电网运行风险评估步骤与指标计算

2022-09-11

相对于传统的基于EMS系统高级应用软件, 按经验来进行的事故预想, 风险评估具有累加全网各元件的风险指标, 便于调度员和相关部门进行全局性把握;提供全网各分区的风险变化信息, 便于调度员监控;累加一定时段内的风险指标, 为检修计划等运行方式的安排提供决策信息的优点。本文着重探讨了电网运行风险评估步骤及风险指标体系的计算。

1 电网运行风险评估步骤

一般来说, 电网运行风险评估的实施主要通过风险元件的选择, 风险状态的分析和风险指标的计算三个步骤来实现。

1.1 风险元件选择

电网中任一电气元件, 均有可能因检修和故障退出运行。这样的元件或其组合称为风险元件。电网中任一电气元件或多个元件的组合均可根据运行分析的需要而设置为风险元件。针对我地区电网110k V开环辐射运行的情况, 电网风险元件选取主要考虑110k V~220k V输电线路、变压器以及母线, 选择原则如下:

(1) 一条线路开断; (2) 双回线路中的一条线路开断; (3) 失去110k V~220k V变电站中的一个主变; (4) 单条母线故障。

1.2 风险状态分析

当发生上述任一条时, 就形成一个风险状态。对风险状态的分析是电网运行风险评估的核心内容, 包括潮流计算、发电再调度计算、最优负荷削减模块。具体流程如下。

SCADA系统读取数据→电网基本数据元件故障数据输入→选取风险状态, 形成故障集合N→潮流计算→发电再调度计算→最优负荷削减→计算系统充裕度风险指标→数据保存及展示。

1.3 风险指标计算

电网运行风险评估指标体系主要由两大类共同构成, 为电网调度决策提供技术支持。第一类是概率充分性指标, 如线路停电概率、停电功率期望值、停电电量期望值、母线电压过高 (低) 风险、线路过载率等。

2 电网运行风险评估指标体系

2.1 风险概率计算

由故障枚举法生成典型故障集合, 任一故障i发生的概率为:

其中, Nf为故障元件数;Nw为正常工作元件数。

µk为元件k (变压器、线路或母线) 的停运概率 (或故障率、强迫停运率) 。µk为元件的可靠性参数, 软件将提供各类元件 (线路、变压器、母线) 故障停运率的典型值, 也可根据近一、两年元件停运时间的统计情况来获得, 即, , 其中, M T T为在统计时段内元件总停运时间 (小时) ;PRD为统计时段的长度。

变量表示说明:以下用下标i表示单个故障 (或元件) 的风险指标;下标s表示系统级的风险指标。

2.2 单个故障 (元件) 的风险指标计算

例: (1) 停电功率期望值EPNSi。

停电功率期望值用于从有功功率的角度来度量由于电网元件故障退出运行而导致无法满足用户负荷需求的程度。该指标可通过全网、平均两个层面来予以细化。具体如下:

全网停电功率期望值定义为:

平均停电功率期望值定义为:

式中, NLS表示切负荷的节点个数, ∆PL, K表示节点k的切负荷功率。

(2) 停电电量期望值EENSi。

停电电量期望值用于从电量的角度来度量由于电网元件故障退出运行而导致无法满足用户负荷需求的程度。该指标可通过全网、平均两个层面来予以细化。具体如下:

全网停电电量期望值定义为:

平均停电功率期望值定义为:

式中, ∆EL, K=∆PL, K×T表示在时段T内节点k的停电电量。

同理, 系统还能进行停电功率比Ri、线路过载率Rni、线路过载度Rpi、电压偏高率VHn, i、电压偏高度VHP, i、电压偏低率VLn, i、电压偏低度VLP, i、单个节点停电功率最大可能值△PL, max, i (最大电力不足) 、 (最大电量不足) 等指标计算。 (因篇幅有限, 公式略) 。

2.3 系统风险指标计算

系统风险指标是对定义的所有风险状态进行分析后, 按照概率统计方法所计算出来的关于全系统的相关风险指标, 用于评估整个电网的风险大小。系统级别的风险评估体系由以下指标构成。

例: (1) 停电概率LOLPs。

停电概率是指系统中由于输电线路或者变压器停运而导致系统出现电力不足的概率:

其中, Fi为第i个故障的停电标志, 停电时取1, 否则取0;N为故障模式集合中的故障数目。

(2) 停电功率期望值EPNSs。

系统停电功率期望值是对所有的停运事件进行停电功率期望值的计算, 将结果累加。该指标可细分为全网、平均两个层面, 计算公式如下:

全网停电功率期望值:

平均停电功率期望值:

同理, 还可以计算停电电量期望值EENSs、停电功率比Rs、线路过载率Rns、线路过载度Rps、电压偏高率VHn, s.、电压偏高度VHp, s、电压偏低率VLn, s、电压偏低度VLp, s、系统停电功率最大可能值△PL, max, i (最大电力不足) 、系统停电电量最大可能值△E L, max, i (最大电量不足) 等指标 (公式略) 。