基于RAMSES的220 kV输电系统可靠性研究

2011-05-29朱洪亮周昱甬尹建兵龚剑波黄民翔

浙江电力 2011年6期

朱洪亮，周昱甬，尹建兵，龚剑波，黄民翔

（1.杭州市电力局，杭州 310009；2.浙江大学电气工程学院，杭州310027）

0 引言

输电系统可靠性主要是指从电源点输送电力到供电点并按预定规则满足供电负荷电力和电能量需求之能力的度量，主要包括静态角度的充裕度和暂态角度的安全性两个方面[1]。传统的可靠性分析主要是指充裕度分析，充裕度指标又分为表征故障局部影响的负荷点指标和表征故障对整个系统影响的系统指标两大类。

随着国家电网公司建设“一强三优”电网要求的提出，也为了适应“安全、高质、环保”的智能电网建设的需要，我国现行专注于设备侧管理的输电系统可靠性统计与评价体系已显现不足，建立适合我国输电系统的可靠性评价新体系已显得日益重要。

本文介绍了输电系统可靠性评价的国内外研究进展，基于RAMSES评价软件建立适合国内输电系统可靠性评价的模型，并对某220 kV电压等级输电系统的现状网架和规划网架开展了可靠性量化评价研究与结果分析。

1 国内外输电系统可靠性评价体系研究

输电系统可靠性评价及研究，国内外学者已取得一些成果[2-3]。其中，英、美等国近年来在可靠性统计与评价方面开展了大量研究，评价的侧重点从原先侧重于设备元件转变为侧重于从系统的角度对输电系统进行总体评价[4]。

美国电科院（EPRI）将输电系统的性能划分为输送能力系列和输电服务能力系列，并把系统可用性和DP点可用性作为该可靠性评价体系的关键性指标，其中DP点定义为输电系统变电站变压器的高压侧，包括发电DP点、负荷DP点及联络线DP点。

美国中东部可靠性协作组织（ECAR）将系统可用性（System Availability）作为其重要的可靠性评价指标，定义为：

系统可用性=（总回路小时数-各回路总停用小时数）/总回路小时数×100%

式中：总回路小时数=每年小时数×总回路数。

英国能源监管机构（OFGEM）于2005年开始实施“输电网可靠性激励方案”，将电网全年从输电系统失去的总供电量（MWh）作为可靠性评价标准。

而我国目前的输电系统可靠性统计与评价体系仍专注于设备管理方面，与北美、英国地区的评价体系有较大差异[4]。从设备元件角度评价输电系统的可靠性，能明晰管理电网资产，为设备维护、状态检修及招标工作提供有力支持，但是不利于对整个电网的整体评价、管理和工作效益考核，不能直接衡量系统可靠性的优劣。

从系统角度对输电系统进行可靠性评价是我国电力工业发展的一个必然趋势，国外的研究进展与实践经验，也为我国输电系统评价体系的进一步发展与完善提供了参考方向。

2 基于RAMSES软件的输电系统可靠性评价建模

2.1 基于RAMSES的可靠性评价原理

大型商业可靠性评价软件RAMSES（Reliability Analysis Methods for Electrical Power Systems）由德国亚琛工业大学电力系统与电力经济研究所开发，已在世界电力工业界众多企业中得到应用[5-6]。软件采用基于解析的概率分析法，可实现的功能主要有：电网潮流和短路电流计算；电网故障模拟，并进行故障后果和预防策略分析；电网可靠性定量计算与分析，找出网络可靠性的薄弱环节。

基于RAMSES原理进行可靠性评价的流程如下：

（1）建立网络模型并按一定格式输入RAMSES软件，检查输入数据无误后，确定相应的网络故障组合。

（2）建立故障模型，主要包括单重故障和重叠故障。

（3）对故障后果进行分析。此过程中所有故障均被模拟，对所有预想的故障进行后果分析，判断各种故障组合模型是否导致停电。

（4）计算并输出各负荷点的可靠性指标，包括平均停电频率、平均停电时间、供电可靠率等。

（5）通过负荷点的可靠性结果进一步计算整个系统的可靠性量化指标。

基于RAMSES的可靠性评价流程见图1。

图1 基于RAMSES的输电系统可靠性评价流程

2.2 基于RAMSES的可靠性评价指标

RAMSES软件输出的可靠性评价指标偏向于负荷点侧，在对输电系统网络建模时将各220 kV变电站主变压器低压侧母线等效为负荷点，从而使软件可直接计算得到各等效负荷点的可靠性指标：负荷点电力不足时间期望，h/a；负荷点年停电次数，次/年；负荷点电量不足期望值，MWh/a。

基于RAMSES输出的上述指标，可进一步采用以下输电系统可靠性评价指标：

（1）系统电力不足时间概率LOLP。

式中：Ci为每个负荷点负荷大小；C为评估系统的总负荷大小；LOLPi为每个负荷点的电力不足时间概率。

（2）电量不足期望值 EENS， MWh/a。

（3）系统停电等效小时数SIEH，h/a。

（4）系统切电指标 BPECI， MWh/（MWa），即系统故障在供电点引起的消减电量总和与系统年最大负荷之比。

（5）停电影响的严重性指标SI。

SI用系统分来度量，一个系统分相当于在峰荷时全系统停电1 min。SI的大小代表停电影响的严重级别，SI越大，说明系统承受故障的能力越差，即可靠性水平越低。还可用SI对不同规模的系统进行比较。随着我国电网规模的不断扩大以及对可靠性问题的日益重视，SI指标将得到更为广泛的应用。

3 计算实例

以浙江某220 kV输电系统作为计算实例：该系统现状网架以5座500 kV变电站和各发电厂为电源点，有220 kV变电站37座，总容量为1401万kVA，全网最高负荷为792万kW；该输电系统的2015年规划方案中，有220 kV公用变电站68座，变电容量为3003万kVA，预测最高负荷达1500万kW。

对本计算实例进行可靠性评价，网架建模采用该输电网潮流数据；电力元件电气参数由《电力工程电气设计手册》查得；元件可靠性基础数据采用该地区2007-2009年可靠性统计数据，主要包括各元件非计划停运率、平均每次非计划停运时间、计划停运率、平均每次计划停运时间等；负荷建模时将各220 kV变电站110 kV母线侧等效为负荷点，现状年负荷数据由夏季用电高峰期间各主变压器最大有功功率数据结合同时率统计得到，规划网架负荷数据由该网2015年预测峰荷潮流数据得到。

本次评价不考虑因系统电源不足而限电导致的停电以及110 kV母线以下故障引起的停电。

根据RAMSES评价初步结果，并进一步计算系统可靠性指标，得到评价结果如表1所示。

表1 系统可靠性指标评价结果

根据上述评价指标结果，对该输电系统现状年和规划年两个网架的各项可靠性量化指标分析、对比如下：

（1）2015年规划网架的可靠性指标除EENS指标外，其余指标均好于现状网架。若综合考虑规划网架的变电容量和负荷在“十二五”期间有大幅度增长的情况，则规划网架的系统可靠性要明显好于现状网架。如SI指标，现状网架电量不足等效为2009年用电高峰时全系统停电6.121 min，而规划网架年电量不足等效为2015年用电高峰时全系统停电4.920 min，系统故障严重程度减轻19.6%，系统可靠性明显提高。

（2）2015年规划网架可靠性提高的主要因素为500 kV和220 kV网架结构的改善。如现状网架中存在单主变运行的变电所，不能通过“单主变N-1校验”；而2105年规划网架中不存在单主变运行变电站，220 kV电网以各500 kV变电所为中心，大部分形成闭式双环网，部分形成链式网络，供电可靠性有效提高。

（3）系统可靠性评价的精确度取决于评价所需数据是否完整。该实际输电系统可靠性评价实例中，可靠性基础数据统计和网架信息详尽完整，使得本次可靠性评价为该地区“十二五”电网规划提供了有力支持。