電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性發(fā)輸電系統(tǒng)

多類型新能源發(fā)電綜合消納的關(guān)鍵技術(shù)電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評價本節(jié)提綱1.輸電網(wǎng)規(guī)劃中的可靠性準(zhǔn)那么國外電網(wǎng)規(guī)劃中的可靠性準(zhǔn)那么引見歐洲、北美、俄羅斯，共同特點：發(fā)生出現(xiàn)機率較高的單一缺點時保證對用戶電力的延續(xù)供應(yīng)；發(fā)生嚴(yán)重的、出現(xiàn)機率較低的缺點時，防止系統(tǒng)大面積的解體。我國輸電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)那么-電力系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)那么N-1檢驗：〔

N-1原那么：正常運轉(zhuǎn)方式下的電力系統(tǒng)中任一元件〔如線路、發(fā)電機、變壓器等〕無缺點或因缺點斷開，電力系統(tǒng)應(yīng)能堅持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)和正常供電，其他元件不過負荷，電壓和頻率均在允許范圍內(nèi)。這通常稱為N－1原那么。N-1原那么用于電力系統(tǒng)靜態(tài)平安分析(單一元件無缺點斷開)，或動態(tài)平安分析(單一元件缺點后斷開的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析)。當(dāng)發(fā)電廠僅有一回送出線路時，送出線路缺點能夠?qū)е率ヒ慌_以上發(fā)電機組，此種情況也按N－1原那么思索?！?.輸電網(wǎng)規(guī)劃中的可靠性準(zhǔn)那么嚴(yán)重缺點校驗：根據(jù)電網(wǎng)構(gòu)造和特點進展校核。尤其不能呵斥大面積停電。未來開展方向確定性校核〔N-1，嚴(yán)重缺點校驗〕+風(fēng)險評價—效益本錢分析2.輸電網(wǎng)規(guī)劃中可靠性分析和缺點排序N-1分析目的：全部線路中恣意開斷一跳線路后，系統(tǒng)的各項運轉(zhuǎn)目的仍能滿足給定的要求。規(guī)劃初期，主要使網(wǎng)絡(luò)不出現(xiàn)過負荷，既滿足平安保送電力的要求。N-1主要用于過負荷檢驗。暫態(tài)校核經(jīng)過缺點帥選。不滿足規(guī)范：引起系統(tǒng)其它線路出現(xiàn)過負荷或者系統(tǒng)解列處置方法：擴展規(guī)劃，重新校核。缺點排序方法：元件多導(dǎo)致N-1計算量很大。因此采用缺點排序的方法，把嚴(yán)重的缺點排前面，對系統(tǒng)影響不大的排后面。校驗缺點時從前面取。怎樣衡量什么缺點對系統(tǒng)影響較大呢？2.輸電網(wǎng)規(guī)劃中可靠性分析和缺點排序Pl為線路有功潮流，為線路傳輸功率。當(dāng)系統(tǒng)中沒有過負荷時，小于1，PI目的較小。當(dāng)系統(tǒng)中有過負荷時，過負荷線路的大于1，正的指數(shù)項將使PI目的變大。因此這個指數(shù)可以概括的反響系統(tǒng)平安性。為了突出地反映系統(tǒng)過負荷的情況，甚至可以用高次指數(shù)項替代式中的平方項。經(jīng)過分析PI目的對各線路導(dǎo)納變化的靈敏度就可以反映出相應(yīng)線路缺點對系統(tǒng)平安性的影響。建立平價的標(biāo)量目的：2.輸電網(wǎng)規(guī)劃中可靠性分析和缺點排序該目的的值越大，PI添加的越多，闡明線路K缺點引起系統(tǒng)過負荷的能夠性越大。經(jīng)過求解每條線路缺點的PI的變化值，變化大的排前面，掃描N-1從前面開場，后面值小的可以忽略。靈敏度就可以反映出相應(yīng)線路缺點對系統(tǒng)平安性的影響。當(dāng)線路K缺點時，PI目的的變化為：3.發(fā)輸電系統(tǒng)概率可靠性評價上述的N-1靜態(tài)或者暫態(tài)分析都是在特定的場景下的。都是確定性準(zhǔn)那么，沒有量化思索缺點發(fā)生的概率?！哺怕蚀?后果不嚴(yán)重〕，因此采用基于概率目的的方案對比分析，綜合思索概率和后果兩個要素。評價模型和邊境條件：發(fā)輸電系統(tǒng)中包括位于不同地點的發(fā)電機和負荷，以及輸電網(wǎng)。假設(shè)發(fā)電機全部可用，有能夠由于線路單一或多重失效引起電壓越線而消減負荷。因此中間涉及潮流計算、缺點分析以及消除過載、發(fā)電重新調(diào)度、消減負荷和切換開關(guān)的校正措施。----比較復(fù)雜3.1概述發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性是指一致并網(wǎng)運轉(zhuǎn)的發(fā)電系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)綜合組成的發(fā)輸電系統(tǒng)，按可接受規(guī)范和期望數(shù)量向供應(yīng)點供應(yīng)電力和電能量的才干的度量。包括富余性和平安性兩個方面。富余性是對系統(tǒng)的靜態(tài)特性進展概率評價；平安性那么是對系統(tǒng)的動態(tài)特性進展評價。發(fā)輸電系統(tǒng)風(fēng)險評價的系統(tǒng)分析并非是簡單的連通性問題,它涉及到潮流計算、缺點分析以及諸如消除過載、發(fā)電重新調(diào)度、負荷削減和切換操作等校正措施。其系統(tǒng)形狀選擇中需求思索的問題有：系統(tǒng)元件的獨立停運，共因、電站相關(guān)和其他相關(guān)停運，氣候影響，母線負荷的不確定性和相關(guān)性，降額形狀模擬，以及系統(tǒng)的其他約束條件等。3.發(fā)輸電系統(tǒng)概率可靠性評價3.發(fā)輸電系統(tǒng)概率可靠性評價發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評價隨其要求和目的不同，存在以下三種情況：1.發(fā)電和輸電元件失效均被思索，這是一種常見的情況。2.只思索輸電元件的失效，而假設(shè)發(fā)電機組100%可靠，這既是輸電系統(tǒng)的評價。在這種情況下，針對特殊的研討目的，某些變電站電氣主接線也可以并入到系統(tǒng)評價中一同加以思索。3.只思索發(fā)電機組的失效，而假設(shè)輸電元件100%可靠。該當(dāng)清楚，這種情況與發(fā)電-負荷需求系統(tǒng)風(fēng)險評價并不一樣，由于在這里的評價中依然要思索輸電網(wǎng)的約束。3.2富余度評價的目的體系富余度目的分成負荷點目的和系統(tǒng)目的兩類。切負荷概率PLCS是有切負荷的系統(tǒng)形狀集合；是系統(tǒng)形狀i的繼續(xù)時間，T為總模擬時間。切負荷頻率EFLC是有切負荷的形狀數(shù)。富余度評價的目的體系(續(xù)〕切負荷繼續(xù)時間EDLC每次切負荷繼續(xù)時間ADLC負荷切除期望值ELC電量缺乏期望值EENS3.3評價方法根本步驟：1)元件失效模型2)負荷曲線模型3)缺點分析4)負荷削減的最優(yōu)化模型5)形狀枚舉6)形狀抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真1)根本步驟發(fā)輸電系統(tǒng)風(fēng)險評價主要包括四個方面：確定元件失效模型和負荷模型；選擇系統(tǒng)形狀；識別并分析系統(tǒng)問題；進展可靠性目的計算。方法：形狀枚舉和蒙特卡羅仿真2)元件失效模型發(fā)電機組運用兩態(tài)〔運轉(zhuǎn)和停運〕或多態(tài)〔計入降額形狀〕模型來模擬。當(dāng)運用蒙特卡羅模擬法時，一切發(fā)電機的形狀或形狀轉(zhuǎn)移都可直接抽樣而無需簡化；當(dāng)運用形狀枚舉法時，系統(tǒng)形狀數(shù)隨發(fā)電機臺數(shù)及其降額形狀數(shù)呈指數(shù)增長；輸電元件包括架空線路、電纜、變壓器、電容器和電抗器等，通常用兩形狀〔運轉(zhuǎn)和停運〕模型來模擬這些元件；高壓直流輸電〔HVDC〕線路有時要求用多態(tài)模型來計入一個或多個降額形狀；3)負荷曲線模型當(dāng)運用序貫蒙特卡羅仿真時，直接利用時序負荷曲線作為負荷模型；對于形狀枚舉法或形狀抽樣法，那么利用非時序負荷曲線。運用單一負荷曲線；某些母線上的負荷能夠在全部研討時間內(nèi)堅持恒定；將各個母線負荷按其遵照的不同負荷曲線分類為相應(yīng)的母線組；4)缺點分析發(fā)電機組的料想缺點分析簡單直觀。假設(shè)在每個發(fā)電機母線上余下的發(fā)電容量可以彌補同一母線上由于失去發(fā)電機而引起的不可用容量，那么無需削減負荷；否那么，就該當(dāng)運用最優(yōu)化潮流模型來研討發(fā)電容量的重新調(diào)度。輸電料想缺點分析較為復(fù)雜。其目的是計算一個或多個元件失效后的線路潮流和母線電壓，以識別能否引起線路過載、電壓越限、母線孤立或系統(tǒng)分別成孤島等問題。發(fā)輸電系統(tǒng)風(fēng)險評價中常用的分析輸電缺點的兩個根本方法。基于交流潮流的靈敏度法研討一個輸電系統(tǒng)中線路i—j停運情況，假設(shè)i—j停運前兩端的潮流是和，停運前母線i和j上有兩個外加注入功率，用和表示。假設(shè)外加注入功率完全與線路i—j的停運等效?？梢宰C明，線路i—j的潮流和停運前形狀的外加注入功率存在以下關(guān)系：在母線i和j的這一外加注入功率可經(jīng)過求解上述方程得出。然后可求解下式獲得由線路i—j停運引起的母線電壓幅值增量和相角增量：式中，是停運前形狀的潮流方程雅克比矩陣；是電壓幅值增量，它的元素；是電壓相角增量矢量，其元素是，定義如下：得到母線電壓后，即可計算線路i—j停運后的線路潮流。類似方法可以適用于多條線路停運的情況。基于交流潮流的靈敏度法〔續(xù)〕基于直流潮流的缺點分析基于直流潮流的料想缺點分析提供線路停運后快速而有足夠精度的有功潮流，風(fēng)險評價中需求思索大量的這種停運情況。多重線路停運后的節(jié)點阻抗矩陣可以由停運前的節(jié)點阻抗矩陣直接計算：式中，、分別是線路停運前和停運后的節(jié)點阻抗矩陣，其中忽略了全部線路的電阻；括號中的0和S分別表示系統(tǒng)正常和停運形狀；W是對角線矩陣，其中的對角線元素是停運線路的電抗；M是由節(jié)點-線路關(guān)聯(lián)矩陣中對應(yīng)于停運線路的列所組成的子矩陣?；谥绷鞒绷鞯娜秉c分析線路停運后的潮流可由下式計算：是停運形狀的有功潮流矢量；PG和PD分別是發(fā)電輸出和負荷功率矢量；是停運形狀S的有功潮流和注入功率間的關(guān)系矩陣，其第m行可計算如下：是線路m的電抗；下標(biāo)r和q分別表示線路m的兩端節(jié)點編號；和分別是的第r和第q行。5〕負荷削減的最優(yōu)化模型當(dāng)停運引起系統(tǒng)問題時，經(jīng)過專門的最優(yōu)潮流〔OPF〕模型進展發(fā)電重新調(diào)度，以消除系統(tǒng)約束違限；同時盡能夠防止負荷削減，或者在無法防止時使負荷削減最小。有兩種模型：基于交流潮流的最優(yōu)潮流模型基于直流潮流的最優(yōu)潮流模型基于交流潮流的最優(yōu)潮流模型是母線i的負荷削減量；ND、NG、N和L分別是系統(tǒng)中負荷母線、發(fā)電母線、一切母線以及一切支路的集合?；谥绷鞒绷鞯淖顑?yōu)潮流模型與基于交流潮流的最優(yōu)潮流模型相比，直流模型中略去了全部與無功功率相關(guān)的量。大量計算闡明，對發(fā)輸電系統(tǒng)風(fēng)險評價而言，這是一個可接受的合理簡化。6〕形狀枚舉法主要步驟如下：建立多級程度負荷模型，對每一級負荷程度進展枚舉；利用枚舉技術(shù)選擇系統(tǒng)形狀；進展料想缺點分析；風(fēng)險目的計算公式：負荷削減概率PLC是形狀s的概率；是多級負荷模型中第i個負荷程度下系統(tǒng)全部失效形狀的集合；是第i個負荷程度的時間長度；NL是負荷程度分級數(shù)；T是負荷曲線的時間期間全長。期望缺電電量EENS是形狀s的負荷削減量。形狀枚舉法〔續(xù)〕期望負荷削減頻率EELC是元件分開形狀s的第j個轉(zhuǎn)移率；是分開形狀s的轉(zhuǎn)移率總數(shù)。負荷削減平均繼續(xù)時間ADLC實踐運用形狀枚舉法應(yīng)留意：〔1〕一切被枚舉的系統(tǒng)形狀之間必需是互斥的；〔2〕對于包含有大量元件的系統(tǒng)，要枚舉一切的系統(tǒng)形狀在計算上是不現(xiàn)實的?！?〕形狀枚舉法不能模擬時序相關(guān)事件。7〕形狀抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真形狀抽樣法經(jīng)常用于發(fā)輸電系統(tǒng)風(fēng)險評價，尤其是適用于研討復(fù)雜運轉(zhuǎn)措施和模擬負荷不確定性和相關(guān)性，或研討氣候影響等特殊要求的情況。主要步驟如下：建立多級程度負荷模型，對每一級負荷程度進展枚舉；利用蒙特卡羅模擬選擇系統(tǒng)形狀；利用正態(tài)分布隨機變量以計及母線負荷的不確定性；元件形狀〔運轉(zhuǎn)、停運或降額〕利用均勻分布隨機變量來模擬；進展料想缺點分析，假設(shè)必要那么還要進展最優(yōu)潮流分析，以估計所選擇形狀需求削減的負荷量；形狀抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真〔續(xù)〕主要風(fēng)險目的計算公式負荷削減概率PLC是抽樣中形狀s的發(fā)生數(shù)；是抽樣總數(shù)。期望缺電電量EENS期望負荷削減頻率EELC負荷削減平均繼續(xù)時間ADLC3.4算例分析——形狀枚舉法例子例〔輸電系統(tǒng)可靠性分析〕：系統(tǒng)接線圖如以下圖所示，各母線節(jié)點的發(fā)電、負荷數(shù)據(jù)和輸電線路數(shù)據(jù)如表。發(fā)電和負荷母線數(shù)據(jù)母線號發(fā)電負荷額定容量MW調(diào)度出力MW%MW110010010.58020031.624032002005.24040021.116050031.6240675046000總計1050760100760輸電線路數(shù)據(jù)線路號母線節(jié)點起至號長度Km阻抗最大傳輸容量MWRX11--2400.10.410021--4600.150.68031--5200.050.210042--3200.050.210052--4400.10.410062--6300.080.310072--6300.080.310082--6300.080.310093--5200.050.2100103--5200.050.2100114--6300.080.3100124--6300.080.3100135--6610.150.61100停運線路號母線節(jié)點號LSC系統(tǒng)供電能力不足MW正常——875011--2867021--4865031--5879042--3879052--4874062--67362472--67362482--67362493--58030103--58030114--6649111124--6649111135--67910確定導(dǎo)致系統(tǒng)缺點的事件停運線路號原始數(shù)據(jù)MTTR(h)MTBF(h)停運率正?！?0.6450021——182000.040.02687510.0033593928133.30.060.04117040.00514629384000.020.01316330.00164541484000.020.01316330.00164541582000.040.02687510.0033593968266.70.030.01994850.0024935778266.70.030.01994850.0024935788266.70.030.01994850.00249357984000.020.01316330.001645411084000.020.01316330.00164541118266.70.030.01994850.00249357128266.70.030.01994850.00249357138133.30.060.04117040.00514629系統(tǒng)停運數(shù)據(jù)及形狀概率、形狀頻率算例分析——形狀枚舉法例子計算結(jié)果(續(xù)1)確定性可靠性目的發(fā)電利用系數(shù)輸電貯藏系數(shù)最小負荷供應(yīng)才干MW最大電力缺乏MW最大電量缺乏kW·h概率性可靠性目的電力缺乏概率〔LOLP〕電力缺乏頻率〔FLOL〕電量缺乏期望值〔EENS〕單位負荷缺電率〔BPII〕單位負荷電量缺乏率〔BPECI〕算例分析——形狀枚舉法例子計算結(jié)果(續(xù)2)3.4算例分析——形狀抽樣法算例IEEE-RTS年度化目的蒙特卡羅法和形狀枚舉法計算結(jié)果比較可靠性指標(biāo)蒙特卡羅仿真狀態(tài)枚舉樣本數(shù)目發(fā)電機停運層次100001000004層5層ENLC54.7534257.9268147.9665354.21938EDLC698.88737.23102657.78259711.28967PLC0.080.084390.07530.08142EDNS13.9704514.8720811.9938313.76009EENS1