面向配电网可靠性评估的输电网等值方法.pdf

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第44卷第22期2016年l1月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControl、,01.44NO-22NOV.16,2016DOI:10.7667/PSPC152006面向配电网可靠性评估的输电网等值方法秦砺寒,陈丹,李顺昕,赵国梁,曹天植,黄江倩。(1.国网冀北电力有限公司经济技术研究院,北京100045;3.浙江大学电气工程学院,2.华北电力科学研究院有限责任公司,北京100045;浙江杭州310027)摘要:随着主动式配电网的发展和分布式能源的大量接入,输电网与配电网间的联系日益复杂紧密,在对配电网进行可靠性评估时应充分考虑输电网可靠程度。提出了一种量化输电网可靠程度的输电网等值方法,用以提高配电网可靠性评估的实用性。首先,提出了节点最大负载能力的概念,用以表征输电网向下游配电网的最大供电能力,进而将输电网等值成配电网的电源节点。其次,采用蒙特卡洛模拟法和最优化技术相结合的方法,建立了输电网节点最大负载能力计算评估模型。最后,采用RBTS输电系统进行测试,验证了所提出的输电网可靠性量化等值方法的有效性。关键词:可靠性评估;最大负载能力;蒙特卡洛模拟法;最优化技术AnequivalentmethodoftransmissionsystemfordistributionnetworkreliabilityassessmentQrNLihan,CHENDan,LIShunxin,ZHAOGuoliang,CAOTianzhi,HUANGJiangqian3(1.StateGridJibeiElectricPowerCompanyLimffedEconomicResearchInstitute,Bering100045,China;2.NorthChinaElectricPowerResearchInstituteCompanyLimited,Beijing100045,China;3.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Withthedevelopmentoftheactivedistributionnetworkandthedistributedenergy,thelinksbetweenthetransmissiongridanddistributionnetworkaremoreandmorecloseandcomplex.Thereliabilityofthetransmissiongridshouldbefullyconsideredwhenthedistributionnetworkreliabilityassessmentisstudied.Thispaperpresentsamethodtoquantifythereliabilityofthetransmissiongrid,inordertoenhancethepracticabilityofthereliabilityassessmentofthedistributionnetwork.First,thispaperpresentstheconceptofmaximumloadcapacitythatshowsthemaximumpowersupplycapacityofthetransmissiongridtosupplythedownstreamdistributionnetwork,andthenthetransmissionsystemCanbeequivalenttothepowersupplynodeofthedistributionnetwork.Secondly,MonteCarlosimulationandoptimizationtechniquesareusedtoestablishthemaximumloadcapacityevaluationmode1.Finally,RBTStransmissiontestsystemisusedtoverifytheeffectivenessoftheproposedmethodofquantifyingthereliabilityofthetransmissiongrid.Keywords:reliabilityassessment;maximumloadcapacity;MonteCarlosimulation;optimizationtechniques0引言随着经济发展,为满足不断增长的电能需求,取得更大的电能使用效益,许多电网运行在极限状态下,这使得系统承受了巨大的潜在危险。为保证电网安全稳定运行,电力系统可靠性评估受到了极大的重视l1J。但由于电力系统可靠性评估建模困难、计算复杂性高等原因,过去的研究常将电力系统的各“基金项目:国网科技项目基于分布式光伏接入主动消纳的”冀北配电网规划主要部分分开进行评估分析,即:发电系统【3卅、输电系统[5]、发输电组合系统[剐、配电系等。然而这样的研究方式人为地割裂了输电系统可靠性和配电系统可靠性的联系。电力系统的可靠性是指由电源向负荷,经过各个传输环节逐级传递电能,最终采用供电可靠性指标来具体表征受端电能的充裕程度及安全程度【1zJ。因此,从电网整体来看,输电系统的可靠性影响着配电系统的可靠性。且随着分布式能源的接入LlljJ和主动式配电网的发展训,输电网与配电网间的联系电力系统保护与控制会更加紧密而复杂,对各自的可靠性评估产生的影响也将更加明显。因此综合地考虑输电网可靠性与配电网可靠性是十分必要的,寻求途径建立起输电网与配电网之间的联系应是首要的研究任务。本文提出了一种面向配电网可靠性评估的输电网等值方法。将输电网看作是配电网的电源,提出了节点最大负载能力的概念,用以表征输电网对配电网的影响。并且,利用最优化技术构建了考虑系统安全稳定运行约束的输电网节点最大负载能力评估模型。为了获得不同系统状态下指定节点的最大负载能力,本文采用蒙特卡洛模拟法5J对系统状态进行抽样,并结合评估模型求解出计及输电网元件可靠性的节点最大负载能力的分布情况。利用该结果便可以将输电网等值成一个两状态或者多状态的电源为配电网供电。本文提出的方法充分考虑了元件状态的不确定性,且计算量与系统规模关联不大,可适用于大规模系统。最后,本文基于RBTS输电系统对所提方法可行性和有效性进行了验证分析。1最大负载能力及其评估模型1.1最大负载能力从电力系统的潮流流向来看,输电网可看作配电网的电源,因此可将输电网等值为一个两状态或者多状态的电源向配电网供电,即配电网的电源节点。最大负载能力(MaximumLoadCapacity,MLC)是本文定义的用于表征在指定系统状态下,满足系统及其元件各种安全可靠性要求下,指定的负荷节点所能接收的最大有功功率。即反映了输电网作为配电网的等值电源所能为配电网提供的最大供电能力。1.2最大负载能力评估模型本文建立了节点最大负载能力评估的数学优化模型。该模型将输电网可靠性评估中系统状态校正措施和负载能力评估方法相结合。其中,系统状态校正措施主要为负荷削减,并以安全约束的形式加入到模型约束当中;节点负载能力的评估其核心思想是将节点负荷设置为可调节(可增加或削减)的优化变量。将两者相结合的优化模型可以做到在保证系统安全稳定运行的前提下求解出指定节点的最大负载能力。以下给出最大负载能力评估的优化模型,该模型是对一个指定的节点在某个系统状态下进行最大负载能力评估。1.2.1目标函数在对指定节点进行最大负载能力评估时需同时考虑对系统状态进行校正。即在通过最少切负荷满足系统安全稳定运行的前提下使待评估的节点负载能力最大。因此本目标函数应该是切负荷量最小和节点负载能力最大这两个目标的加权和,即为∑min.口Pc一(1)i ̄k式中:a、b分别表示上述两个目标的权重;尸r为节点i的负荷削减量;表示指定的待评估节点k的有功负载的调节能力,该变量的大小反映了指定负荷节点的最大负载能力。a的取值应大于b,可取100倍左右。1.2.2约束条件1)功率平衡约束对于指定的待评估节点k,其节点功率平衡方程为一一∑(GrcosOr+BrsinOr)=0j=l∑—QG一一(Grsin0rBrcosOr)=o(3)j=l式中:PG、分别为节点k上的发电机组的有功出力和无功出力;、、分别为节点k、J的电压幅值和相角差;G、分别为节点导纳矩阵第k行第J列元素的实部和虚部。需要说明的是,对于待评估节点k不设置切负荷变量。此外,目标函数主要考虑节点的有功最大负载能力,所以可以不对节点的无功负载能力进行评估,即可以不引入无功负载调节量。(或者按有功调节量的一定比例进行调节。)其他节点的节点功率平衡方程为f一尸Lf+f一(cos0 ̄j+so.sinai)=0(4)j=l——∑—QGfQI_f+f(GrsinOrBrcosOr)=0(5)j=l式中:、QL分别为节点i的有功、无功负荷;PC、分别为节点i的有功、无功负荷削减量。2)发电机出力约束pdm∈pm,(f)(6)≤∈QQoQ(f)(7)式中:、“、Q、分别为节点i上的发电机组的有功出力eo的上、下限和无功出力的上、下限;为发电机集合。3)无功源出力约束≤QR(ie)(8)式中:“、为节点i上的无功源的无功出力QR的上下限;为无功源集合。秦砺寒,等面向配电网可靠性评估的输电网等值方法.73.41电压约束(9)式中,“、一为节点f的电压的上下限。5)负荷削减量约束0尸c,(10)6)节点负荷功率因数恒定约束足QL一QC=0(11)此约束表示各个节点负荷在削减前后功率因数应该保持恒定。7)负荷调节能力上下限约束0Lk(12)式中,为节点k有功负载能力调节的上限,该上限由该节点的主变容量等因素确定。8)线路限额一(13)式中:s,为支路f上的传输功率;为支路f传输功率的限额。2蒙特卡洛模拟法在最大负载能力评估中的应用上述评估模型是对一个指定的节点在某个系统状态下进行最大负载能力评估。然而,指定节点的最大负载能力会随系统状态的改变而发生变化。所以,为了综合评估在不同系统运行状态下指定节点的最大负载能力,则首先需要获得一个包含不同运行状态的系统状态样本。蒙特卡洛法模拟法采用抽样的方法进行状态选择,能充分考虑多类元件的不确定性因素,包括发电机随机故障、输电线路随机故障、母线随机故障等。在蒙特卡洛模拟法中,首先要对系统内各个元件的状态抽样,所获得的各个元件状态组合成一种系统状态。对每一系统状态X,都存在与其状态相对应的事件概率P(x),假定()是状态的最大负载能力函数,最大负载能力函数的期望值由式(14)表示。‰c=cc()P()(14)XEX式中,为系统的状态空间。其中()的期望值可由式f15)估计。1‰c=(一)(15)』i=1式中:是的估计值;是第i次系统状Ⅳ态取样值;是总的系统状态抽样次数;(xi)是xi状态下指定节点的最大负载能力。的误差由其方差f)决定:‰(J=(c(x))/N(16)Ⅶ式中,(C_())为最大负载能力函数c。()的方差,其值由式(17)估计。=—∑(()一)(17)Vi=1方差系数可表示为::(18)‰c点可作为蒙特卡洛模拟法的收敛判据之一。总抽样Ⅳ次数则可作为另一个辅助判据。利用上述方法,获得包含不同运行状态的系统状态样本,同时对于每个系统状态,都可以求出该系统状态下指定节点的最大负载能力。3算法流程据前两节所述,本文将最大负载能力评估模型和蒙特卡洛模拟法相结合,得到了一种实用的节点最大负载能力评估算法。首先,根据各类元件的故障率和修复率采用蒙特卡洛模拟法进行系统状态抽样,获得系统状态样本。然后,根据之前所述的系统安全约束条件对所抽取的各个系统状态进行分析与校正(负荷削减);同时,计算评估各个系统状态下指定节点的最大负载能力。最终,统计形成指定节点的最大负载能力概率密度曲线。将最大负载能力相同或相近的系统状态进行合并,进而可以将输电网等值成一个向配电网供电的两状态或多状态的电源。实现将输电网对配电网的影响转化成可靠性参数。并将之传递给配电网,从而提高配电网可靠性评估的准确性。综上所述,为求解配电网多状态等值电源的计算流程,如图1所示。可分为如下几个步骤:1)原始数据输入,确立基本网架结构;2)指定待评估节点。待评估的节点即为需要进行可靠性评估的配网区域上游供电区域;3)采用蒙特卡洛模拟法进行系统状态抽样;4)对系统状态进行校验与调整,并评估指定节点的最大负载能力;5)重复步骤3)、4)直至达到收敛条件或总抽样次数;6)根据求得的多组节点最大负载能力数据生成对应配网区域的多状态等值电源。为在配电网评估中考虑输电网影响提供数据基础。电力系统保护与控制图1最大负载能力评估算法流程图Fig.1Flowchartofmaximumloadcapacityevaluation该算法应用蒙特卡洛模拟法进行系统状态抽样,不仅可以有效地考虑输电网设备可靠性对节点最大负载能力的影响,还可以获得大量的输电网的可靠性统计信息;最大负载能力计算评估模型可以实现在保证系统安全稳定运行的前提下求解指定节点的最大负载能力,有较好的计算精度和求解速度。4算例分析本文在VisualStudio2010平台上采用C语言对本文提出的评估算法进行编程测试。以RBTS输电系统为例进行测试分析。该测试系统的一次接线图如图2所示。它是一个6节点系统,包含11台发电机、9条输电线路。其中节点1、2为发电机节点,节点2、3、4、5、6带有负荷,系统电压为230kV,节点电压约束为0.97~1.05P.u.,总装机容量为240Mw,系统峰荷为185Mw。系统中各个设备的可—靠性参数见文献[16171。B2x40MW1x20MW1x40MW4x2OMW图2RBTS输电系统Fig.2TransmissionsystemofRBTS假设现需要对BUS6下游配电区域进行可靠性评估,则首先需要采用本文提出的最大负载能力评估算法对BUS6的负载能力进行评估。首先,采用蒙特卡洛模拟法进行系统状态的抽取。为形成系统随机状态Xi,在[0,1]区间上随机生成JV个相互独立且均匀分布的随机数,之后对抽取后的系统结果进行统计,其中包括正常运行状态和故障状态。本文设置总抽样次数为1000次,即N=1000。在抽取系统状态之后,对指定的BUS6进行评估,进而可以得出BUS6在各种系统状态下的最大负载能力。在所抽取的1000个系统状态中有大量相同的系统状态。将这些相同的系统状态进行统计及合并,并将各个系统状态出现的频率看作出现概率,则可以得到如图3所示的BUS6最大负载能力的概率密度曲线。因为系统状态与状态之间是不连续的,所以得到的最大负载能力的概率密度曲线是离散的。从图3中可以看出,BUS6有84.9%的概率向下游配电区域传输124.55Mw的有功功率,该最大负载能力所对应的系统状态即为系统的正常运行状态(基态)。BUS6最大负载能力/MW图3BUS6最大负载能力概率密度曲线Fig.3ProbabilitydensitycurveofthemaximumloadcapacityatBUS6秦砺寒,等面向配电网可靠性评估的输电网等值方法即在图3中剔除系统正常运行状态则可获得故障运行状态下的结果,如图4。在系统发生故障的状态下,BUS6的最大负载能力在系统基态所对应的最大负载能力两侧都有分布。分布在左侧说明系统可能出现了以下故障:1)BUS6与电源之间供电通路中的输电线路发生故障,造成电源对BUS6的供电能力减弱;2)发电机发生故障,系统总出力降低。分布在系统基态所对应的最大负载能力的右侧可能的原因是:BUS6与电源之间供电通路外的线路或母线发生故障,造成切负荷,从而使电源有富余的功率向BUS6传输。从图中4可以看出,在系统故障运行状态下,BUS6有3.7%的概率向下游配电区域传输有功功率小于124.55MW,有11.3%的概率传输大于124.55MW的有功功率,还有0.1%的概率BUS6失电。O.O7O.06005料0.040.03O.O20.O1O.O0——:.r、、./\.9O95100105110115120125l3OBUS6最大负载功率/Mw图4故障运行状态下BUS6最大负载能力概率密度曲线Fig.4ProbabilitydensitycurveofthemaximumloadcapacityatBUS6onthefaultoperatingstate为了便于对下游配电区域进行可靠性评估,可以将多个系统状态进行合并,等值成一个四状态的电源向配电区域供电。这四个状态分为系统正常运行状态、故障运行状态If该种运行状态下节点的最大负载能力低于基态时对应的最大负载能力)、故障运行状态II(该种运行状态下节点的最大负载能力高于基态时对应的最大负载能力)和故障停运状态。就BUS6而言,等值电源有84.9%概率工作在正常运行状态,出力为124.55MW;有15%的概率工作在故障运行状态,其中有3.7%的概率工作在故障运行状态I,出力为109.78Mw;有11.3%的概率工作在故障运行状态II,出力为124.89Mw;另有0.1%的概率故障停运。传统电网一般都将输电网可靠性视为100%,而从本文算例结果可以看到,有15%的概率输电网会出现不同程度的故障,对配电网可靠性评估带来误差影响。本文方法有效考虑了输电网可靠性对配电网可靠性评估的影响,使得评估结果更合理更准确。5结论本文充分考虑了输电网可靠程度对配电网可靠性评估的影响,并提出了相应的输电网等值方法。提出了输电网节点最大负载能力的概念,并利用最优化技术构建了输电网节点最大负载能力评估模型,再结合蒙特卡洛模拟法求解出最大负载能力的概率密度曲线,最终将输电网等值成配电网的电源节点,构建起了输电网与配电网之间的联系。RBTS输电系统算例结果表明本文方法有效地量化了输电网对配电网可靠性评估的影响,提高了配电网可靠性评估结果的准确性和实用性。参考文献[1]孙羽,王秀丽,王建学,等.电力系统短期可靠性评估—综述[J].电力系统保护与控制,2011,39(8):143154.SUNYu,WANGXiuli,WANGJianxue,eta1.Anoverviewoftheshort-termreliabilityevaluationofpowersystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2011,39(8):143-154.[2]熊小伏,王建,袁峻,等.时空环境相依的电网故障模型及在电网可靠性评估中的应用[J].电力系统保护与控制,2015,43(15):28-35.XIONGXiaofu,WANGJian,YUANJun,eta1.Temporalandspatialenvironmentsdependentpowerdfailuremethodanditsapplicationinpowergridreliabilityassessment[J].PowerSystemProtectionandControl,2015,43(15):28-35.[3]蔡德华,陈柏熹,程乐峰,等.实施需求侧管理对提高发电系统可靠性的影响探究[J].电力系统保护与控制,2015,43(10):51-56.CAIDehua,CHENBaixi,CHENGLe ̄ng,eta1.Effectivestudyabouttheimplementationofdemandsidemanagementonimprovingreliabilityofgenerationsystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2015,43(10):51-56.[4]罗奕,汪隆君,王钢.计及分布式电源出力相关性的微电网发电系统可靠性评估[J].电力系统自动化,—2014,38(12):3438.LUOYi,WANGLongjun,WANGGang.Reliabilityassessmentofmicrogfidgenerationsystemconsideringoutputcorrelationofdistributedgenerators[J].AutomationofElectricPowerSystems,2014,38(12):34-38.[5]王磊,赵书强,张明文.考虑天气变化的输电系统可—靠性评估[J】.电网技术,2011,35(7):6670.WANGLei,ZHAOShuqiang,ZHANGMingwen.Reliabilityevaluationoftransmissionsystemconsideringweatherchange[J].PowerSystemTechnology,2011,.76.电力系统保护与控制—35(7):6670.[6]谢绍宇,王秀丽,王锡凡,等.自适应重要抽样技术在发输电系统可靠性评估中的应用[J].电力系统自动化,2010,34(5):13-17.XIEShaoyu,WANGXiuli,WANGXifan,eta1.Applicationofadaptiveimportancesamplingtechniqueinreliabilityevaluationofcompositegenerationandtransmissionsystems[J].AutomationofElectricPowerSystems,2010,34(5):13-17.[7]李海娟,黄学良,陈中,等.含电动汽车无线充电的配电网可靠性评估[J].电工技术学报,2015,30(增刊1):244.250.LIHaijuan,HUANGXueliang,CHENZhong,eta1.Reliabilityevaluationofdistributionnetworkwithwirelesschargingofelectricvehicle[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2015.3O(S1):244-250.[8]许丹,唐巍.基于区域可达性分析的复杂配电网可靠性评估[J】.电工技术学报,2011,26(6):172-178.XUDan,TANGWei.Reliabilityevaluationofcomplexdistributionnetworksbasedonregionalaccessibilityanalysis[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociet—y,2011,26(6):172178.[9]葛少云,张鑫,刘洪,等.基于点估计法的有源配电网概率可靠性评估[J].电力系统保护与控制,2014,—42(12):91100.GEShaoyun,ZHANGXin,LIUHong,eta1.Activedistributionnetworkprobabilisticreliabilityevaluationbasedonpointestimationmethod[J].PowerSystemProtectionandControl,2014,42(12):91-100.[10]赵洪山,赵航宇.考虑元件故障率变化的配电网可靠—性评估[J].电力系统保护与控制,2015,43(11):5662.ZHAOHongshan,ZHAOHangyu.Distributionsystemreliabilityanalysisconsideringtheelementsfailureratechanges[J].PowerSystemProtectionandControl,2015,43(111:56-62.[11]段东立,武小悦,邓宏钟.基于时变故障率与服务恢复时间模型的配电系统可靠性评估【J1.中国电机工程学报,2011,31(28):57.64.DUANDongli,WUXiaoyue,DENGHongzhong.Reliabilityevaluationofdistributionsystemsbasedontime.varyingfailurerateandservicerestorationtimemodel[J].ProceedingsoftheCSEE,2011,31(28):57-64.[12]宋云亭,张东霞,吴俊玲,等.国内外城市配电网供电—可靠性对比分析[J].电网技术,2008,32(23):1318.SONGYunting,ZHANGDongxia,WUJunling,eta1.Comparisonandanalysisonpowersupplyreliabilityofurbanpowerdistributionnetworkathomeandabroad[J].PowerSystemTechnology,2008,32(23):13-18.[13]田洪迅,袁蓉,赵渊.含分布式电源的配网可靠性概率计算[J].电网技术,2013,37(6):1562-1569.TIANHongxun,YUANRong,ZHAOYuan.Computationofprobabilitydistributionforreliabilityindicesofdistributionsystemcontainingdistributedgeneration[J].PowerSystemTechnology,2013,37(6):1562-1569.[14]尤毅,刘东,于文鹏,等.主动配电网技术及其进展[J】l电力系统自动化,2012,36(18):10.16.YOUYi,LIUDong,YUWenpeng,eta1.Technologyanditstrendsofactivedistributionnetwork[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2012,36(18):1016.[15]马振宇.电网可靠性的蒙特卡洛仿真研究[J].电力系—统保护与控制,2009,37(14):5558.MAZhenyu.ResearchofMonteCarlosimulationforpowersystemreliabilityassessment[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2009,37(14):5558.116JBILL1NTONR,KUMARS,CHOWDHURYN,eta1.A—reliabilitytestsystemforeducmionalpurposedbasicresults[J].IEEETransactionsonPowerSystems,1990,—5(1):319325.[17]BILLINT0NR,KUMARS,CHOWDHURYN,eta1.Areliabilitytestsystemforeducationalpurposed-basicdata[J].IEEETransactionsonPowerSystems,1989,4(3)1238.1244.—收稿日期:2015-1116;—修回日期:2016-0614作者简介:秦砺寒(1982一),男,硕士,高级工程师,研究方向为—电网规划、负荷预测、接入系统评审;Email:q88072529@163.com陈丹(1981一),女,硕士,工程师,研究方向为配电—网规划;Email:chen.dan@jibei.sgcc.tom.cn李顺昕(1978一),男,硕士,高级工程师,研究方向为—电网规划评审。Email:li.shunxin@jibei.sgcc.com(编辑魏小丽)
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