n-1安全準(zhǔn)則在德國(guó)電網(wǎng)中的應(yīng)用.doc

1、n-1 安全準(zhǔn)則在德國(guó)電網(wǎng)中的應(yīng)用在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，高水平的供電可* 性和電能質(zhì)量至關(guān)重要。西歐聯(lián)合電網(wǎng)在保證供電可 * 性和電能質(zhì)量方面為全世界做出了成功的典范。取得這一成績(jī)的重大舉措是在電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行方式安排和電網(wǎng)運(yùn)行中嚴(yán)格執(zhí)行 n-1 安全準(zhǔn)則，以此為依據(jù)優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)， 合理安排電網(wǎng)的運(yùn)行方式，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在德國(guó)電網(wǎng)中，正是由于采取n-1安全準(zhǔn)則對(duì)電網(wǎng)非正常工況下的安全性全面進(jìn)行考核，確保足夠的電網(wǎng)儲(chǔ)備，使其電力供應(yīng)的可* 性具有與其現(xiàn)代化、高效率的工業(yè)社會(huì)相稱的高水平。1 電網(wǎng)非正常工況對(duì)電網(wǎng)功能的影響電網(wǎng)元件跳閘(隨機(jī)發(fā)生 )或因檢修退出運(yùn)行 (預(yù)先已知 )統(tǒng)稱為電網(wǎng)非正常

2、工況。 電網(wǎng)的非正常工況將影響電網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)，其對(duì)電網(wǎng)功能的損害可以概括為：(1)危害電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行；(2)電能質(zhì)量降低；(3)電網(wǎng)偏離經(jīng)濟(jì)目標(biāo)；(4)不能履行聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。表 1 列出了電網(wǎng)非正常工況可能引起的電網(wǎng)障礙以及所造成的對(duì)電網(wǎng)功能的損害。2 引起電網(wǎng)非正常工況的主要事件在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行安全性分析時(shí)，通常將電網(wǎng)分成以下幾個(gè)元件類型：-架空輸電線路 (不包括相鄰電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線 )-電纜 (不包括相鄰電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線 )-變壓器 (不包括發(fā)電機(jī)出口變壓器及換流變壓器)-網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線-母線或分段母線-發(fā)電機(jī)組或直流輸電系統(tǒng)(包括發(fā)電機(jī)出口變壓器及換流變壓器)上述任何電網(wǎng)元件退出運(yùn)行都有可能造成電網(wǎng)障礙，從

3、而妨礙電網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)。因此，在規(guī)劃和運(yùn)行電網(wǎng)時(shí)，必須對(duì)上述每個(gè)電網(wǎng)元件退出運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)安全性的影響作出評(píng)價(jià)。除上述列出的直接用于輸送功率的電網(wǎng)元件外，對(duì)于那些不直接參與功率傳輸?shù)珪?huì)影響電網(wǎng)功能的其它裝置 (如無(wú)功補(bǔ)償裝置、接地補(bǔ)償裝置、遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)、自用電及繼電保護(hù)裝置等 )退出運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)安全性的影響亦要予以考核。在電網(wǎng)運(yùn)行中除單一元件退出運(yùn)行的事件外，必然會(huì)遇到多個(gè)電網(wǎng)元件同時(shí)退出運(yùn)行的事件。因此，在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)某些多個(gè)元件同時(shí)退出運(yùn)行的情況也要進(jìn)行考核。例如多個(gè)元件共同跳閘(一個(gè)事件引起兩個(gè)及以上元件跳閘，獨(dú)立的兩個(gè)元件跳閘以及一個(gè)或多個(gè)元件處于檢修狀態(tài)下又發(fā)生另一元件跳閘的情

4、形，就是具有代表意義的多重故障。德國(guó)電網(wǎng)中尤其突出的問(wèn)題是由于線路走廊緊張的原因，在共桿線路檢修時(shí)，將出現(xiàn)多回線路不可用現(xiàn)象。此時(shí)若涉及到不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)，還必須對(duì)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)都進(jìn)行安全性考核。3n-1 安全準(zhǔn)則的定義經(jīng)過(guò)擴(kuò)充后的、準(zhǔn)確的n-1 安全準(zhǔn)則的定義涵蓋以下3 個(gè)方面：(1)電網(wǎng)規(guī)劃電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者規(guī)劃電網(wǎng)時(shí)，在預(yù)計(jì)的最大輸送功率和供電負(fù)荷下，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)允許發(fā)生的障礙時(shí)，例如由于某一事件引起電網(wǎng)元件跳閘或因檢修切除電網(wǎng)元件，仍然滿足其輸電和供電能力。如此規(guī)劃的電網(wǎng)即認(rèn)為符合 n-1 安全準(zhǔn)則。(2)電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃在某一時(shí)間段內(nèi)確定的運(yùn)行方式下，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)允許發(fā)生的障礙時(shí)，例如由于某一

5、事件引起電網(wǎng)元件跳閘，仍然滿足其輸電和供電能力，則稱為電網(wǎng)在該時(shí)間段的電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃滿足n-1 安全準(zhǔn)則。(3)電網(wǎng)運(yùn)行在電網(wǎng)運(yùn)行中，發(fā)生由于繼電保護(hù)動(dòng)作切除電網(wǎng)元件時(shí)，仍然滿足其輸送和供給當(dāng)時(shí)最大負(fù)荷的能力，則稱該電網(wǎng)按n-1 安全準(zhǔn)則運(yùn)行。根據(jù)上述定義， n-1 安全準(zhǔn)則在實(shí)際應(yīng)用中必須貫穿電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃及電網(wǎng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，但每個(gè)環(huán)節(jié)的安全性考核各有側(cè)重。電網(wǎng)規(guī)劃著眼于電網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略和建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃。在電源發(fā)展、負(fù)荷預(yù)測(cè)等方面存在不確定因素的情況下，針對(duì)電網(wǎng)最嚴(yán)酷的運(yùn)行工況，經(jīng)過(guò)比較不同的發(fā)展方案，選擇既能滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行又能滿足電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的最佳方案，確定電網(wǎng)的發(fā)展綱要。目標(biāo)是

6、為電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化運(yùn)行和電網(wǎng)方式安排提供前提條件，從而保證電網(wǎng)在可能存在的運(yùn)行工況下能正常運(yùn)行。在這一早期規(guī)劃研究中，除考慮一般的非正常運(yùn)行工況外，對(duì)諸如電廠正常的停運(yùn)又發(fā)生突發(fā)的或已知的電網(wǎng)元件切除 (包括單一元件故障及罕見的、甚至是臨界的多個(gè)元件退出運(yùn)行故障 )也必須予以考核。對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷及發(fā)電情況在各特征時(shí)間點(diǎn)還應(yīng)考慮合理的安全系數(shù)。電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃是針對(duì)中、短期事件例如設(shè)備檢修維護(hù)、改擴(kuò)建工程等安排日常運(yùn)行方式，從而保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。與電網(wǎng)規(guī)劃不同的是，電網(wǎng)元件以及電網(wǎng)的發(fā)電、用電情況、與其它電網(wǎng)相連接的情況都為已知。由于不確定因素的減少，電網(wǎng)安全性分析必須包含給定運(yùn)行方式下發(fā)生事故時(shí)

7、的情況。在運(yùn)行工況上主要考慮單個(gè)元件故障，但亦必須考慮特殊情況下出現(xiàn)的半邊桿塔上多回線路退出運(yùn)行的情況以及雙回線路跳閘的情形，估計(jì)它們對(duì)安全運(yùn)行是否構(gòu)成威脅。對(duì)其它的多重故障 (例如一條線路和一個(gè)電廠同時(shí)退出運(yùn)行 )不再考核，因?yàn)檫@些事件多數(shù)不是同時(shí)發(fā)生的，運(yùn)行人員有足夠的反應(yīng)時(shí)間來(lái)處理故障。在電網(wǎng)運(yùn)行中，值班調(diào)度員應(yīng)按照運(yùn)行方式計(jì)劃運(yùn)行電網(wǎng)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行狀況 (運(yùn)行工況、日發(fā)電計(jì)劃、日用電計(jì)劃 )，通過(guò)連續(xù)的安全計(jì)算，將現(xiàn)有運(yùn)行狀況下所允許發(fā)生的某些事件 (單個(gè)電網(wǎng)元件故障退出運(yùn)行 )的影響限制在一定的范圍，保證電網(wǎng)的連續(xù)安全運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生障礙不能滿足 n-1 安全準(zhǔn)則時(shí)，值班調(diào)度員

8、在運(yùn)行條件許可的情況下必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行方式， 使之滿足 n-1 安全準(zhǔn)則。此時(shí)通常不考慮多個(gè)元件切除故障和母線故障。4n-1 安全準(zhǔn)則的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)目前在德國(guó)主要采用電網(wǎng)潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算和電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算來(lái)檢驗(yàn)電網(wǎng)是否滿足n-1 安全準(zhǔn)則。由于電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算工作量大， 通常只在做電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)使用。適合電網(wǎng)運(yùn)行的在線電網(wǎng)穩(wěn)定檢驗(yàn)程序目前尚在開發(fā)之中。當(dāng)電網(wǎng)在因某一事件引起故障跳閘而發(fā)生下列后果時(shí)，則認(rèn)為該電網(wǎng)不滿足 n-1 安全準(zhǔn)則：(1)持續(xù)的參數(shù)越限 (電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)短路容量)和電網(wǎng)元件過(guò)負(fù)荷 (電流越限 )將危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行或者引起電網(wǎng)元件損壞或壽命縮短；(2)盡管使用了下

9、一級(jí)電網(wǎng)的短時(shí)過(guò)載能力，仍然中斷電力供應(yīng)；(3)非故障元件的保護(hù)動(dòng)作跳閘導(dǎo)致事故擴(kuò)大；(4)發(fā)電機(jī)組失穩(wěn)；(5)改變或中斷與相鄰電網(wǎng)長(zhǎng)期供電合約中規(guī)定的電能交換。5n-1 安全準(zhǔn)則的局限性和可能的補(bǔ)充評(píng)價(jià)方法n-1 安全準(zhǔn)則可以在給定的電網(wǎng)障礙下，甚至是突發(fā)的、后果嚴(yán)重的小概率事件 (如倒桿 )以及輸變電工程建設(shè) (如架設(shè)線路 )引起的電網(wǎng)元件停運(yùn)等情況下對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和向用戶供電的安全性作出直接的評(píng)價(jià)，從而在安排運(yùn)行方式時(shí)和在電網(wǎng)運(yùn)行中避免出現(xiàn)不允許的運(yùn)行方式。從電網(wǎng)運(yùn)行角度來(lái)說(shuō)，目前還沒(méi)有其他方法可以取代使用第4 節(jié)所述的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序， 按 n-1 安全準(zhǔn)則對(duì)電網(wǎng)安全性作出評(píng)價(jià)。但是當(dāng)需要采取

10、下述方式對(duì)電網(wǎng)的安全性不僅在質(zhì)的方面進(jìn)行考核，而且還要作出量的評(píng)價(jià)時(shí)， n-1 安全準(zhǔn)則仍有局限性。(1)采用電網(wǎng)障礙 (中斷供電、參數(shù)越限、電網(wǎng)元件過(guò)負(fù)荷等 )發(fā)生的頻度和持續(xù)時(shí)間作為安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；(2)節(jié)省電網(wǎng)投資對(duì)供電可* 性的影響；(3)不同電網(wǎng)元件退出運(yùn)行的頻度和持續(xù)時(shí)間存在顯著差異以及不同電網(wǎng)元件的可 * 性對(duì)電網(wǎng)總的可 * 性水平的影響；(4)電網(wǎng)負(fù)荷和發(fā)電情況劇烈變化時(shí)的可* 性水平；(5)比較不同的變電站建設(shè)方案和并網(wǎng)方式下的可* 性。此時(shí)，有必要引進(jìn)補(bǔ)充的安全性評(píng)價(jià)方法。對(duì)上述部分問(wèn)題可能的補(bǔ)充評(píng)價(jià)方法是可 * 性計(jì)算。由于計(jì)算工作量大且費(fèi)用很高，目前可* 性計(jì)算作為補(bǔ)充評(píng)價(jià)方法只在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)使用。6 結(jié)束語(yǔ)n-1 安全準(zhǔn)則是電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行工程師評(píng)價(jià)電網(wǎng)在異常狀況下的安全性的主要手段。它作為電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)的唯一實(shí)用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在德國(guó)電網(wǎng)得到了