对发输电系统风险评估中负荷削减模型的探索

2022-09-12

发输电系统风险评估是电力系统风险评估的一个重要组成部分, 其主要包括四个方面:确定元件失效模型和负荷模型、系统状态的选择、系统状态分析、以及系统可靠性指标的累积[1]。系统状态分析包括对选定的系统状态进行潮流计算, 以确定系统是否违背运行约束 (节点电压约束和线路容量约束) , 如违反, 则采取补救措施对系统运行状态进行调整。这些补救措施包括发电机出力调整、变压器档位调整等。调整后, 若系统仍不能恢复到安全状态, 则该系统状态是一个故障状态, 作为最后的补救措施将进行负荷削减。

1 最优负荷削减的交流潮流模型与直流潮流模型的对比分析

1.1 最优负荷削减的交流潮流模型

基于交流潮流的最优潮流模型[1]是为了求取满足交流潮流方程及线路潮流、电压和发电机出力约束条件下的最小负荷削减总量, 模型的控制变量包括发电机的有功和无功出力调整、每一母线的负荷削减量、变压器变比调整等, 也可以包括所有系统约束条件和补救措施。由于模型是对系统比较真实的反映, 因此计算结果是精确可信的, 但同时对非线性问题的求解又是一个很耗时的过程, 如内点法[1]。

1.2 最优负荷削减的直流潮流模型

基于直流潮流的最优潮流模型[1]的目标仍然是求取满足功率平衡、直流潮流方程以及线路潮流和发电出力约束条件下的最小负荷削减总量, 但它与基于交流潮流的最优潮流模型相比, 略去了其中的全部与无功功率相关的量, 是线性规划的问题可用单纯型法求解[1], 计算速度很快。但是由于它以直流潮流为基础, 因此存在较大的模型误差, 具体表现在以下几个方面[2]

(1) 模型完全忽略了节点电压约束, 认为所有节点电压都保持在额定电压1.0, 这在系统处于正常运行状态或低阶故障时可以认为是正确的。但由于风险评估需要考虑多重故障, 系统状态往往处于极其恶劣的严重事故下, 节点电压可能相差很大甚至严重违背运行约束, 必须进行负荷削减, 而该模型无法计入这部分削减负荷量

(2) 模型认为, 这对轻负荷线路可以认为正确, 但对重负荷线路, 特别是过负荷线路, 可能存在较大误差;

(3) 模型将有功潮流和节点电压完全解耦, 忽略了节点电压对系统有功潮流的影响, 同时模型也无法计算无功潮流对线路过负荷的影响, 这必将造成一定误差;

(4) 在故障分析中, 特别是处理严重故障的系统, 交流潮流计算可能不收敛, 为恢复潮流方程的可解性, 进行负荷削减势在必行。但对于直流潮流法来说, 在这种情况下依然能够计算出系统的有功潮流, 其计算结果可能根本就是错误的。

2 基于ACS的最优负荷削减模型

由以上分析可知, 这两种模型各有优缺点, 也恰好能优势互补。随着电力市场化改革的不断推进, 要对发输电系统进行风险评估, 就需要建立这样的一种模型:不仅要求有较快的计算速度, 还要求有较好的精确度。一种可行的方案是把以上两种模型结合起来, 充分发挥他们的优点。本文经过对ACS的分析, 发现可以利用ACS较好地达到这个目的。

2.1 ACS的相关概念

所谓预想事故自动选择, 就是利用电力系统相关数据, 自动迭出那些会引起支路潮流过载、电压违限等危及系统安全运行的预想事故, 并用行为指标来表示它对系统造成的危害严重程度, 按其顺序排队给出一览表[3]。ACS需要一种快速的开断模拟算法, 并在精度上只要求能够满足排队的要求, 也就是能够剔除不起作用的预想事故, 并将起作用的预想事故按其严重程度排队。

在ACS的算法上, 文献[4~6]等都提出了新的算法用于预想事故自动选择, 不仅能保证性能指标计算的精度及选择的快速性, 还具有较高的事故捕获率。故在对系统状态的分析上, 可以考虑引入ACS算法。

2.2 最优负荷削减模型的建立

基于ACS的思想, 先利用ACS法对系统状态按其行为指标排队, 得到预想事故一览表, 并从中剔除不违限的状态。如此, 一览表前半部分是违限严重的事故, 后半部分是违限并不重要的事故。由于前半部分包含严重故障, 需要精确分析, 故对这部分采用基于交流潮流的最优潮流模型, 这种模型能够充分考虑各种约束条件及FACTS装置的影响, 是对实际系统的真实反应, 其计算结果是精确可信的;而后半部分的故障违限并不重要, 需要考虑的补救措施较少, 对模型的精确度要求也不是很高, 故这部分采用基于直流潮流的最优潮流模型, 能够有效提高计算速度。这样, 基于ACS的最优负荷削减模型的算法为:先采用ACS法对各种预想故障按严重程度排出一览表, 根据ACS的终止判据将一览表分为两部分;对严重故障采用交流模型分析, 对不严重故障则采用直流模型分析。这样既可避免单独采用交流模型带来的耗时严重的问题, 又可以避免单独采用直流模型带来的计算结果误差大的问题。

3 结语

发输电系统风险评估在本质上是一个大规模组合问题, 计算时间很长, 长期以来一直处于“快速”和“精确”的矛盾之中。无论是采用非线性规划模型还是线性规划模型都只能顾及一面, 不能“鱼和熊掌”两者兼得。但是在ACS的基础上将两种模型结合起来则可以视为对它们的一种折中的处理办法。

摘要：目前, 在发输电系统的风险评估中, 一般采用基于交流潮流的最优潮流模型或基于直流潮流的最优潮流模型进行可靠性指标的分析计算, 但两种方法各有长短, 单独采用任一种都不能得到较理想的结果。本文首先通过对基于交流潮流的最优潮流模型和基于直流潮流的最优潮流模型的优缺点的对比分析, 然后结合到预想事故自动选择 (ACS) 的基本原理, 最后提出了一种利用ACS将两种模型结合起来优势互补的想法, 即先利用ACS分析给出不同严重程度故障一览表, 再针对不同严重的故障采用不同的模型, 以达到计算精度和速度最优化的目的。

关键词：风险评估,负荷削减,交流潮流,直流潮流,最优潮流