杜贵和,王正风,赵 新

（1.安徽省电力公司,安徽 合肥 230022;2.沈阳供电公司,辽宁 沈阳 110811）

确保电网的安全稳定运行和对用户的可靠供电是电网生产运行管理部门最关注的内容[1-2],也是电网公司承担的重要社会职责,而电网的供电能力是电网公司对社会责任的最终表现形式之一。在《电力系统安全稳定导则》[3]中将电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级。第一级标准为保持稳定运行和电网的正常供电;第二级标准为保持稳定运行,但允许损失部分负荷;第三级标准为当系统不能保持稳定运行时,必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。由此可见,电网的供电能力评估至关重要,是电网运行管理者必须关注的问题。特别是随着智能电网的建设,电网公司的供电能力是建设智能电网成败的关键之一[4-8]。

电网的供电能力评估包括电网网架的供电能力评估和电网运行方式安排供电能力评估两个部分。电网网架供电能力是实现对用户供电需求的前提和保证,是电网运行规划部门进行电网规划和改造所考虑的重要因素,只有坚强的电网网架才能满足对用户的可靠供电,因此坚强的电网网架是电网运行方式安排合理的前提和基础。而电网运行方式供电能力评估是电网调度运行管理人员安排电网运行方式合理与否的“试金石”,合理的电网运行方式安排应能保证对用户的供电、N-1元件事故下不出现限电、不损失负荷。

1 电网安全稳定第一级标准

《电力系统安全稳定导则》是电网运行管理者遵循的规范,电网运行必须满足其规定的要求。《电力系统安全稳定导则》规定电网第一级安全稳定标准必须满足对用户的正常供电,电网第一级安全稳定标准是指电网扰动在下述元件受到扰动后,保护、开关及重合闸正确动作,不采取稳定控制措施,必须保持电力系统稳定运行和电网正常供电,其他元件不超过规定的事故过负荷能力,不发生联锁跳闸[3]。这些扰动具体如下。

a.任何线路单相瞬时接地故障重合成功。

b.同级电压的双回线或环网,任一回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合。

c.同级电压的双回线或环网,任一回线三相永久故障断开不重合。

d.任一发电机跳闸或失磁。

e.受端系统任一台变压器故障退出运行。

f.任一大负荷突然变化。

g.任一交流联络线路故障或无故障断开不重合。

h.直流输电线路单极故障。

供电能力评估是指电网运行能否满足事故后对用户的可靠供电,即满足电网运行的第一级安全稳定标准。特别是随着电网公司承担社会责任的增大,保障对社会和用户的供电可靠性已愈加重要,因此对电网事故后的供电能力评估至关重要。需要强调指出的是,在供电能力评估中,设置故障集,必须要包含《电力系统安全稳定导则》所包含的各种故障,特别需要对受端系统的发电机跳闸和变压器故障退出故障进行供电能力评估。

2 电网网架供电能力评估

应用当前系统的电网结构、负荷预测系统以及电源建设的相关数据,实现对电网的供电能力评估。电网网架的评估流程如图1所示。

图1中各流程框的含义如下。

a.电网正常方式网架。电网全接线方式的电网网架结构,也包括对未来电网的发展规划结构,通常采用典型高峰运行方式和最大高峰运行方式。

b.机组及负荷数据。包括当前电网机组和未来电网机组的发电数据,当前电网的最大高峰负荷、典型高峰负荷数据,未来电网的最大高峰负荷、典型高峰负荷数据。

图1 电网网架供电能力评估流程

c.稳定计算分析。针对电网的网架、发电机数据和负荷数据进行电网安全稳定分析,目前根据《电力系统安全稳定导则》的要求,对电网的安全要求包括3方面的稳定计算,即功角稳定、热稳定和电压稳定。对于功角稳定和热稳定,目前电网运行人员采用电网控制断面来进行稳定计算分析,通常这种控制断面包括热稳定和暂态稳定2个方面,以二者严重的作为稳定控制断面的潮流极限,便于电网调度运行人员控制电网潮流分布。由于电压稳定更多地与无功功率相关,同时由于无功电源的多样性,电压稳定可以采用就近安装无功电源的办法来解决,包括就地安装并联电容器、静止补偿器SVC等,目前无论从电网规划还是从电网实际调度运行来说,在电网网架结构中并没有将电压稳定作为决定性的因素进行考虑。在制定电网规划时,最主要的考虑是暂态稳定和热稳定,因此电压稳定对电网结构和规划造成的影响在此不作详细讨论。

d.热稳or暂稳限额＞传输功率。输电网目前多数是环网形式,因此对于稳定计算给出的限额包括输电向受电区的限额,也包括环网之间或区域之间的输电断面传输功率。若给出的稳定限额不满足传输功率的要求,则是网架存在问题,应该调整网架,转a,否则转e。

e.受端电网+热稳定限额。若给出的是受端电网,并且其给出的是热稳定限额,则需要继续考虑电网是否存在结构问题,转f;给出的暂态稳定限额,或非受端电网,表明电网已满足限额大于输电功率要求,电网网架是合理的,转j。

f.热稳定限额/1.3＞负荷。当是对受端电网给出的热稳定限额时,需要判断将限额除以1.3获得的传输功率限额能否大于负荷,这主要是因为热稳定限额是考虑了电力设备事故后30 min过负荷能力。若传输限额大于用电负荷,则网架结构合理,转j;若传输限额小于用电负荷,则需要判断受端电网是否存在调节手段,如倒负荷、低一级电网的网架结构能否调整等,转i。

g.电网网架不足信息。当给出的热稳定限额/1.3后仍小于受端电网用电负荷,并且受端电网不存在调节手段,则表明受端电网不能满足事故30min后的用电需求,电网网架存在不足,需要重新调整网架。

h.优化电网网架。根据电网规划优化软件进行电网网架的优化,优化后转a。

i.采取控制措施。主要是指在受端通过电网调节手段,如倒负荷、低一级电网的网架结构至满足受端电网用电需求。

j.网架合理。满足了上述的条件,则认为电网网架是合理的,能满足对用户的正常供电需求。

3 电网运行方式安排供电能力评估

3.1 WAMS系统及其在电网运行方式安排中应用

近些年随着同步相量测量单元（PMU）的出现,以及在此基础上建立的WAMS系统,实现了对电网的动态监测和在线稳定计算分析,从而为电网调度运行人员提供电网实时运行状况和电网运行的在线预决策信息,增强了电力调度运行人员驾驭电网运行的能力。鉴于此,国家电力调度通信中心和国家电网公司先后下发《关于加强广域相量测量系统建设及实用化工作的要求》[9]和《电力系统实时动态监测系统技术规范》[10]指导各网省公司的WAMS系统建设。在基于WAMS系统高级应用功能逐渐成熟的基础上,国家电力调度通信中心在2008年又下发了《在线安全稳定预警系统功能规范》[11]。2009年国家电力调度通信中心在国家电网公司智能电网建设的号召下,又下发了《智能电网调度技术支持系统建设框架》[12],明确指出了智能电网调度技术支持系统包括“一个平台,四个应用”,即在一个基础平台上实现实时监控与预警、调度计划、安全校核和调度管理等四大类核心应用。目前国内很多网省公司都根据国家电力调度通信中心的要求建设完成了WAMS系统。可进一步将WAMS的高级计算分析功能推广应用至电网的运行方式的预安排上,从而为电网调度运行管理人员进行合理的电网方式安排提供指导。WAMS系统的高级在线计算分析功能包括在线状态估计、在线低频振荡在线分析、在线静态安全分析、在线热稳定计算分析、在线暂态功角稳定计算分析、在线暂态电压安全计算分析以及与之相适应的预防控制辅助决策等。

3.2 电网运行方式安排

在电网规划合理后,我们还需要根据电网的实际运行情况,如电力设备的检修、停运,新设备的投运等都会对电网的安全稳定以及对用户的供电能力造成影响。电网运行方式安排的流程图如图2所示。

图2各流程框的含义如下。

a.电网实时模型。利用WAMS系统获得当前电网的网架结构。

b.电气设备一次方式安排。电网电气设备一次方式安排是根据电网电气设备运行情况,安排包括发电机、线路、变压器、母线、开关等设备的检修,也包括各种新设备的投运,这些电网的正常运行操作都会对电网的安全稳定产生一定的影响。

图2 电网运行方式安排评估流程图

c.稳定计算分析。针对电网电气设备一次方式的改变,电网调度运行人员需要进行电网控制断面的稳定计算分析,通过这种控制断面包括热稳定和暂态稳定两个方面,以二者严重的作为稳定控制断面的潮流极限,便于电网调度运行人员控制电网潮流分布。

d.母线负荷预测。母线负荷预测功能是根据历史用电负荷情况,对未来用电负荷的预测。通常所采用的负荷预测通常为明日96点的负荷预测或一周内的短期负荷预测,将这些母线负荷的预测值作为基础数据进行发电计划安全校核和供电能力评估的基础数据。

e.发电计划安排。根据发电企业与电网公司签订的发电合同以及电网运行方式进行发电计划安排,确保有功功率平衡,保障用户可靠用电。

f.发电安全校核。根据自动获取的网络拓扑信息,稳定计算给出的稳定控制断面,母线负荷预测提供的各节点母线明日96时段的负荷预测或一周内各节点母线的负荷预测以及发电计划安排,进行安全校核及裕度校正,校核各种预想运行方式下潮流控制断面能否满足负荷用电需求。若满足,转g;若安排的发电计划不能满足安全校核的需要,首先调整发电计划安排,若调节发电计划安排仍不能满足安全校核需要,则转b,调整电网一次方式安排。

g.热稳or暂稳限额判断。若给出的限额是暂稳限额,则运行方式安排合理,转l;若给出的限额是热稳限额,则转h。

h.受端电网限额判断。若给出的热稳限额是针对热稳定的,转i,否则电网运行方式安排合理,转l。需要说明的是,由于电网运行方式的转变,受端电网不是固定不变的,而是随机组运行方式、负荷变化而变化的。

i.热稳定限额/1.3＞负荷。该部分意义同图1,即当热稳定限额/1.3大于负荷需求时,则电网运行方式安排合理,转l;当热稳定限额/1.3小于负荷需求时,则需要判断受端电网是否存在调节手段,转j。

j.存在控制受端判断。当热稳定限额/1.3小于负荷需求时,则需要判断受端电网是否存在调节手段,若不存在,转b;存在控制手段,转k。

k.采取控制措施。主要是指在受端通过电网调节手段,如倒负荷、低一级电网的网架结构满足受端电网用电需求。

l.方式安排合理。在满足上述调节后,则电网调度运行人员安排的方式是合理的,能保障对用户的可靠供电。

4 结束语

电网的供电能力评估是电网运行管理者必须关注的问题,也是电网运行管理者所面临的社会责任。从《电力系统安全稳定导则》提出的第一级安全稳定标准入手,提出从电网规划角度和电网运行方式安排角度对电网的供电能力进行评估,从而为电网调度运行管理人员提供合理有效的信息,增强电网抵御大扰动的能力,提高电网的安全水平。这也是和国家电网公司构建的智能电网建设框架的目标是一致的。

[1] 王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网系统技术[M].北京：中国电力出版社,2000.

[2] 王锡凡.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社,2003.

[3] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.电力系统安全稳定导则[S].DL 755—2001.

[4] 胡学浩.智能电网——未来电网的发展态势[J].电网技术,2009,33（14）：1-5.

[5] 余贻鑫.面向21世纪的智能配电网[J].南方电网技术研究,2006,2（6）：14-16.

[6] 余贻鑫,栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源,2009, 25（1）：7-11.

[7] 陈树勇,宋书芳,李兰欣,等.智能电网技术综述[J].电网技术,2009,33（8）：1-8.

[8] 谢 开,刘永奇,朱治中,等.面向未来的智能电网[J].中国电力,2008,41（6）：19-22.

[9] 国家电力调度通信中心.关于加强广域相量测量系统建设及实用化工作的要求[S].北京：国家电力调度通信中心,2005.

[10] 国家电力调度通信中心.电力系统实时动态监测系统规范[S].北京：国家电力调度通信中心,2006.

[11] 国家电力调度通信中心.在线安全稳定预警系统功能规范[S].北京：国家电力调度通信中心,2008.

[12] 国家电力调度通信中心.智能电网调度技术支持系统建设框架[S].北京：国家电力调度通信中心,2009.