劉嘉寧　潮　鑄　鐘華贊　呼士召　賈宏杰

(1.廣東省電力調(diào)控中心　廣州　510699　2.天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院　天津　300072)

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基于廣義斷面的電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

劉嘉寧1潮鑄1鐘華贊1呼士召1賈宏杰2

(1.廣東省電力調(diào)控中心廣州5106992.天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院天津300072)

在電網(wǎng)中實(shí)際存在的輸電斷面基礎(chǔ)上，提出了涵蓋電網(wǎng)中線路、主變壓器、母線與開(kāi)關(guān)等設(shè)備分組的廣義斷面概念。由此定義了電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)，即調(diào)度操作設(shè)備本身以及與調(diào)度操作設(shè)備同處一個(gè)廣義斷面的其他設(shè)備發(fā)生故障給電網(wǎng)帶來(lái)的綜合影響，并提出了適用于調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法。該方法將設(shè)備分為暴露型設(shè)備與封閉型設(shè)備，并分別賦予其相應(yīng)的時(shí)變故障概率模型，應(yīng)用發(fā)電機(jī)再調(diào)度與負(fù)荷削減的最優(yōu)潮流模型等效評(píng)估設(shè)備故障給電網(wǎng)造成的風(fēng)險(xiǎn)后果。最后應(yīng)用IEEE 10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與某實(shí)際電網(wǎng)驗(yàn)證了該方法的有效性。

斷面風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度負(fù)荷削減

0　引言

電網(wǎng)調(diào)度操作的基本任務(wù)是配合電網(wǎng)設(shè)備的檢修維護(hù)及維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)前，省級(jí)電網(wǎng)調(diào)控中心下發(fā)的調(diào)度指令存在調(diào)度操作票與遙控操作兩種形式。第一種形式中，省調(diào)的調(diào)度人員將命令以操作票的形式下發(fā)給站內(nèi)操作人員，需要進(jìn)行大量的人工寫(xiě)票工作，因此大量相關(guān)文獻(xiàn)研究了操作票的智能與自動(dòng)生成功能[1-5]。文獻(xiàn)[1-3]重點(diǎn)研究了智能操作票管理系統(tǒng)，在智能成票的同時(shí)能夠完成相關(guān)校驗(yàn)措施，包括邏輯校驗(yàn)與潮流校驗(yàn)。文獻(xiàn)[4，5]重點(diǎn)介紹了已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際的操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)，詳細(xì)說(shuō)明了該系統(tǒng)與SCADA/EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換機(jī)制和相關(guān)通信規(guī)則。

實(shí)際上，由于電網(wǎng)設(shè)備自身故障及人為誤操作等原因，以上兩種形式的調(diào)度操作都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)前關(guān)于該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是操作防誤校核[6-11]。因?yàn)檫b控操作需要通過(guò)集控站進(jìn)行，文獻(xiàn)[6-8]重點(diǎn)介紹了集成于集控站系統(tǒng)中的遙控操作防誤閉鎖系統(tǒng)，能夠從技術(shù)上解決集控站遙控操作防誤問(wèn)題。文獻(xiàn)[9，10]研究了操作票防誤措施，通過(guò)在操作票成票時(shí)進(jìn)行圖上模擬操作與安全校核，能夠有效避免操作票錯(cuò)誤下發(fā)問(wèn)題。但以上文獻(xiàn)關(guān)注的重點(diǎn)都是防誤，本質(zhì)屬于二態(tài)分布，即有錯(cuò)誤不可執(zhí)行，無(wú)錯(cuò)誤可執(zhí)行。但對(duì)于具有一定接受范圍的風(fēng)險(xiǎn)因素，即在有錯(cuò)誤與無(wú)錯(cuò)誤之間還存在多種狀態(tài)，卻沒(méi)有受到關(guān)注。

風(fēng)險(xiǎn)理論在電網(wǎng)的諸多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，按關(guān)注角度與范圍的不同可分為電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、變電站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。其中電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是學(xué)者們研究的重點(diǎn)，文獻(xiàn)[11，12]與文獻(xiàn)[13-16]分別研究了電網(wǎng)規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，二者在研究的時(shí)間跨度、設(shè)備故障模型及風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等方面都各不相同。文獻(xiàn)[17，18]與文獻(xiàn)[19，20]分別研究了電網(wǎng)靜態(tài)與暫態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，二者的最大區(qū)別在于風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)分析方法，靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要基于代數(shù)方程，而暫態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則需要涉及代數(shù)微分方程。文獻(xiàn)[21]研究了變電站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，變電站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定因素來(lái)源于變電站內(nèi)部，與電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要考慮全網(wǎng)的設(shè)備故障有所不同。文獻(xiàn)[22]研究了電網(wǎng)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，其研究重點(diǎn)是設(shè)備自身的多種運(yùn)行狀態(tài)。但由于調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的對(duì)象是調(diào)度操作本身，與電網(wǎng)、變電站或者設(shè)備有所不同，所以以上三類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概念都無(wú)法直接應(yīng)用于調(diào)度操作中。

基于此，本文給出了廣義斷面概念，定義了調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)，并提出了針對(duì)調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法將電網(wǎng)設(shè)備分成暴露型設(shè)備與封閉型設(shè)備，并分別介紹了相應(yīng)的時(shí)變故障概率模型；同時(shí)該方法采用基于發(fā)電機(jī)再調(diào)度與負(fù)荷削減的最優(yōu)潮流模型來(lái)等效計(jì)算電網(wǎng)設(shè)備故障造成的風(fēng)險(xiǎn)后果。

1　調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)定義

已有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論的研究對(duì)象為電網(wǎng)、變電站或設(shè)備，無(wú)法直接應(yīng)用于調(diào)度操作之中，因此需要對(duì)電網(wǎng)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行重新定義。首先需要定義廣義斷面，以便對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行分組。

1.1廣義斷面

考慮到實(shí)際電網(wǎng)中的若干設(shè)備存在一定分組特性，即功能上相互支持，并且當(dāng)前電網(wǎng)中已存在輸電斷面概念，在此基礎(chǔ)上提出廣義斷面概念。

(1)

式中，c為設(shè)備；GS(c0)為設(shè)備c0的廣義斷面；Ω為設(shè)備關(guān)聯(lián)函數(shù)，如果Ω(c0，cj)=1.0，表示設(shè)備c0與cj功能相互支持，其具體判斷方法如下。

1)線路間功能相互支持

實(shí)際電網(wǎng)中存在的輸電斷面指輸電線路之間相互承載潮流轉(zhuǎn)移，本文采用文獻(xiàn)[23]中提出的電網(wǎng)輸電斷面識(shí)別方法來(lái)搜索某線路的輸電斷面。

設(shè)定線路x退出運(yùn)行，則電網(wǎng)潮流分布會(huì)發(fā)生變化，如果網(wǎng)絡(luò)參數(shù)在考慮的時(shí)間段內(nèi)不變，則各支路的電流轉(zhuǎn)移量與斷開(kāi)支路電流大小滿足一定比例

ΔIy=εy,xIx

(2)

式中，ΔIy為支路y上的轉(zhuǎn)移電流大小，A；Ix為斷開(kāi)支路x上的原始電流大小，A；εy，x為支路x斷開(kāi)時(shí)支路y的潮流轉(zhuǎn)移因子。

電網(wǎng)支路x斷開(kāi)后節(jié)點(diǎn)i的電壓增量ΔVi為

(3)

式中，Zik、Zim、Zkk、Zmm與Zkm分別為阻抗矩陣中對(duì)應(yīng)位置上的元素；zx為支路x的阻抗值，Ω；k和m分別為支路x兩端對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。

輸電系統(tǒng)中線路的電抗遠(yuǎn)大于電阻值，故本文忽略電阻值，僅考慮電抗值。則當(dāng)支路x斷開(kāi)后支路y電流幅值變化ΔIy為

(4)

式中，i與j分別為支路y兩端對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)；xx和xy分別為支路x和支路y的電抗值。

將式(3)代入式(4)，并將結(jié)果代入式(2)可得支路x斷開(kāi)時(shí)，支路y的潮流轉(zhuǎn)移因子εy，x為

(5)

根據(jù)分析，潮流轉(zhuǎn)移因子僅與電網(wǎng)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，可用來(lái)衡量不同線路之間的功能相互支持程度，設(shè)定ε0為閾值，則

(6)

2)開(kāi)關(guān)間功能相互支持

實(shí)際電網(wǎng)500 kV變電站為3/2接線，如圖1a所示，220 kV變電站一般是雙母接線(包括分段，帶旁路)，如圖1b所示。圖1a中開(kāi)關(guān)50X1與50X2(X表示第X串)共同完成出線L1的供電，而50X2與50X3共同完成進(jìn)線L2的供電。據(jù)此設(shè)定3/2接線中每一完整串的中開(kāi)關(guān)(50X2)與邊開(kāi)關(guān)(50X1和50X3)功能相互支持，即

Ω(50X2,50X1/50X3)=1.0

(7)

圖1b中母聯(lián)開(kāi)關(guān)20AB、20BC、20CD與20AD共同完成將母線A、B、C與D連在一起，任一母線故障，其他母線可作為備用。據(jù)此設(shè)定在多母線的主接線中，各母線之間的母聯(lián)開(kāi)關(guān)功能相互支持，即

Ω(20AB,20BC)=1.0

(8)

實(shí)際旁路開(kāi)關(guān)與任一出線開(kāi)關(guān)也構(gòu)成功能相互支持，但是旁路母線只有在出線開(kāi)關(guān)檢修時(shí)才臨時(shí)投入使用，即旁路開(kāi)關(guān)屬于常開(kāi)開(kāi)關(guān)，本文不做考慮。

3)主變壓器、母線與刀開(kāi)關(guān)間功能相互支持

對(duì)于主變壓器、母線本文做出如下設(shè)定

Ω(Ti,Tj)=1.0,Ti,Tj∈S

Ω(Bi,Bj)=1.0,Bi,Bj∈S

(9)

式中，T為主變壓器，B為母線，S為變電站。即認(rèn)為同一變電站中的主變壓器與母線功能相互支持。由于刀開(kāi)關(guān)不存在滅弧裝置，不能帶電操作，因此本文設(shè)定刀開(kāi)關(guān)不存在功能相互支持的其他刀開(kāi)關(guān)。

1.2調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)概念

分析總結(jié)以往電網(wǎng)各類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概念，本文給出調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)概念：調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)是調(diào)度操作設(shè)備本身故障以及與調(diào)度操作設(shè)備同處一個(gè)廣義斷面內(nèi)的其他設(shè)備發(fā)生故障給電網(wǎng)帶來(lái)的影響總和。假設(shè)調(diào)度操作d的操作設(shè)備為c0，則本次操作d的風(fēng)險(xiǎn)R(d)為

R(d)=R(c0)+R(cΩ)

(10)

式中，cΩ為設(shè)備c0所在的廣義斷面內(nèi)的其他設(shè)備；R(c)為設(shè)備c故障引起的風(fēng)險(xiǎn)，公式為

(11)

式中，H(c)為設(shè)備c引起的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)集合；S為風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；P(S)和I(S)分別為風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)S的發(fā)生概率與造成的風(fēng)險(xiǎn)后果。

2　本文基礎(chǔ)理論介紹

根據(jù)式(10)與式(11)可知，調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)需涉及設(shè)備故障概率與風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算，以下分別給出介紹。

2.1設(shè)備故障時(shí)變概率模型

本文將電網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一分成暴露型設(shè)備與封閉型設(shè)備。典型的暴露型設(shè)備是架空線路，由于長(zhǎng)期暴露在外部環(huán)境中，導(dǎo)致其故障停運(yùn)的主要因素是雷電、大風(fēng)等惡劣天氣條件。典型的封閉型設(shè)備是主變壓器、母線、開(kāi)關(guān)與刀開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致其失效的主要因素是設(shè)備內(nèi)部老化等潛伏性故障風(fēng)險(xiǎn)。

1)暴露型設(shè)備故障模型[24]

本文主要考慮天氣因素對(duì)暴露型設(shè)備故障造成的影響，首先需要根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立暴露型設(shè)備的時(shí)變故障模型，其瞬時(shí)狀態(tài)概率方程為

(12)

式中，Pi(t)為t時(shí)刻處于狀態(tài)i的瞬時(shí)概率；λ(t)為從運(yùn)行狀態(tài)到故障狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率函數(shù)，取值為時(shí)變故障率；μ(t)為從故障狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移速率函數(shù)，取值為時(shí)變修復(fù)率。

通常情況下天氣狀況分類如表1所示，不同天氣對(duì)應(yīng)的設(shè)備發(fā)生故障停運(yùn)次數(shù)比例表達(dá)式為

(13)

式中，Wi為在天氣狀態(tài)i下發(fā)生故障次數(shù)的比例；Ti和λi分別為天氣狀態(tài)i的持續(xù)時(shí)間與平均故障率；T和λ0分別為所有天氣狀態(tài)持續(xù)總時(shí)間與歷史統(tǒng)計(jì)平均故障率。

表1　天氣類型分類Tab.1　Classification of weather conditions

根據(jù)式(13)可知設(shè)備時(shí)變故障率計(jì)算公式為

(14)式中，i為所考慮時(shí)間段內(nèi)的天氣狀態(tài)，可通過(guò)天氣預(yù)報(bào)獲得；Wi、Ti、T和λ0可從歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到。

2)封閉型設(shè)備故障模型[24]

封閉型設(shè)備的老化故障發(fā)展比較緩慢，而調(diào)度操作的執(zhí)行時(shí)間一般為幾分鐘到數(shù)小時(shí)，因此可認(rèn)為在調(diào)度操作執(zhí)行期間其老化程度不變，即故障率λ0取為常數(shù)，來(lái)源為歷史統(tǒng)計(jì)?？紤]維修過(guò)程之后的設(shè)備不可用率表達(dá)式為

P(t)=P0+ae-(λ+μ)t+be-λ0t

(15)

式中

(16)

(17)

(18)

式中，λ為維修后再運(yùn)行的故障率；μ為維修后再運(yùn)行的修復(fù)率。

2.2風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)估模型

以MATPOWER 4.0b2中的最優(yōu)潮流模型為基礎(chǔ)，考慮到實(shí)際應(yīng)用只關(guān)注有功潮流，刪除原有目標(biāo)函數(shù)中的發(fā)電機(jī)無(wú)功再調(diào)度，同時(shí)增加有功負(fù)荷削減。則以發(fā)電機(jī)有功再調(diào)度和有功負(fù)荷削減為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)潮流模型為

(19)

(20)

3　調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

圖2為調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法具體流程圖。首先讀取調(diào)度操作數(shù)據(jù)，確定調(diào)度操作設(shè)備，然后根據(jù)1.1節(jié)介紹的廣義斷面分析方法確定調(diào)度操作設(shè)備所在的廣義斷面，接著根據(jù)1.2節(jié)調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)概念確定本次調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)所涉及的操作風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，即哪些設(shè)備發(fā)生哪些故障，以上步驟均屬于操作風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段。

圖2　調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法流程圖Fig.2　The flow chart of dispatching operation risk assessment method

調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的核心部分是操作風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)分析，包括應(yīng)用2.1節(jié)介紹的電網(wǎng)設(shè)備故障時(shí)變概率模型計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生概率以及應(yīng)用2.2節(jié)介紹的最優(yōu)潮流模型計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)后果。

最后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)分析結(jié)果計(jì)算調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，考慮到不同設(shè)備涉及的廣義斷面內(nèi)設(shè)備數(shù)量不同，因此式(10)中的第二部分采用設(shè)備的平均指標(biāo)，則式(10)改寫(xiě)為

(21)

式中，n為設(shè)備c0所在廣義斷面中其他設(shè)備數(shù)量。

4　算例分析

4.1IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析

為驗(yàn)證本文所提方法有效性，選擇IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，其接線圖如圖3所示。每個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都需要擴(kuò)展成變電站，其高壓側(cè)采用圖1a 的3/2接線方式，低壓側(cè)采用圖1b的雙母雙分段接線方式，每個(gè)變電站站內(nèi)主變壓器數(shù)量與出線數(shù)量相同，這樣變電站低壓側(cè)接線的出線潮流等效為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)或發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)。設(shè)定所有暴露型設(shè)備(架空線路)的歷史統(tǒng)計(jì)故障數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3　IEEE 10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖Fig.3　Single diagram of IEEE 39-bus system表2　暴露型設(shè)備歷史故障數(shù)據(jù)Tab.2　Historical data for exposed component outage

天氣編號(hào)ⅠⅡⅢⅨⅩⅪWi(%)5.321.110.513.215.834.1Ti/h762124204.85080.8262.81138.8700.8T=87600h;λ0=0.434×10-3次/h;μ=0.1次/h

對(duì)于封閉型設(shè)備(主變壓器、開(kāi)關(guān)、刀開(kāi)關(guān)與母線)的統(tǒng)計(jì)故障率λ0=2.56×10-5次/h，維修后的故障率λ=0.5×10-5次/h。雖然操作對(duì)象可能為線路、主變壓器或母線，但每一步驟的實(shí)際操作設(shè)備只有開(kāi)關(guān)與刀開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)與刀開(kāi)關(guān)自身故障狀態(tài)分析如表3所示。

表3　開(kāi)關(guān)和刀開(kāi)關(guān)故障狀態(tài)分析Tab.3　Outage analysis of isolators and switches

假設(shè)對(duì)該系統(tǒng)的線路B5-B6(圖3中節(jié)點(diǎn)5-6)由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用，操作步驟如表4所示(假設(shè)線路B5-B6均位于兩側(cè)變電站的第一串)。

表4　具體操作步驟Tab.4　Specific steps for dispatching operation

根據(jù)實(shí)際情況分析可知，第2步斷開(kāi)開(kāi)關(guān)操作會(huì)將線路B5-B6退出運(yùn)行，則該步操作設(shè)備所在的廣義斷面只包括線路，第1、3、4步操作屬于純開(kāi)關(guān)操作，其廣義斷面只包括同一串內(nèi)的開(kāi)關(guān)。各步驟操作設(shè)備所在的廣義斷面分析結(jié)果如表5所示。

表5　操作設(shè)備廣義斷面分析Tab.5　Generalized section analysis for dispatching component

應(yīng)用2.2節(jié)介紹的風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)估模型對(duì)本操作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6所示(其中S表示某種貨幣單位，針對(duì)發(fā)電機(jī)再調(diào)度出力為30 S/MW，針對(duì)負(fù)荷削減為100 S/MW)。

表6　風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)估Tab.6　Risk assessment of the consequences

應(yīng)用本文所提出的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)該操作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，假設(shè)當(dāng)前天氣為正常情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4　本次操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果Fig.4　Risk assessment results for this dispatching operation

根據(jù)圖4可知，線路B5-B6由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用操作的4個(gè)步驟中，第1步操作風(fēng)險(xiǎn)最低，第2步操作風(fēng)險(xiǎn)最高，第3步與第4步操作相對(duì)第2步有所降低。這由于第1步開(kāi)關(guān)操作正常情況下不會(huì)影響系統(tǒng)潮流分布，由圖1a可知，在中開(kāi)關(guān)和邊開(kāi)關(guān)均閉合時(shí)，斷開(kāi)任何一個(gè)開(kāi)關(guān)都不會(huì)改變進(jìn)出線潮流。開(kāi)關(guān)本身爆炸雖然可能引起同一串的進(jìn)出線同時(shí)跳閘，但是其發(fā)生概率特別??；其所在的廣義斷面中另外開(kāi)關(guān)的故障會(huì)造成進(jìn)線或者出線跳閘，但由于系統(tǒng)一般會(huì)滿足N-1約束，故不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。第2步操作會(huì)造成線路B5-B6退出運(yùn)行，即使系統(tǒng)滿足N-1約束，但是其所在的廣義斷面內(nèi)其他線路故障會(huì)給系統(tǒng)造成N-2故障，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。因此需要注意本操作的第2步操作，尤其需要注意與線路B5-B6同處一個(gè)廣義斷面內(nèi)的其他線路，其可能會(huì)給系統(tǒng)造成N-2故障場(chǎng)景。以上分析過(guò)程有助于提前制定風(fēng)險(xiǎn)防控措施，有效降低操作不確定因素給電網(wǎng)造成的不利影響，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

下面討論時(shí)變停運(yùn)模型參數(shù)的變化對(duì)操作風(fēng)險(xiǎn)的影響?？紤]當(dāng)天氣狀況發(fā)生變化時(shí)，同樣的操作對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)變化，結(jié)果如圖5所示。場(chǎng)景1～6分別代表Ⅰ～Ⅺ六種天氣狀況。

圖5　天氣對(duì)操作風(fēng)險(xiǎn)的影響Fig.5　Effect of the weather on the operation risk

根據(jù)圖5可知，天氣狀況會(huì)給操作風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)影響，而且在所有場(chǎng)景中，風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)一致，第2步操作仍是風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高的。這是由于天氣狀況僅對(duì)故障發(fā)生概率造成影響，相同故障的后果是一樣的，所以風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果類似。同時(shí)由前文可知，暴露設(shè)備(如架空線)的故障概率會(huì)受到天氣影響，在發(fā)生同樣故障的情況下，由于極端天氣發(fā)生可能性遠(yuǎn)小于正常天氣，由于故障后果一樣，則最終的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果可能會(huì)較小。對(duì)于封閉型設(shè)備，故障率在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生較大變化，此處不再進(jìn)行討論。

4.2某實(shí)際電力系統(tǒng)分析

本節(jié)選擇某實(shí)際500 kV電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。500 kV變電站高壓側(cè)采用3/2接線方式，假定所有暴露型設(shè)備與封閉型設(shè)備歷史故障數(shù)據(jù)與4.1節(jié)相同。圖中G8屬于該電網(wǎng)的重要發(fā)電廠，具有4條出線，4臺(tái)主變壓器，某時(shí)刻該變電站高壓側(cè)主接線狀態(tài)如圖7所示。

圖6　實(shí)際電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.6　The topology of practical power system

圖7　變電站G8電氣主接線Fig.7　Concrete bus system arrangement for substation G8

假定當(dāng)前狀態(tài)下需將G8高壓側(cè)第一串5011開(kāi)關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修，設(shè)定開(kāi)關(guān)靠近母線1#側(cè)刀開(kāi)關(guān)編號(hào)為50111，靠近線路側(cè)刀開(kāi)關(guān)編號(hào)為50112，應(yīng)用本文所提的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)該操作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果如表7和表8所示。

表7　操作步驟以及廣義斷面設(shè)備Tab.7　Procedures and equipment generalized section

表8　風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)估Tab.8　Risk assessment of the consequences

各步驟操作設(shè)備所在的廣義斷面分析結(jié)果見(jiàn)表8(表中S表示某種貨幣單位，針對(duì)發(fā)電機(jī)再調(diào)度出力為30 S/MW，針對(duì)負(fù)荷削減為100 S/MW)。

應(yīng)用本文所提出的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)該操作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，假設(shè)當(dāng)前天氣為正常情況，結(jié)果如圖8所示。

圖8　本次操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果Fig.8　Risk assessment results for this dispatching operation

根據(jù)圖8可知，第2步、第4步、第5步操作風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)均為零，這因?yàn)榈?步屬于拉開(kāi)線路側(cè)刀開(kāi)關(guān)，即使發(fā)生最嚴(yán)重接地故障，也只會(huì)導(dǎo)致出線C1跳閘，而系統(tǒng)滿足N-1約束，不會(huì)給系統(tǒng)造成影響。而第4步與第5步操作均屬于接地開(kāi)關(guān)操作，接地開(kāi)關(guān)操作主要目的是為了保障操作人員的安全，不會(huì)給系統(tǒng)造成影響。但是第1步與第3步操作風(fēng)險(xiǎn)水平很高，這是由于第1步開(kāi)關(guān)操作時(shí)，如果開(kāi)關(guān)發(fā)生爆炸，直接導(dǎo)致出線C1跳閘與母線1#跳閘，由于5022和5042開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，母線1#跳閘會(huì)造成進(jìn)線J2與J4跳閘，即同時(shí)造成系統(tǒng)3條支路跳閘。由于進(jìn)線J2與J4連接大容量發(fā)電機(jī)，一旦退出運(yùn)行，會(huì)給系統(tǒng)造成重大影響。第3步操作50111刀開(kāi)關(guān)時(shí)，刀開(kāi)關(guān)發(fā)生接地故障會(huì)造成母線1#跳閘，但由于5011開(kāi)關(guān)已經(jīng)打開(kāi)，出線C1不會(huì)受到影響，其給系統(tǒng)造成的影響小于第1步。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)前狀態(tài)不適合5011開(kāi)關(guān)檢修，應(yīng)該預(yù)先調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)，將5022與5042開(kāi)關(guān)投入運(yùn)行。此時(shí)各步驟操作風(fēng)險(xiǎn)水平會(huì)降為0，因?yàn)榇藭r(shí)開(kāi)關(guān)與刀開(kāi)關(guān)的最嚴(yán)重故障狀態(tài)也只會(huì)造成出線C1跳閘，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成其他影響。這表明，調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，可以輔助進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整，以保證執(zhí)行本操作的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在可接受范圍內(nèi)。

5　結(jié)論

本文提出了廣義斷面概念，可對(duì)電網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行功能相互支持劃分；以此為基礎(chǔ)，提出了實(shí)用的調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法將調(diào)度操作設(shè)備本身以及與調(diào)度操作設(shè)備同處一個(gè)廣義斷面內(nèi)的其他設(shè)備故障給電網(wǎng)造成的綜合影響定義為本次調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)采用基于發(fā)電機(jī)再調(diào)度與負(fù)荷削減的最優(yōu)潮流模型來(lái)等效計(jì)算電網(wǎng)設(shè)備故障造成的風(fēng)險(xiǎn)后果。如果風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值過(guò)高，則表明當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)不適合執(zhí)行本操作，需要進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整，直到操作風(fēng)險(xiǎn)水平在可接受范圍之內(nèi)。IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與某實(shí)際電網(wǎng)的計(jì)算結(jié)果表明，該方法通過(guò)計(jì)算各個(gè)操作步驟的風(fēng)險(xiǎn)水平，可輔助調(diào)度人員預(yù)先制定風(fēng)險(xiǎn)防控措施，能夠有效降低調(diào)度操作不確定因素給電網(wǎng)造成的嚴(yán)重影響，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。

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The Risk Assessment Method for the Dispatching Operation Based on Generalized Sections

Liu Jianing1Chao Zhu1Zhong Huazan1Hu Shizhao1Jia Hongjie2

(1.Dispatching and control centerGuangdong Power GridGuangzhou510699China 2.School of Electrical Engineering and AutomationTianjin UniversityTianjin300072China)

Due to the fact that some transmission line sections exist in real power systems for stability monitoring，a generalized section concept is proposed in this paper which can be used to group the power components，such as line，main transformers，bus bars，and switches.Then the dispatching operation risk is defined as the total influence including the dispatching element outage and the other elements outage located in the same generalized section.According to the above theory，a risk assessment method for dispatching operation is presented in which two different time-varying component outage models for the sealed and exposed elements are introduced respectively.Then an optimal power flow model based on the generator re-dispatching and the load curtailment is utilized to evaluate the risk influence caused by the element faults.Finally，the correctness and effectiveness of this method are tested by utilizing the IEEE 39-bus system and a real power system.

Section，risk，dispatching，load curtailment

2015-01-22改稿日期2015-08-01

TM73

劉嘉寧男，1974年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行及管理。

E-mail：liujianing_gd@126.com

賈宏杰男，1973年生，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全與穩(wěn)定性。

E-mail：hjjia@tju.edu.cn(通信作者)

廣東電網(wǎng)調(diào)度操作安全風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估模型研究及實(shí)用系統(tǒng)建設(shè)研究資助項(xiàng)目(K-GD2012-301)。