劉樹(shù)安,吳杰康,鄭風(fēng)雷,晏浩然,黃　強(qiáng)

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 東莞供電局,廣東 東莞 523008; 2.廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,廣州 510006)

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考慮負(fù)載率的電磁環(huán)網(wǎng)供電可靠性評(píng)估方法

劉樹(shù)安1,吳杰康2,鄭風(fēng)雷1,晏浩然2,黃強(qiáng)1

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 東莞供電局,廣東 東莞 523008; 2.廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,廣州 510006)

針對(duì)多電壓等級(jí)電網(wǎng)中電磁環(huán)網(wǎng)對(duì)供電可靠性的影響問(wèn)題,構(gòu)建了多級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行和聯(lián)絡(luò)線負(fù)載概率模型;根據(jù)負(fù)荷變化的不確定特性,在一定的負(fù)荷水平下,對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)中進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)線負(fù)載率和過(guò)負(fù)荷率進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析,并提出電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷概率計(jì)算方法。以某一大型電網(wǎng)2個(gè)220 kV變電站所形成電磁環(huán)網(wǎng)為例,計(jì)算分析了各種運(yùn)行方式下進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷概率,揭示了電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)供電可靠性的影響。

電磁環(huán)網(wǎng);可靠性評(píng)估方法;負(fù)載率;進(jìn)線;聯(lián)絡(luò)線

在多電壓等級(jí)電網(wǎng)中,變電站之間在不同的電壓等級(jí)通過(guò)不同聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行互聯(lián),往往在變壓器電磁回路形成環(huán)路[1]。電磁環(huán)網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)特征,電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行是電力系統(tǒng)運(yùn)行中需要特別注意的一種方式。因此電磁環(huán)網(wǎng)及其對(duì)運(yùn)行可靠性影響已受到極大的關(guān)注,并成為研究的熱點(diǎn)主題[2]。在中國(guó),220～500 kV、330～750 kV等多電壓等級(jí)電網(wǎng)中電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題比較突出[3-4],需要給以高度重視并進(jìn)行針對(duì)性研究,以找出防范和控制的技術(shù)方法。

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估中,模擬法、解析法、多狀態(tài)模型評(píng)估算法、重要抽樣算法、卷積計(jì)算方法、運(yùn)行可靠性評(píng)估方法、故障模式后果分析法、最小路最小割集法、網(wǎng)絡(luò)等值法、故障擴(kuò)散法等[5-10],對(duì)于電磁環(huán)網(wǎng)可靠性評(píng)估均有借鑒之處,同時(shí)在這些成熟的評(píng)估方法基礎(chǔ)上加以進(jìn)行針對(duì)性研究,可以提出改進(jìn)方法。本文考慮負(fù)載率的影響,針對(duì)變電站高低壓側(cè)電磁環(huán)網(wǎng)的可靠性問(wèn)題進(jìn)行了研究,并提出變電站進(jìn)線過(guò)載概率計(jì)算方法。

1　電磁環(huán)網(wǎng)中線路負(fù)載率

圖1　高低壓側(cè)均有聯(lián)絡(luò)線的兩級(jí)互聯(lián)系統(tǒng)

假設(shè)2個(gè)變電站的負(fù)荷功率變化互不影響、相互獨(dú)立,并服從正態(tài)分布,則有

2個(gè)變電站總的負(fù)荷功率也服從正態(tài)分布,其概率密度函數(shù)為

2個(gè)變電站總負(fù)荷功率的累積分布函數(shù)為

其中y為2個(gè)變電站總負(fù)荷功率。

在2個(gè)變電站進(jìn)線全部正常運(yùn)行時(shí),所有進(jìn)線不過(guò)載的概率為

對(duì)兩級(jí)多條線路多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行的供電系統(tǒng)進(jìn)行N-1靜態(tài)安全分析,當(dāng)變電站I中有1條進(jìn)線因檢修或故障退出運(yùn)行時(shí),此種情況下所有進(jìn)線不過(guò)載的概率為

當(dāng)變電站Ⅱ中有1條進(jìn)線因檢修或故障退出運(yùn)行時(shí),此種情況下所有進(jìn)線不過(guò)載的概率為

2　實(shí)例計(jì)算與分析

東莞電網(wǎng)的部分接線如圖2所示。

圖2　220 kV板橋站和寒溪站兩級(jí)互聯(lián)系統(tǒng)接線圖

從圖2可以看出,220 kV的板橋站和寒溪站的高低壓側(cè)均用輸電線連接,形成了兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng),符合圖1所示的高低壓側(cè)均有聯(lián)絡(luò)線的兩級(jí)互聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。

220 kV板橋變電站有3條進(jìn)線,分別為水板甲線、水板乙線、新板線。水板甲線、水板乙線的安全輸電容量均為380 MVA,新板線的安全輸電容量為360 MVA。220 kV寒溪變電站有2條進(jìn)線,分別為橫寒甲線和橫寒乙線,橫寒甲線和橫寒乙線的安全輸電容量均為375 MVA。取標(biāo)準(zhǔn)容量SB=100 MVA,假定220 kV板橋變電站所接負(fù)荷功率服從期望值為7.45,方差為1;220 kV寒溪變電站所接負(fù)荷功率服從期望值為4.80,方差為1。

2個(gè)變電站負(fù)荷功率為

2.1變電站進(jìn)線全部正常運(yùn)行時(shí)可靠性分析

當(dāng)2個(gè)變電站的進(jìn)線全部正常工作時(shí),在此種負(fù)荷水平下進(jìn)線不過(guò)負(fù)載的概率為

P(kLI≤1,kLⅡ≤1)=

Φ(4.56)≈1

這說(shuō)明當(dāng)板橋變電站和寒溪變電站的進(jìn)線全部正常運(yùn)行時(shí),在此種負(fù)荷水平下進(jìn)線過(guò)負(fù)荷的概率極小,為小概率事件,幾乎不可能發(fā)生。

2.2進(jìn)線故障或檢修下獨(dú)立運(yùn)行變電站可靠性分析

當(dāng)220 kV板橋變電站和寒溪變電站未形成電磁環(huán)網(wǎng)、變電站分開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行時(shí),若板橋變電站有1條進(jìn)線,例如水板甲線因故障或檢修而退出運(yùn)行,則在此種負(fù)荷水平下板橋變電站其余進(jìn)線不過(guò)負(fù)荷概率為

Φ(-0.1)=0.496

當(dāng)2個(gè)變電站不形成電磁環(huán)網(wǎng)時(shí),若寒溪變電站有1條進(jìn)線,例如橫寒甲線因故障或檢修而退出運(yùn)行時(shí),則在此種負(fù)荷水平下,橫寒乙線不過(guò)負(fù)荷的概率為

Φ(-1.05)=0.147

2.3進(jìn)線故障或檢修下電磁環(huán)網(wǎng)可靠性分析

當(dāng)220 kV板橋變電站有1條進(jìn)線,例如水板甲線,因故障或檢修退出運(yùn)行時(shí),則在此種負(fù)荷水平下板橋變電站和寒溪變電站其余進(jìn)線不過(guò)負(fù)荷的概率為

P(kLI≤1,kLⅡ≤1)=

Φ(1.87)≈0.969

在板橋變電站和寒溪變電站形成環(huán)網(wǎng)的情況下,若寒溪變電站有1條進(jìn)線,例如橫寒甲線因故障或檢修而退出運(yùn)行時(shí),則在此種負(fù)荷水平下2個(gè)變電站其余進(jìn)線不過(guò)負(fù)荷的概率為

P(kLI≤1,kLⅡ≤1)=

Φ(1.91)≈0.972

以上計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)板橋變電站1條進(jìn)線因故障或檢修而退出運(yùn)行時(shí),則220 kV板橋變電站和寒溪變電站之間形成電磁環(huán)網(wǎng)比板橋變電站和寒溪變電站獨(dú)立運(yùn)行時(shí),進(jìn)線過(guò)負(fù)荷的概率更低,說(shuō)明此種負(fù)荷水平下形成電磁環(huán)網(wǎng)比分開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行的結(jié)構(gòu)更加安全可靠。

2.4聯(lián)絡(luò)線故障或檢修下電磁環(huán)網(wǎng)可靠性分析

以上N-1靜態(tài)安全分析考慮的都是變電站進(jìn)線斷開(kāi)后的情況,現(xiàn)考慮兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)中2個(gè)變電站高壓側(cè)連接線因檢修或故障而退出運(yùn)行時(shí)對(duì)其他線路的影響。兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)的高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線斷開(kāi)后的系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線斷開(kāi)的兩級(jí)互聯(lián)系統(tǒng)

為簡(jiǎn)化對(duì)于兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的斷線分析,現(xiàn)假設(shè)變電站I中進(jìn)線傳送總功率小于變電站I所接負(fù)荷功率,根據(jù)功率平衡原則剩余功率會(huì)經(jīng)過(guò)2個(gè)變電站的聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)阶冸娬綢,其剩余功率為

兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)高低壓側(cè)的聯(lián)絡(luò)線均正常運(yùn)行時(shí),剩余功率將分配到高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線和低壓聯(lián)絡(luò)線上,而分配比例與高壓輸電線和低壓輸電線的阻抗值有關(guān)。低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的阻抗值比高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的阻抗值高,因此高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)墓β室鹊蛪簜?cè)聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)墓β室?。高壓?cè)聯(lián)絡(luò)線和低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線所傳輸?shù)墓β蕿?/p>

式中:Srh、Srl分別為高壓側(cè)和低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線所傳輸?shù)墓β?α、β分別為分配到高壓側(cè)和低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線上的分配因子。

假定對(duì)于220 kV電磁環(huán)網(wǎng)的分配因子為α=0.8,β=0.2,在兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)中高低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線正常工作時(shí),高低壓側(cè)連接線不過(guò)負(fù)荷的概率分別為

在圖2中,以220 kV板橋變電站和寒溪變電站為例,板橋變電站和寒溪變電站的220 kV高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線有2條分別為寒板甲線和寒板乙線,110 kV低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線有1條為寒橋線。寒板甲線、寒板乙線和寒橋線的最大安全輸電容量分別為325、325和97 MW。假定板橋變電站的進(jìn)線負(fù)載率為0.6,所有聯(lián)絡(luò)線正常運(yùn)行時(shí)的分配因子α=0.8,β=0.2。當(dāng)高壓側(cè)的聯(lián)絡(luò)線因故障或檢修而有1條退出運(yùn)行時(shí),則高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的總阻抗值會(huì)發(fā)生變化,隨之高低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的分配因子也會(huì)發(fā)生改變,假定此時(shí)α′=0.6,β′=0.4。

當(dāng)聯(lián)絡(luò)線正常運(yùn)行時(shí),可求得高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線和低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線不過(guò)負(fù)荷的概率分別為

Φ(7.395)≈1

Φ(4.12)≈1

當(dāng)1條高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線例如寒板甲線因故障或檢修而退出運(yùn)行時(shí),此時(shí)寒板乙線和寒橋線不過(guò)負(fù)荷的概率為

Φ(4.68)≈1

Φ(1.69)≈0.95

當(dāng)高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線因故障全部斷開(kāi)時(shí),剩余功率將全部轉(zhuǎn)移到低壓側(cè)寒橋線上,β′=1此時(shí)寒橋線不過(guò)負(fù)荷的概率為

Φ(0.24)≈0.59

以上計(jì)算結(jié)果表明,在2個(gè)變電站形成的兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)中,當(dāng)高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線因故障或檢修,部分或全部退出運(yùn)行時(shí),高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線上經(jīng)過(guò)的功率會(huì)部分轉(zhuǎn)移到低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線上,而低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的最大安全輸電容量遠(yuǎn)小于高壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的最大安全輸電容量,所以極可能導(dǎo)致低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷。

綜合上述,當(dāng)2個(gè)變電站形成兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)時(shí),有利于降低因變電站進(jìn)線斷開(kāi)而導(dǎo)致其他進(jìn)線過(guò)負(fù)荷的概率,使變電站之間的聯(lián)絡(luò)性加強(qiáng)。但變電站形成電磁環(huán)網(wǎng)時(shí)因增加了高低壓側(cè)的聯(lián)絡(luò)線,也會(huì)帶來(lái)因?yàn)槁?lián)絡(luò)線因故障或檢修而致使其他聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn),容易使得故障范圍擴(kuò)大,產(chǎn)生故障連鎖反應(yīng),加大了網(wǎng)絡(luò)的不確定性。因此變電站之間是否應(yīng)互聯(lián),如何連接,高低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的條數(shù)在安全可靠的前提下如何搭配保障其經(jīng)濟(jì)性,這些都是應(yīng)該考慮的問(wèn)題。

3　結(jié)　論

1) 在一定的負(fù)荷水平下,2個(gè)或多個(gè)變電站形成電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行比各個(gè)變電站獨(dú)立運(yùn)行的結(jié)構(gòu)更加安全可靠,進(jìn)線過(guò)負(fù)荷的概率較低。

2) 當(dāng)2個(gè)變電站形成兩級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)時(shí),有利于降低因變電站進(jìn)線斷開(kāi)而導(dǎo)致其他進(jìn)線過(guò)負(fù)荷的概率,使變電站之間的聯(lián)絡(luò)性加強(qiáng)。

3) 當(dāng)變電站之間形成電磁環(huán)網(wǎng)時(shí),會(huì)帶來(lái)因?yàn)槁?lián)絡(luò)線因故障或檢修而致使其他聯(lián)絡(luò)線過(guò)負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn),所以容易使故障范圍擴(kuò)大,產(chǎn)生故障連鎖反應(yīng),加大網(wǎng)絡(luò)不確定性。

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Probability assessment method for supply systems with electromagnetic looped networks considering load ratel

LIU Shuan1, WU Jiekang2, ZHENG Fenglei1, YAN Haoran2, HUANG Qiang1

(1.Dongguan Power Supply Bureau, Guangdong Power Grid Corporation, Dongguan 523008, China;2.School of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

In the light of the study of the influence of electromagnetic looped networks on the reliability of power supply is studied, and the calculation method for overload rate of in-lines connected to the Infinite systems and tie-lines between substations is studied in this paper. According to the connection between two or more 220 kV substations, the model of the overload probability model of the in-lines and the tie-lines is analyzed. According to the uncertainty of load variation, the correlation analysis between the load rate and the overload rate of the electromagnetic looped networks is carried out under a certain load level. The reliability calculation method of overload rate of the in-lines and tie-lines in electromagnetic looped networks between substations is presented. In this paper, an electromagnetic loop network between two 220 kV substations in a large power grid is taken as a study example. The calculation and analysis of the overload probability of the in-lines and the tie-lines under various operating modes are carried out. The influence of operation of electromagnetic loop networks on power supply reliability is revealed.

electromagnetic looped networks; probability assessment method; load rate; in-lines; tie-lines

2015-10-14;

2016-03-15。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50767001)；國(guó)家863高技術(shù)基金項(xiàng)目(2007AA04Z197)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目(20094501110002)；廣東自然科學(xué)基金項(xiàng)目(S2013010012431，2014A030313509)。

劉樹(shù)安(1978—),男,工程師,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。

TM714

A

2095-6843(2016)03-0200-04