力到供電點并按預定規(guī)則滿足供電負荷電力和電能量需求之能力的度量，主要包括靜態(tài)角度的充裕度和暫態(tài)角度的安全性兩個方面[1]。傳統(tǒng)的可靠性分析主要是指充裕度分析，充裕度指標又分為表征故障局部影響的負荷點指標和表征故障對整個系統(tǒng)影響的系統(tǒng)指標兩大類。

隨著國家電網(wǎng)公司建設(shè)“一強三優(yōu)”電網(wǎng)要求的提出，也為了適應“安全、高質(zhì)、環(huán)?！钡闹悄茈娋W(wǎng)建設(shè)的需要，我國現(xiàn)行專注于設(shè)備側(cè)管理的輸電系統(tǒng)可靠性統(tǒng)計與評價體系已顯現(xiàn)不足，建立適合我國輸電系統(tǒng)的可靠性評價新體系已顯得日益重要。

本文介紹了輸電系統(tǒng)可靠性評價的國內(nèi)外研究進展，基于RAMSES評價軟件建立適合國內(nèi)輸電系統(tǒng)可靠性評價的模型，并對某220 kV電壓等級輸電系統(tǒng)的現(xiàn)狀網(wǎng)架和規(guī)劃網(wǎng)架開展了可靠性量化評價研究與結(jié)果分析。

1 國內(nèi)外輸電系統(tǒng)可靠性評價體系研究

輸電系統(tǒng)可靠性評價及研究，國內(nèi)外學者已取得一些成果[2-3]。其中，英、美等國近年來在可靠性統(tǒng)計與評價方面開展了大量研究，評價的側(cè)重點從原先側(cè)重于設(shè)備元件轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)重于從系統(tǒng)的角度對輸電系統(tǒng)進行總體評價[4]。

美國電科院（EPRI）將輸電系統(tǒng)的性能劃分為輸送能力系列和輸電服務能力系列，并把系統(tǒng)可用性和DP點可用性作為該可靠性評價體系的關(guān)鍵性指標，其中DP點定義為輸電系統(tǒng)變電站變壓器的高壓側(cè)，包括發(fā)電DP點、負荷DP點及聯(lián)絡(luò)線DP點。

美國中東部可靠性協(xié)作組織（ECAR）將系統(tǒng)可用性（System Availability）作為其重要的可靠性評價指標，定義為：

系統(tǒng)可用性=（總回路小時數(shù)-各回路總停用小時數(shù)）/總回路小時數(shù)×100%

式中：總回路小時數(shù)=每年小時數(shù)×總回路數(shù)。

英國能源監(jiān)管機構(gòu)（OFGEM）于2005年開始實施“輸電網(wǎng)可靠性激勵方案”，將電網(wǎng)全年從輸電系統(tǒng)失去的總供電量（MWh）作為可靠性評價標準。

而我國目前的輸電系統(tǒng)可靠性統(tǒng)計與評價體系仍專注于設(shè)備管理方面，與北美、英國地區(qū)的評價體系有較大差異[4]。從設(shè)備元件角度評價輸電系統(tǒng)的可靠性，能明晰管理電網(wǎng)資產(chǎn)，為設(shè)備維護、狀態(tài)檢修及招標工作提供有力支持，但是不利于對整個電網(wǎng)的整體評價、管理和工作效益考核，不能直接衡量系統(tǒng)可靠性的優(yōu)劣。

從系統(tǒng)角度對輸電系統(tǒng)進行可靠性評價是我國電力工業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢，國外的研究進展與實踐經(jīng)驗，也為我國輸電系統(tǒng)評價體系的進一步發(fā)展與完善提供了參考方向。

2 基于RAMSES軟件的輸電系統(tǒng)可靠性評價建模

2.1 基于RAMSES的可靠性評價原理

大型商業(yè)可靠性評價軟件RAMSES（Reliability Analysis Methods for Electrical Power Systems）由德國亞琛工業(yè)大學電力系統(tǒng)與電力經(jīng)濟研究所開發(fā)，已在世界電力工業(yè)界眾多企業(yè)中得到應用[5-6]。軟件采用基于解析的概率分析法，可實現(xiàn)的功能主要有：電網(wǎng)潮流和短路電流計算；電網(wǎng)故障模擬，并進行故障后果和預防策略分析；電網(wǎng)可靠性定量計算與分析，找出網(wǎng)絡(luò)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。

基于RAMSES原理進行可靠性評價的流程如下：

（1）建立網(wǎng)絡(luò)模型并按一定格式輸入RAMSES軟件，檢查輸入數(shù)據(jù)無誤后，確定相應的網(wǎng)絡(luò)故障組合。

（2）建立故障模型，主要包括單重故障和重疊故障。

（3）對故障后果進行分析。此過程中所有故障均被模擬，對所有預想的故障進行后果分析，判斷各種故障組合模型是否導致停電。

（4）計算并輸出各負荷點的可靠性指標，包括平均停電頻率、平均停電時間、供電可靠率等。

（5）通過負荷點的可靠性結(jié)果進一步計算整個系統(tǒng)的可靠性量化指標。

基于RAMSES的可靠性評價流程見圖1。

圖1 基于RAMSES的輸電系統(tǒng)可靠性評價流程

2.2 基于RAMSES的可靠性評價指標

RAMSES軟件輸出的可靠性評價指標偏向于負荷點側(cè)，在對輸電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建模時將各220 kV變電站主變壓器低壓側(cè)母線等效為負荷點，從而使軟件可直接計算得到各等效負荷點的可靠性指標：負荷點電力不足時間期望，h/a；負荷點年停電次數(shù)，次/年；負荷點電量不足期望值，MWh/a。

基于RAMSES輸出的上述指標，可進一步采用以下輸電系統(tǒng)可靠性評價指標：

（1）系統(tǒng)電力不足時間概率LOLP。

式中：Ci為每個負荷點負荷大??；C為評估系統(tǒng)的總負荷大小；LOLPi為每個負荷點的電力不足時間概率。

（2）電量不足期望值 EENS， MWh/a。

（3）系統(tǒng)停電等效小時數(shù)SIEH，h/a。

（4）系統(tǒng)切電指標 BPECI， MWh/（MWa）， 即系統(tǒng)故障在供電點引起的消減電量總和與系統(tǒng)年最大負荷之比。

（5）停電影響的嚴重性指標SI。

SI用系統(tǒng)分來度量，一個系統(tǒng)分相當于在峰荷時全系統(tǒng)停電1 min。SI的大小代表停電影響的嚴重級別，SI越大，說明系統(tǒng)承受故障的能力越差，即可靠性水平越低。還可用SI對不同規(guī)模的系統(tǒng)進行比較。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及對可靠性問題的日益重視，SI指標將得到更為廣泛的應用。

3 計算實例

以浙江某220 kV輸電系統(tǒng)作為計算實例：該系統(tǒng)現(xiàn)狀網(wǎng)架以5座500 kV變電站和各發(fā)電廠為電源點，有220 kV變電站37座，總?cè)萘繛?401萬kVA，全網(wǎng)最高負荷為792萬kW；該輸電系統(tǒng)的2015年規(guī)劃方案中，有220 kV公用變電站68座，變電容量為3003萬kVA，預測最高負荷達1500萬kW。

對本計算實例進行可靠性評價，網(wǎng)架建模采用該輸電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)；電力元件電氣參數(shù)由《電力工程電氣設(shè)計手冊》查得；元件可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用該地區(qū)2007-2009年可靠性統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要包括各元件非計劃停運率、平均每次非計劃停運時間、計劃停運率、平均每次計劃停運時間等；負荷建模時將各220 kV變電站110 kV母線側(cè)等效為負荷點，現(xiàn)狀年負荷數(shù)據(jù)由夏季用電高峰期間各主變壓器最大有功功率數(shù)據(jù)結(jié)合同時率統(tǒng)計得到，規(guī)劃網(wǎng)架負荷數(shù)據(jù)由該網(wǎng)2015年預測峰荷潮流數(shù)據(jù)得到。

本次評價不考慮因系統(tǒng)電源不足而限電導致的停電以及110 kV母線以下故障引起的停電。

根據(jù)RAMSES評價初步結(jié)果，并進一步計算系統(tǒng)可靠性指標，得到評價結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)可靠性指標評價結(jié)果

根據(jù)上述評價指標結(jié)果，對該輸電系統(tǒng)現(xiàn)狀年和規(guī)劃年兩個網(wǎng)架的各項可靠性量化指標分析、對比如下：

（1）2015年規(guī)劃網(wǎng)架的可靠性指標除EENS指標外，其余指標均好于現(xiàn)狀網(wǎng)架。若綜合考慮規(guī)劃網(wǎng)架的變電容量和負荷在“十二五”期間有大幅度增長的情況，則規(guī)劃網(wǎng)架的系統(tǒng)可靠性要明顯好于現(xiàn)狀網(wǎng)架。如SI指標，現(xiàn)狀網(wǎng)架電量不足等效為2009年用電高峰時全系統(tǒng)停電6.121 min，而規(guī)劃網(wǎng)架年電量不足等效為2015年用電高峰時全系統(tǒng)停電4.920 min，系統(tǒng)故障嚴重程度減輕19.6%，系統(tǒng)可靠性明顯提高。

（2）2015年規(guī)劃網(wǎng)架可靠性提高的主要因素為500 kV和220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改善。如現(xiàn)狀網(wǎng)架中存在單主變運行的變電所，不能通過“單主變N-1校驗”；而2105年規(guī)劃網(wǎng)架中不存在單主變運行變電站，220 kV電網(wǎng)以各500 kV變電所為中心，大部分形成閉式雙環(huán)網(wǎng)，部分形成鏈式網(wǎng)絡(luò)，供電可靠性有效提高。

（3）系統(tǒng)可靠性評價的精確度取決于評價所需數(shù)據(jù)是否完整。該實際輸電系統(tǒng)可靠性評價實例中，可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和網(wǎng)架信息詳盡完整，使得本次可靠性評價為該地區(qū)“十二五”電網(wǎng)規(guī)劃提供了有力支持。

4 結(jié)語

在建設(shè)“安全、高質(zhì)、環(huán)?！敝悄茈娋W(wǎng)的背景下，建立適應國內(nèi)電網(wǎng)實際的輸電系統(tǒng)可靠性評價體系非常重要?；谏虡I(yè)可靠性評價軟件RAMSES及相應的評價指標，可從系統(tǒng)角度對輸電系統(tǒng)進行可靠性評價，為實際電網(wǎng)的規(guī)劃工作提供了有效的參考依據(jù)。

[1] 郭永基.電力系統(tǒng)可靠性分析[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2] BILLLINTON R，ALLAN R.Reliability Evaluation of Power systems[M].New York and London∶Plenum Press，1996.

[3] 王超.電力系統(tǒng)可靠性評估中的幾個重要問題研究[D].浙江大學，2007.

[4] 謝偉.北美與英國輸電系統(tǒng)可靠性評價方法和提示[J].供用電.2009，26（1）∶1-13.

[5] 韓輝，黃民翔，林建寧.莆田市10 kV配電網(wǎng)可靠性評估與研究[J].能源工程.2008（6）∶15-19.

[6] 尹建兵，黃民翔，許諾.基于供電可靠性量化分析的110 kV電網(wǎng)典型接線方式選擇[J].浙江電力.2010（2）∶1-4.