陳云嘉

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用于間歇性電源高滲透電網(wǎng)規(guī)劃的安全性評(píng)估方法研究

陳云嘉

（麗水市正陽(yáng)電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 麗水 323000）

主要探討、分析了用于間歇性電源高滲透電網(wǎng)規(guī)劃的安全性評(píng)估方法，在此次基礎(chǔ)之上分析了電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，在電網(wǎng)規(guī)劃期間需要全面考慮各個(gè)步驟，包括暫態(tài)穩(wěn)定約束、全過(guò)程安全評(píng)價(jià)以及靜態(tài)安全約束等，在以上步驟當(dāng)中提出評(píng)估間歇性電源高滲透電網(wǎng)規(guī)劃方案的各項(xiàng)流程，在電力系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的連鎖反應(yīng)等，并且對(duì)比分析了規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

間歇性電源；電力系統(tǒng)；電網(wǎng)規(guī)劃；安全評(píng)估

1 電網(wǎng)規(guī)劃安全性的評(píng)估方式

電力系統(tǒng)安全性指的是電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間遭受干擾后防止系統(tǒng)停電性能。按照國(guó)際上對(duì)電力系統(tǒng)安全性的定義，主要是電力系統(tǒng)在運(yùn)行期間能夠承擔(dān)各項(xiàng)意外事件。不論是哪一種定義方式，都沒(méi)有明確電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。此次研究在明確兩者關(guān)系時(shí)將其定義為，安全性主要是由穩(wěn)定性和故障事件所共同組成的。故障事件主要包括故障特性，發(fā)生率以及造成的后果，本文闡述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及安全性關(guān)系的主要應(yīng)用如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)各項(xiàng)性能之間的關(guān)系

在評(píng)估電力系統(tǒng)安全性時(shí)，按照實(shí)際作用分為電網(wǎng)規(guī)劃安全性評(píng)估以及運(yùn)行安全評(píng)估。其中，安全評(píng)估主要是在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)一定時(shí)間階段當(dāng)中的停電事件進(jìn)行評(píng)估；規(guī)劃安全性評(píng)估主要是對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃方案，對(duì)其規(guī)劃水平以及停電事件進(jìn)行評(píng)估。

2 間歇性電源高滲透電網(wǎng)規(guī)劃安全評(píng)估

由于電力系統(tǒng)的安全性牽扯到較多復(fù)雜因素，每一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中都包含較多子系統(tǒng)，具備多樣化的層次結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜關(guān)系，按照以上特性統(tǒng)計(jì)分析電力系統(tǒng)的停電事件，在實(shí)際分析期間可以將電力系統(tǒng)作為龐大的子系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間具有不確定性、混沌性以及開(kāi)放性等特征，這樣就導(dǎo)致仿真模擬無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)該系統(tǒng)。然而，由于在實(shí)際分析期間具有不同的目的，因此，需要通過(guò)多樣化的方式計(jì)算和分析系統(tǒng)的精度。可以從指導(dǎo)應(yīng)用方面對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜性的演化規(guī)律進(jìn)行研究分析，主要借助于非還原論方法。這樣還能粗略評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，這樣在設(shè)計(jì)和規(guī)劃期間就有了參考依據(jù)。電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間會(huì)受到間歇性電源和氣象因素的影響，需要在實(shí)際研究期間不斷改進(jìn)和完善仿真模擬方法。因此，在對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估時(shí)需要按照其停電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行。按照大停電時(shí)間的發(fā)生規(guī)律能夠看出，電網(wǎng)故障前運(yùn)行狀態(tài)與發(fā)生停電事件之間存在較大的關(guān)聯(lián)性。例如，某地在發(fā)生大停電事件時(shí)，發(fā)生時(shí)間段的室外溫度較高，增加了空調(diào)負(fù)荷，進(jìn)一步增加了電力系統(tǒng)的負(fù)載量，導(dǎo)致電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)易出現(xiàn)連鎖故障事件，圖2為該地大停電事件的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

注：①為事件強(qiáng)相關(guān)連鎖過(guò)程；②為事件強(qiáng)相關(guān)崩潰；③14：02（故障1）；④15：06（故障2）；⑤15：32（故障3）；⑥15：41（故障4）；⑦15：46（故障5）；⑧16：06至⑨16：09故障頻發(fā)；⑨16：09至⑩ 16：11故障頻發(fā)。

圖2 某地大停電事件過(guò)程

由圖2可見(jiàn)，該電力系統(tǒng)主要分為2種連鎖反應(yīng)：①一條線路接地短路跳開(kāi)之后，其他線路在跳開(kāi)時(shí)存在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，在事件發(fā)生前后不存在較大的關(guān)聯(lián)性。故障事件的發(fā)生狀態(tài)與發(fā)電、輸電走廊環(huán)境以及氣候等因素存在較大的關(guān)聯(lián)性。該事件發(fā)生過(guò)程無(wú)法在仿真模擬當(dāng)中進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，需要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。在利用仿真計(jì)算電網(wǎng)規(guī)劃安全性時(shí)，可以將元件故障率增大，這樣能夠?qū)κ录g隔期當(dāng)中氣候等因素對(duì)故障影響程度進(jìn)行模擬。②在事件發(fā)生前后存在較大的關(guān)聯(lián)性。在前一種事件發(fā)生之后，其他條件沒(méi)有立即出現(xiàn)變化，后一事件主要是由電網(wǎng)功率轉(zhuǎn)移以及特性所造成的，可以使用仿真工具對(duì)該過(guò)程進(jìn)行模擬。

3 電網(wǎng)規(guī)劃安全評(píng)估方法的流程

綜上所述，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)以及技術(shù)可行性等指標(biāo)，需要通過(guò)多樣化的方式對(duì)電網(wǎng)安全性約束進(jìn)行考慮。在將其制訂成多個(gè)電網(wǎng)規(guī)劃方案之后，需要全面分析規(guī)劃方案的安全性，主要是利用電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)具備專(zhuān)業(yè)性軟件，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中長(zhǎng)期過(guò)程進(jìn)行模擬，主要包括定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)、失步保護(hù)、電壓保護(hù)以及功率保護(hù)等。該種模擬軟件除了在事件處理方面具有復(fù)雜性，還可能導(dǎo)致出現(xiàn)新的故障，而其他方面都能夠滿足間歇性電源高滲透規(guī)劃安全評(píng)估的要求。

在電網(wǎng)出現(xiàn)故障前期，需要對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面考慮，理論上需要全面分析發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。然而，在應(yīng)用期間會(huì)出現(xiàn)較大的計(jì)算量，且花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。在發(fā)電系統(tǒng)停運(yùn)條件下，其正常運(yùn)行方式與管理電網(wǎng)負(fù)荷方面存在較大的差異性，需要逐一對(duì)其進(jìn)行分析和假設(shè)。所以，在實(shí)際分析期間無(wú)法應(yīng)用以上方式，在應(yīng)用期間，不僅需要對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行考慮，還需要在此狀態(tài)下對(duì)非間接性電源的停運(yùn)狀態(tài)進(jìn)行分析，可以忽略非間歇性小機(jī)組，發(fā)電系統(tǒng)的某一單元狀態(tài)的概率可以用下式表示：

式（1）中：（1，2，3，…，n）為發(fā)電系統(tǒng)某一單元素狀態(tài)概率；i為電源的狀態(tài)；i為電源投入運(yùn)行的可能性。

需要按照概率考慮間歇性電源，如果將時(shí)間段設(shè)定為季度，將風(fēng)速設(shè)定為Weibull分布形式，并且與風(fēng)電概率特性相結(jié)合，這樣能夠?qū)L(fēng)電場(chǎng)處理進(jìn)度近似細(xì)化為多個(gè)狀態(tài)，并使所有的狀態(tài)都具備相應(yīng)的狀態(tài)概率。非間歇性電源和間歇性電源在出力狀態(tài)下能夠形成不同狀態(tài)組合，可以將其作為電網(wǎng)出現(xiàn)故障事件之前的預(yù)測(cè)指標(biāo)，能夠計(jì)算和分析電網(wǎng)故障情況。

因?yàn)樵诓煌竟?jié)和不同運(yùn)行方式下，電網(wǎng)穩(wěn)定性與安全性之間存在較大的差異性。所以，需要按照不同運(yùn)行方式和不同季節(jié)計(jì)算電網(wǎng)穩(wěn)定和安全性存在的安全隱患，這樣就能夠進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算。

系統(tǒng)安全性指標(biāo)計(jì)算內(nèi)容主要包括事件停電平均持續(xù)事件、故障事件的發(fā)生率以及電量損失期望值等。可以按照以下算式計(jì)算停電經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)：

在年費(fèi)當(dāng)中不僅要加入停電經(jīng)濟(jì)損失的電網(wǎng)方案，還需全面考慮其他安全性指標(biāo)，主要是通過(guò)管理結(jié)構(gòu)對(duì)指標(biāo)的數(shù)字進(jìn)行制訂和頒布，這樣能夠全面作用于電網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)穩(wěn)定能夠全面確保運(yùn)行安全性，電力安全性主要是由穩(wěn)定性和故障事件所共同組成的。故障事件主要包括故障特性、發(fā)生率以及造成的后果，此次電網(wǎng)規(guī)劃方案主要按上文所述的相關(guān)流程進(jìn)行，對(duì)停電損失以及穩(wěn)定設(shè)施費(fèi)用進(jìn)行補(bǔ)充、對(duì)規(guī)劃方案的年費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要通過(guò)年費(fèi)計(jì)算公式計(jì)算，還需要對(duì)輸送單位電能輸電成本進(jìn)行計(jì)算，這樣能夠全面對(duì)比分析各個(gè)輸電方案。

［1］張寶強(qiáng)，李敬如，祖國(guó)強(qiáng)，等.基于安全邊界的高滲透率可再生能源配電系統(tǒng)規(guī)劃研究思路［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017，41（09）：28-35.

［2］楊蘇，黃俊輝，關(guān)志堅(jiān)，等.含高滲透率分布式電源的主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃綜述［J］.分布式能源，2016，1（01）：6-13.

2095－6835（2018）24－0070－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.070

〔編輯：張思楠〕