摘 要: 本文介绍了发输电系统可靠性评估中最优负荷削减的直流潮流模型和交流潮流模型, 并对各自的优缺点进行了分析, 并使用两种模型对RBTS可靠性测试系统进行了评估。结果表明, 基于直流潮流的最优负荷削减模型由于忽略了节点电压约束, 在计算精度上不如交流潮流模型得到的结果精确。

发输电系统可靠性评估是在考虑发输电设备随机故障特性的基础上, 对发输电系统是否拥有足够的发电容量和主输电网是否拥有足够的输电容量为负荷点提供合乎质量要求的电能进行综合性定量概率评价。发输电系统可靠性评估包括3个基本步骤: 系统状态抽取、系统状态分析、可靠性指标的累计。其中系统状态分析包括对选定的系统状态进行网络解列判断和潮流计算, 从而确定是否违背运行约束(节点电压和线路容量约束), 若违背则采取校正措施对系统进行优化调整。校正措施包括发电机的有功和无功出力调整、变压器的档位调整等,如经过优化调整后仍不能使系统恢复至安全状态, 则最后采用的校正措施就是负荷削减。

目前, 在电力系统可靠性计算中, 由于受计算时限和计算精度的影响, 在紧急状态需要进行负荷削减时,一般都采用按负荷重要程度, 或按临近原则直接进行削减。这与最优理论下的负荷削减相比, 可能有很大一部分负荷是没有必要削减的。采用这样的负荷削减策略所计算出来的可靠性指标, 当然就不能真实反映该网络系统能够达到的可靠性水平。随着电力系统的发展, 竞价上网的电力体制改革, 用户对电力系统可靠性提出了更高的要求, 为此, 电力公司正从根本上改变其商业运作方式。电力公司要尽可能地获得高的可靠性, 减少用户的停电损失, 其中一个有效的方式就是在每次紧急故障状态尽可能少的对系统中的负荷进行削减。这就产生了在负荷削减过程中引入最优规划技术的必要性。

一、最优负荷削减的直流潮流模型

在发输电系统可靠性评估中可能会有数千个系统状态需要求解最优潮流, 为了减少计算量, 常常利用基于直流潮流的最优潮流模型。

先由直流潮流方程推导出注入有功与线路有功的线性关系式。

直流潮流方程为:

模型的目标是求取满足功率平衡、直流潮流方程以及线路潮流和发电出力约束条件下的最小负荷削减总量, 与基于交流潮流的最优潮流相比, 直流潮流中略去了全部与无功功率相关的量, 计算速度快, 大量计算表明, 对发输电系统评估而言, 这是一个可接受的合理简化。

二、最优负荷削减的交流潮流模型

最优负荷削减的非线性规划模型以鼓掌下的负荷削减量最小为目标, 模型的控制变量包括发电机的有功和无功出力调整、每一条母线的负荷削减量、变压器档位调整、FACTS元件的参数调整等。为保持节点负荷的功率因数为常量, 假定当一定数量的有功负荷被削减时,相应的无功负荷也将被削减, 其数学模型如下:

最优负荷削减的交流潮流模型能够充分考虑各种运行约束及FACTS元件的影响, 是对实际系统的真实反映,因此计算结果是精确可信的。但该模型的最大缺点是计算耗时, 并且编程困难。

三、算例分析

采用M atlab编程, 用上述两种最优负荷削减模型对RBTS可靠性测试系统进行了可靠性评估。RBTS6节点系统是一个6节点系统, 该系统有2 条发电机母线、4条负荷母线、9 条传输线和11 台发电机。尖峰负荷为185MW, 总装机容量240MW。系统的电气参数和可靠性参数见参考文献[ 7] 。用状态抽样法选取系统状态, 考虑到了发电机和输电线路的多重故障。可靠性指标采用失负荷概率LOLP, 失负荷频率LOLF (次/年), 电量不足期望EENS (MWh /年)。系统的年度化可靠性指标如表1所示。

由两种模型的可靠性指标可以看出, 交流模型的各种指标都大于直流模型的指标, 这是由于RBTS测试系统对节点电压要求比较严格, 而直流模型没有考虑节点电压的约束, 使得某些状态在交流模型下是故障状态需要削减负荷, 在直流模型下却是正常状态。由上述结果可知, 最优负荷削减的直流模型与交流模型相比, 其可靠性计算结果差异较大, 这主要是因为直流潮流模型完全忽略了一个很重要的约束, 即节点电压约束。随着系统峰荷的增加, 输电网在满足节点电压约束的情况下将电能从电源点输送到负荷点的难度将越来越大, 这种差异也将会更加显著。

四、结束语

发输电组合系统可靠性评估在本质上是一个大规模组合问题, 计算时间长, 长期以来一直处于/ 快速0 和/精确0 的矛盾之中, 最优负荷削减的直流潮流模型由于实现容易并且计算时间短, 大多数文献和可靠性软件都使用它作为故障状态分析方法, 但由于它完全忽略节点电压的约束, 存在较大计算误差, 只能作为近似的快速计算使用。随着电力市场的发展, 电力公司常常需要进行可靠性的成本/效益分析, 效益通常用EENS 的减少量表示, 因此得到精确的EENS 变得非常必要, 这时应该使用最优负荷削减的交流潮流模型。

参考文献:

[ 1]王韶, 周家启 双回平行输电线路可靠性模型[ J] 中国电机工程学报, 2003, 23( 9): 53- 56

[ 2]王韶, 周家启 基于函数型连接神经网络的发输电系统可靠性评估研究[ J] 中国电机工程学报, 2004, 24( 9):142- 146

[ 3] BILLINTONR, ALLANRN1Reliability evaluation of powersystem[M ]NewYork: Pitman, 19841

[ 4] GOELL, BILLINTONR1Pertinentf ac to rsin the adequacyeva luation of anover all e lectr icpow er system [ J] IEEPROC1995,142( 4): 319- 327

[ 5]吴开贵 电力系统可靠性评估的智能模型及算法研究[ D] 重庆: 重庆大学电气工程学院, 1999

[ 6]谢开贵 基于交流潮流的电力系统可靠性评估模型与算法研究[ D] 重庆: 重庆大学电气工程院, 2001

[ 7] BILLINTONR, KUMARS, CHOWDHURYN1AReliab ilityTest System f or Education Purpose; Basic Data [ J] IEEE TransonPS, 1989, 4( 3): 1238- 1244