交流互聯(lián)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

交流互聯(lián)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

0穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)分析通常采用定性方法。最嚴(yán)重的故障記錄系統(tǒng)的穩(wěn)定性經(jīng)過(guò)審查，結(jié)果相對(duì)保守。文獻(xiàn)將概率性分析方法引入電力系統(tǒng),通過(guò)考慮各類元件故障、繼電保護(hù)和控制裝置動(dòng)作的概率及系統(tǒng)狀態(tài)的隨機(jī)性,可以對(duì)系統(tǒng)安全進(jìn)行更加客觀的評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法是對(duì)概率性方法的擴(kuò)充。該方法將經(jīng)濟(jì)性與安全性結(jié)合起來(lái),體現(xiàn)了電力市場(chǎng)化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定分析的新要求;文獻(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并將蒙特卡洛抽樣方法用于電力系統(tǒng)狀態(tài)模擬,為大規(guī)模電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了可能;文獻(xiàn)提出了暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的元件故障模型,并提出了不同風(fēng)險(xiǎn)水平下的運(yùn)行極限概念;文獻(xiàn)采用控制代價(jià)衡量暫態(tài)失穩(wěn)的后果,解決了停電損失難以準(zhǔn)確評(píng)估的問(wèn)題;文獻(xiàn)針對(duì)靜態(tài)電壓失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估;文獻(xiàn)在單一元件故障模型的基礎(chǔ)上,提出了連鎖故障下系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法。以上研究主要集中在暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面,而動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則較少,主要原因是暫態(tài)失穩(wěn)和電壓失穩(wěn)是以往的電力系統(tǒng)穩(wěn)定被破壞的主要形式。隨著大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的形成,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題日益突出。我國(guó)大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的運(yùn)行實(shí)踐表明,動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限已經(jīng)成為制約部分電網(wǎng)輸電能力的瓶頸。本文將以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論為基礎(chǔ),提出大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念及指標(biāo),并對(duì)某一實(shí)際運(yùn)行的大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估。1動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型1.1兩相短路故障的概率第i條線路故障后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的概率為式中:Ei表示第i條線路故障時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài);T表示線路故障后跳開(kāi);K表示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)失穩(wěn)。對(duì)于交流線路,根據(jù)泊松分布公式,第i條線路在給定時(shí)間t內(nèi)不發(fā)生故障的概率為該線路在時(shí)間t內(nèi)發(fā)生故障的概率為且有當(dāng)∑λjt→1時(shí),有式中:Fi表示第i條線路發(fā)生短路故障;λi表示第i條線路在時(shí)間t內(nèi)的故障率(次/單位時(shí)間);t表示研究時(shí)間;n表示關(guān)鍵線路條數(shù)。當(dāng)?shù)趇條線路為直流線路時(shí),研究直流線路的單極閉鎖,只需定義λi為該線路單極閉鎖的的故障率。對(duì)于交流線路,假設(shè)重合閘置于單重檔,即單相故障后重合閘,重合不成功再跳三相,其它故障直接跳三相。式中:A=1,2,3,4依次表示發(fā)生單相短路、兩相短路、兩相短路接地和三相短路故障;P(T|(A=1)∩Ei)表示單相故障重合閘不成功跳三相的概率;P(T|(A≠1)∩Ei)表示其它故障跳三相的概率,且有P(T|(A≠1)∩Ei)=1,對(duì)于直流線路可認(rèn)為發(fā)生單極閉鎖時(shí)P(T|Ei)=1。1.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估文獻(xiàn)把經(jīng)濟(jì)性與安全性結(jié)合起來(lái),采用停電損失來(lái)評(píng)估暫態(tài)失穩(wěn)后果;文獻(xiàn)提出了用控制代價(jià)來(lái)評(píng)估失穩(wěn)后果,它反映了采用主動(dòng)采取措施避免大范圍停電,而不是被動(dòng)地接受停電損失;文獻(xiàn)評(píng)價(jià)了安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。本文著重針對(duì)電網(wǎng)公司進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,并用控制代價(jià)來(lái)衡量大擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)后果。電網(wǎng)公司面臨的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)后果用控制代價(jià)表示為式中:1r、2r、3r依次是送端發(fā)電機(jī)的上網(wǎng)電價(jià)、電網(wǎng)備用發(fā)電機(jī)的發(fā)電電價(jià)及電網(wǎng)公司的售電電價(jià);P1t1表示緊急控制削減負(fù)荷量;P2t2表示電網(wǎng)備用發(fā)電量;Piti表示第i個(gè)負(fù)荷的削減量;iC表示電網(wǎng)公司對(duì)負(fù)荷i的單位削減電量的補(bǔ)償;I′m表示其它費(fèi)用,包括備用發(fā)電機(jī)起停和維護(hù)費(fèi)用等。2大區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)2.1穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估鑒于小擾動(dòng)隨時(shí)可能發(fā)生,且當(dāng)系統(tǒng)阻尼比較弱時(shí),每次小擾動(dòng)都有可能造成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)失穩(wěn),因此不對(duì)小干擾穩(wěn)定性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,而直接計(jì)算阻尼比。通常要求系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下區(qū)域振蕩模式的阻尼比不小于0.04。當(dāng)阻尼比小于該值,即認(rèn)為小干擾不穩(wěn)定,需要調(diào)整運(yùn)行方式。2.2嚴(yán)重故障集與失效概率在初始運(yùn)行點(diǎn)滿足小干擾穩(wěn)定的前提下,進(jìn)行大擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通常采取靈敏度方法形成嚴(yán)重故障集,再對(duì)嚴(yán)重故障集中的組件失效概率和后果進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)文獻(xiàn)中系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),定義大擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為式中:Pr(K∩T∩Ei)為動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的概率;Im(K∩T∩Ei)為用控制代價(jià)表示的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)后果;n為嚴(yán)重故障集中的組件個(gè)數(shù)。3計(jì)算與分析3.1電網(wǎng)供電模型以某大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)2008年豐大方式為算例,評(píng)估該系統(tǒng)在不同輸電方案下的動(dòng)穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。該大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)中存在區(qū)域A和B兩大送端電網(wǎng),它們分別經(jīng)由區(qū)域C向受端D供電。輸電通道包括交流線路和直流線路,兩大送端之間有聯(lián)絡(luò)線相連。發(fā)電機(jī)采用計(jì)及dE′、qE′變化的5階詳細(xì)模型,考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用。負(fù)荷模型采用ZIP模型,其中恒阻抗、恒電流、恒功率的比例為30%、40%和30%。該電網(wǎng)未投入直流調(diào)制,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(powersystemstabilizer,PSS)配置情況仿照2007年。3.2機(jī)組運(yùn)行方案該系統(tǒng)主要存在以下2個(gè)區(qū)域振蕩模式。模式1:A對(duì)D的模式,主要參與機(jī)組有A區(qū)的WUJDXCG1、WUJDXCG2,D區(qū)的NPS1、NPS2等。模式2:B對(duì)D的模式,主要參與機(jī)組有B區(qū)的YYS1G、YYS2G、MW2G、MW3G,D區(qū)的NPS1、NPS2等。調(diào)節(jié)A和B兩個(gè)區(qū)域的外送功率,得到6種運(yùn)行方案。不同運(yùn)行方案下系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性如表1所示。表中給出的6種運(yùn)行方案下,兩大區(qū)域振蕩模式的阻尼比均大于0.04,滿足初始運(yùn)行條件要求,可以進(jìn)行大擾動(dòng)下動(dòng)態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。3.3大擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)采用靈敏度分析方法形成嚴(yán)重故障集E,分析嚴(yán)重故障集內(nèi)的組件失效概率及后果。這里列舉嚴(yán)重故障集包含的部分線路,其中TX為連接兩大送端A和B的交流線路,為單回線;SL、QD為區(qū)域A外送的交流線路,均為雙回線。GZ為區(qū)域A的直流外送線路,正常情況下雙極運(yùn)行。LM為區(qū)域B外送的交流線路,為單回線;LB是區(qū)域B外送的交流線路,為雙回線。仿真系統(tǒng)大擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及相應(yīng)的控制措施,如表2所示。假設(shè)1r、2r、3r分別取300元/MWh、450元/MWh、500元/MWh,iC統(tǒng)一取2000元/MWh。受端電網(wǎng)有600MW的抽水蓄能熱備用容量,備用發(fā)電機(jī)投運(yùn)后能夠使部分負(fù)荷恢復(fù)供電。假設(shè)送端出力的時(shí)間為6h,備用發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為0.4h,則大擾動(dòng)下保證動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制代價(jià)如表3所示。假設(shè)直流單極閉鎖的故障率為0.0163次/d,時(shí)間取1d。交流線路的故障率為0.001115次/d,時(shí)間取1d。交流線路發(fā)生不同類型短路故障的概率見(jiàn)參考文獻(xiàn),且假設(shè)發(fā)生單相故障重合閘成功的概率為84%。不同輸電方案下,電網(wǎng)公司承受的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)如表4所示。不同的弱阻尼模式可能由不同的大擾動(dòng)激發(fā)。由表2可知,TX跳線時(shí),若系統(tǒng)發(fā)生動(dòng)態(tài)失穩(wěn),出現(xiàn)弱阻尼的振蕩模式一般是模式2,即B對(duì)D振蕩模式。GZ直流單極閉鎖,容易出現(xiàn)弱阻尼的是模式1,即A對(duì)D的振蕩模式。當(dāng)系統(tǒng)存在多個(gè)送端區(qū)域時(shí),協(xié)調(diào)它們的外送出力可以降低系統(tǒng)動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。比較表5中的方案3和4,同樣提高總外送590MW左右,采用提高區(qū)域A外送方案系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)為0,遠(yuǎn)低于提高區(qū)域B外送的風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高區(qū)域A外送至974MW(如方案5),系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)依然為0。風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)是對(duì)組件失效概率和控制代價(jià)的綜合。由表3、4中的方案6可知,雖然該方案下的控制代價(jià)不大,但是由于直流單極閉鎖概率相對(duì)較高,所以動(dòng)態(tài)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大。對(duì)于電網(wǎng)公司,給出動(dòng)穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的同時(shí),還應(yīng)給出相應(yīng)方案下提高輸電能力的數(shù)值,可以更加全面、直觀地反映問(wèn)題本質(zhì),即如何用最小的控制代價(jià)獲取最大收益。3.4區(qū)域振蕩模式1的穩(wěn)定性以方案5為例,改變區(qū)域A的PSS配置及區(qū)域A外送的GZ直流調(diào)制投退情況,區(qū)域振蕩模式1的小干擾穩(wěn)定性及大擾動(dòng)下的動(dòng)穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)分別如表5、表6所示。由表5、表6可知,廣泛配置PSS或投入直流調(diào)制不僅可以增強(qiáng)相應(yīng)區(qū)域振蕩模式的小干擾穩(wěn)定性,且能降低大擾動(dòng)下該模式的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。4pss配置和投入直流調(diào)制1)對(duì)于包含多個(gè)送端的互聯(lián)電網(wǎng),可以通過(guò)協(xié)調(diào)各個(gè)