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1、 地区电网与大电网运行方式评估指标的选取及比较研究 包依平，黎灿兵，张荣森，唐升卫，李 龙，吴 波 （湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙，410082）摘 要：基于目前电网运行方式评估指标的单一和量化不足，本文从电网的安全、可靠、经济、优质和高效等几个方面分别对地区电网和大电网全面系统地选取了电网运行方式评估指标， 并对其中的大部分指标进行了量化。 根据地区电网与大电网在规模大小、电压等级、输送容量、复杂程度和互联强度等方面的不同， 分析了造成地区电网和大电网运行方式评估指标存在显著差异的内在原因。 关键字：运行方式；评估指标；地区电网；大电网 0 引言 电网运行方式是电网调度部门运行方式科
2、编 制的电网生产和运行的技术方案。电网运行方式的 主要目标是为电网的安全、稳定、可靠、优质、经 济运行提供决策，在电力生产、流通和使用的全过 程起着至关重要的作用。在传统的运行方式编排 中，一般是由电力调度通信部门方式科的专业人员 根据前一年的电网生产运行情况以及年初的负荷 和发电预测，再凭经验知识制定出电网年度运行方 式的初稿，然后通过电网的安全稳定计算来评判该 年度运行方式的可行性，在这个过程中缺少全面系 统的量化评估指标。因此，选取合适的评估指标对 电网运行方式进行评估显得十分迫切。 目前国内外已有不少文献对电网运行方式的 评估进行了研究，并提出了一些评估指标。文献 1-5分别从电网的安
3、全、稳定、可靠等单方面性 质对运行方式进行了评估，但大多不具有量化的指 标；文献6从电网供电安全性出发，提出事故后 果严重程度指标、系统网架结构强弱指标和系统整 体安全性指标， 来分析电网的静态安全； 文献7-9 通过选取系统的一些停电指标和电网运行的充裕 度指标分别对电网的供电可靠性和运行可靠性进 行了评估；文献10提出了比较全面的电网运行方 式评估指标， 但只是单纯的针对地区电网； 文献11 提出了大电网动态稳定风险评估的概念及指标，并 对某实际运行的大电网进行了评估；文献12,13 对复杂电力系统进行了风险评估，对大电网运行方 式安全评估有一定借鉴作用。纵观已有的有关电网 运行方式评估指
4、标的文献，它们选取的评估指标大都不够全面系统，多数从单方面性质来对电网运行 方式进行评估，而且未见有对电网规模的大小对运 行方式评估指标选取的影响进行过研究。本文以年 度运行方式选取评估指标，根据地区电网和大电网 在规模大小、电压等级、输送容量、复杂程度和互 联强度等方面的异同，对它们各自的运行方式进行 比较研究，从电网的安全、可靠、优质、经济和高 效等方面选取全面系统的运行方式评估指标分别 对地区电网和大电网进行运行方式的评估，并对造 成它们在运行方式评估指标选取上的差异做了详 细和深入的分析，从而更深刻的认识到地区电网与 大电网运行方式评估的异同，为运行方式编排做出 合理的决策。 1 地区
5、电网运行方式评估指标 地区电网是从省级输电主干网或地区发电厂 接受电能，经由中间输电网络，通过配电设施就地 分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。在网 络拓扑结构上，地区电网通常是闭环设计开环运 行，存在常开的联络开关和互馈线，具有一定的冗 余度。电网调度管理条例14第二条规定：电网调度机构为保障电网的安全、优质、经济运行，对 电网运行进行的组织、指挥、指导和协调。所以我 们也应以电网安全性、 供电可靠性、 最优质的电能、 最小的网损率和最低的能耗为标准，再根据地区电 网自身的特点来选取地区电网运行方式评估指标。 1.1 地区电网安全性指标 地区电网的电压等级不高，负荷较轻，且动态 元件少，
6、所以一般认为地区电网中没有明显的动态 过程，同时地区电网通常具有闭环设计、开环运行 的特点。以上这些决定了地区电网的安全性指标主 要指静态安全指标。 1.1.1 主变压器和主干线路负载率 ()()100%()TiLl TiLl TiLlPP SS= （1） 其中：Ti和Li分别是主变压器负载率和主干线 路负载率；TiP和LlP分别是变压器i和线路l的最 大负荷量；TiS和LlS分别是变压器i和线路l的最大容量。 1.1.2 1N 最大切负荷率 地区电网N-1校验中，供电恢复方案中的最大 负荷切除率是一个衡量地区电网静态安全性的一 个很重要的指标10。 _ max _max(/)cutiload
7、 ji cutjSS = （2） 其中：_ maxcut表示1N 最大切负荷率，集合 _cutj表示对设备j做1N校验时所需要切负荷的节点集，iS表示第i个节点所切除的负荷量，loadS表示全网总负荷量。 1.1.3 短路电流指标 地区电网发生短路时,很大的短路电流会使电 力设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时会破 坏电网内用电设备的正常工作。短路电流偏离额定 限值的大小关系到该运行方式的优劣程度。根据相 关规定，220kV、110kV、35kV线路的短路电流限值 分别为50kA、25kA、25kA。通过对电网运行方式的 网络拓扑结构以及电网各节点的功率分布，来计算 短路电流的大小并判断是否
8、在短路电流限额之内。 用SCC表示短路电流指标10， 若合格则SCC为1， 否则为0： maxmax()1()0shortshortIISCCII=（3） 其中：shortI表示短路电流，maxI表示短路电流限额。 1.2 地区电网可靠性指标 地区电网跟用户联系紧密，其可靠性主要表现 为电网的不连续供电对用户的影响程度，以下面这 几个指标来衡量地区电网运行方式的供电可靠性7。 1.2.1 系统平均停电频率（SAIFI）和用户平均停电 频率（CAIFI） ii= iACINSAIFIN=用户总停电次数 总用户数（4） 其中i为故障率，iN为负荷点i的用户数，SAIFI的 单位为次/（用户年） A
9、CICAIFI =用户总停电次数 受停电影响的总用户数（5） 1.2.2 系统平均停电持续时间（SAIDI）和用户平均 停电持续时间（CAIDI） iii=CIDTNSAIDIN=用户停电持续总时间 总用户数（6） 其中iT为i个用户的年平均停电时间，h/年。 iiii=CIDTNCAIDIN=用户停电持续总时间 用户总停电次数（7） 1.2.3 平均供电不可用率（ASUI）和系统总电量不 足（ENS） i ii=8760TNASUIN=用户不能供电小时数 用户要求供电总小时数（8） ai ipi i iENSL TL fT= （9） 其中aiL为连接在每个负荷点i上的平均负荷；piL 为负荷
10、点i的峰荷，if为负荷系数。 1.3 地区电网电能质量指标 地区电网制定的运行方式是否能给用户提供 优质的电能是衡量该运行方式好坏的重要指标之 一。高质量的电能供应有利于用户摒弃高能耗的生 活方式(比如用煤做燃料)，这样用户会更倾向于使 用电能来替代其他的化石燃料。地区电网基本不存 在频率偏差问题，因此，地区电网电能质量指标主 要以电压波动指标和电压瞬时中断指标表示15。 1.3.1 电压的波动指标 电压的波动是指由于波动性负荷在运行过程 中频繁地从地区电网取用快速变动电能，即出现冲 击性功率变化，造成公共连接点电压在短时间里急 剧变动，并且明显偏离标称电压值的现象，用D表 示电压的波动。 1
11、00% NUUDU= （10） 其中：U为波动性负荷接入地区电网前电网的电压 值，U为波动负荷接入地区电网后电网的电压值，NU为地区电网的标称电压值。 1.3.2 电压瞬时中断指标 电压瞬时中断是指线路由于地区电网运行方 式故障和检修而被隔离开关断开，但在极短的时间 内重新恢复供电的电压中断现象。以电压瞬时中断的平均次数N来衡量电压的瞬时中断指标。 11k i i k i iN N T= = （11） 其中：iN在监测期间iT内，由监测装置i观察到的电压瞬时中断次数；N电压瞬时中断次数的平 均值。 1.4 地区电网经济性指标 地区电网经济性的主要目标便是在满足电网 安全稳定的前提下，尽可能的使
12、网络的功率损耗达 到最小以减小单位电能的成本、最大限度地减小用 户因停电带来的经济损失，这样电网可以获得较大 的利润、用户可以使用廉价的电能，真正的达到一 举两得的效果。 1.4.1 网络损耗指标 网络损耗即电流流经输电线和变压器时所产 生的功率损耗，以网损率PLR来表示。 00100%PPPLRP= （12） 其中0P为线路首端的输送功率，P为线路末端的 接受功率。 1.4.2 停电损失指标 停电损失是指一段时间内，由于各种输变电设 备故障而造成用户停电的总损失,等于停电总电量 乘以单位电价。计算式如下： 1=N i i iL t q =?停电损失ICI （13） 式中：i为停电故障点；N为
13、停电故障点总数；iL为i处的停电负荷量；it为停电持续时间；q为单位电价。 1.5 地区电网能效评估指标 目前国家正大力提倡节能低碳经济，分布式发 电（包含光伏发电、风能发电、生物质能发电等新 能源发电）是发展节能低碳经济的重要组成部分。 分布式发电跟传统的火力发电无论是在发电成本 上还是在对环境的影响上都占有相当大的优势。大 量的分布式电源接入地区电网对改善电网的能效 水平正发挥越来越大的作用。本文以分布式发电量 占全网的发电总量的百分比作为地区电网能效评 估指标，用EEI表示。 =100%EEI该地区分布式发电量 全地区电网发电总量（14） 2 大电网运行方式评估指标 大电网即规模大、互联
14、性强、网络连接复杂的 电力网。大电网不是几个零散的小电网简单的相加 而成，在我国，它是由地区电网连接成省网，再由 省网连接成区域电网，然后由几个区域电网通过超 高压或特高压联络线连接成的一层一层递进的大 型互联电网。相较于地区电网这种小电网，大电网 有很多显著的优势。首先，大电网可以利用广阔的 地理环境便利地获得各种能源，发挥其大电网互联 的错峰调峰、水火互济、互为备用、跨区域补偿调 节等联网效用，实现网间的功率交换，在更大范围 内优化能源配置方式；其次，大电网承受扰动的能 力比小电网显著加强，大电网因事故导致大停电的 概率明显比小电网低。然而，大电网有一个最大的 缺点，就是一旦大电网发生故障
15、，特别是连锁性故 障，将可能导致系统崩溃，造成无法挽回的巨大损 失16。本文仍然从电网的安全、可靠、优质、经济和高效这五个方面来选取大电网的运行方式评估 指标，但鉴于大电网与地区电网特点的显著差异， 其内容跟地区电网评估指标相比大相庭径。 2.1 大电网安全性指标 当今，大电网正向着远距离、大容量、超（特） 高压方向发展， 网络规模日益庞大， 结构日趋复杂， 大电网的复杂性越来越凸显，大大增加了由多重故 障或连锁性故障引起的大停电事故风险程度，大电 网 的 脆 弱 性 问 题 也 更 为 突 出 。 据 ISO/IEC13335:2004中定义：风险是一个指定的威 胁，利用一项资产或多项资产的
16、脆弱性，造成资产 损害或破坏的可能性。大电网的风险根源在于系统 存在能被人为或自然灾害所利用的脆弱性，因此， 本文以基于脆弱性的风险评估指标来衡量大电网 的安全性水平。 大电网脆弱性风险评估指标需定量的把握事 故的可能性和严重性这两个决定系统脆弱性的关 键因素，从而较全面的反映出电网的安全水平。将 大电网的脆弱性风险评估指标定义为事故发生的 概率和事故产生后果严重度的乘积12,13： ( | , )()( |, )( )titit iR Y E LP EP Y E LS Y=(15) 式中：tY是特定的运行状态(包括母线电压V、支路 潮流F等)；iE是未来时刻t发生的不确定事故；L 是t时刻系统的负荷状况；()iP E是iE发生的概率；( |, )tiP Y E L是发生事故iE后系统运行状态
