馬翠青

【摘 要】近年來，隨著經(jīng)濟(jì)生活水平的增長和工業(yè)的不斷發(fā)展，我國電力系統(tǒng)也呈現(xiàn)出新的態(tài)勢。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電力設(shè)備的升級，電網(wǎng)系統(tǒng)的輸送電效率逐步提高，從而提高了電網(wǎng)的運(yùn)行效率，但高的運(yùn)行效率也增強(qiáng)了電網(wǎng)運(yùn)行過程中安全問題的不確定性，給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來了一定的風(fēng)險，因此對電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險進(jìn)行在線評估有一定的必要性。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)運(yùn)行 安全風(fēng)險 在線評估 必要性

電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定受到政府、產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的特別關(guān)注。通過系統(tǒng)分析、在線安全管理、安全防御體系、系統(tǒng)保護(hù)、恢復(fù)計劃等技術(shù)手段，我國在預(yù)防停電事故發(fā)生、減少停電影響范圍和快速恢復(fù)供電方面取得了顯著成效。然而，部分地區(qū)大面積停電事故仍時有發(fā)生，因而駕馭電網(wǎng)運(yùn)行的能力還需要進(jìn)一步提升。

國內(nèi)外的電網(wǎng)運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)通常都以確定的N-1/N-K后電網(wǎng)安全穩(wěn)定作為約束安排運(yùn)行方式/制定安全穩(wěn)定控制措施。目前在線安全穩(wěn)定綜合防御系統(tǒng)大多以此為依據(jù)確定預(yù)測故障集，對于保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了極為重要的作用。然而，一方面，隨著風(fēng)電等新能源機(jī)組大規(guī)模接入，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的不確定性增加和可預(yù)測性降低；另一方面，電網(wǎng)中各類擾動發(fā)生的概率存在時空差異，且與電網(wǎng)運(yùn)行工況及外部自然環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等因素密切相關(guān)。同時，電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性越來越重要。因此，需審視以承受確定性的擾動作為電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的合理性，要求掌控電網(wǎng)運(yùn)行的理念從確保安全穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂七\(yùn)行風(fēng)險。

1電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估的內(nèi)涵

在工程界，比較經(jīng)典的風(fēng)險定義是[28]：R={〈Si，pi，xi〉}（1）式中：R為風(fēng)險；Si為有危害的場景；pi為出現(xiàn)該場景的概率；xi為場景出現(xiàn)的后果，即危害的量度；i=1，2，…，N；N為有危害的場景數(shù)目。因此，我們可以從危害、場景和可能性三個方面來闡述電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險的內(nèi)涵。

1.1電網(wǎng)運(yùn)行階段的危害

（1）中斷供電造成能量損失。供電是電力系統(tǒng)存在的重要目的，在電力被廣泛應(yīng)用的今天，供電的中斷必會給社會各界的單位或個人帶來不同程度的能量損失。

（2）造成直接經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)運(yùn)行安全問題的出現(xiàn)在給用電客戶帶來經(jīng)濟(jì)損失的同時，造成安全隱患的負(fù)荷中斷、設(shè)備損壞和機(jī)會成本更會帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）電網(wǎng)運(yùn)行超過穩(wěn)定約束。表現(xiàn)在設(shè)備過載、母線電壓越線和暫態(tài)失穩(wěn)等方面。

1.2電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定問題的場景

上述觀點從不同角度表述電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的危害，歸根結(jié)底則是出現(xiàn)安全穩(wěn)定問題，導(dǎo)致不能正常供電和發(fā)電。縱觀大體，電網(wǎng)出現(xiàn)安全穩(wěn)定問題的場景有3類。

第一場景：電網(wǎng)元件運(yùn)行正常但運(yùn)行工況過渡到穩(wěn)態(tài)后出現(xiàn)安全穩(wěn)定問題。例如，母線電壓越限、線路/主變過載和靜態(tài)穩(wěn)定性問題，即基態(tài)安全穩(wěn)定問題。

第二場景：電網(wǎng)元件運(yùn)行正常，但發(fā)電或負(fù)荷大幅度波動誘發(fā)安全穩(wěn)定問題。風(fēng)電等新能源大規(guī)模接入后這類情況可能會更多。

第三場景：電網(wǎng)元件故障，即故障下有安全穩(wěn)定問題。

這3類場景之間有些關(guān)聯(lián)，例如，在基態(tài)/故障下不存在安全穩(wěn)定問題的運(yùn)行方式，發(fā)電/負(fù)荷大幅度波動后形成新的運(yùn)行方式，可能有安全穩(wěn)定問題。

1.3電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險的可能性

電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險出現(xiàn)的可能性，要根據(jù)問題出現(xiàn)的場景進(jìn)行分析。第一場景是關(guān)于導(dǎo)致運(yùn)行方式的概率。第二場景針對風(fēng)電等新能源機(jī)組出力和符合突變出現(xiàn)的特征。第三類場景則是基于電網(wǎng)運(yùn)行方式、外部自然環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)和故障歷史統(tǒng)計信息等內(nèi)容對故障形態(tài)及演化規(guī)律進(jìn)行了探究。

1.4運(yùn)行安全風(fēng)險的特點

與安全穩(wěn)定性的特點類似，運(yùn)行安全風(fēng)險具有相對性和絕對性。相對性體現(xiàn)在：研究風(fēng)險是針對考慮或預(yù)設(shè)的場景范疇，風(fēng)險值則是相應(yīng)前提條件下的結(jié)果，風(fēng)險要通過比較才能更好地顯示意義，比較不同場景下的風(fēng)險，比較不同控制方案下的風(fēng)險差異，比較控制代價與風(fēng)險變化情況；從廣義來看，電網(wǎng)運(yùn)行的安全風(fēng)險始終存在。

2 電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估的特點

電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估以實時運(yùn)行工況和預(yù)測的運(yùn)行方式為基礎(chǔ)，并考慮發(fā)電出力和負(fù)荷變化等方面的不確定性，基于實測/預(yù)報的自然環(huán)境信息，還可結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀況，對當(dāng)前、未來幾分鐘至幾小時內(nèi)的運(yùn)行安全風(fēng)險進(jìn)行動態(tài)評估，從而在線監(jiān)視和預(yù)測風(fēng)險水平，為調(diào)度運(yùn)行人員及時掌握風(fēng)險水平和優(yōu)化控制風(fēng)險決策提供支持。綜合分析風(fēng)險評估和在線化2個方面的特征，電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估具有以下特點：

（1）考慮的時間尺度短。這是電網(wǎng)運(yùn)行安全在線評估的最大特點和優(yōu)勢，只需要幾分鐘到幾小時就可以完成評估，對系統(tǒng)問題作出迅速反饋。

（2）候選場景集動態(tài)變化。要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式、自然環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整候選場景，場景選取更具針對性。尤其是，間歇式新能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)后，顯著增加了運(yùn)行方式的不確定性。

（3）不確定性因素的時空特性。在不同的電網(wǎng)范圍內(nèi)，影響電網(wǎng)運(yùn)行安全的不確定性因素有區(qū)別，不確定性內(nèi)容和程度隨時間變化。

（4）故障概率模型時變性。引發(fā)故障的主要外因不斷變化，考慮的時間范圍小，因而外部自然環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)成為故障概率建模的主要因素，而基于歷史統(tǒng)計信息的故障概率模型不再占主導(dǎo)地位。

（5）風(fēng)險指標(biāo)的工程化要求高。調(diào)度運(yùn)行人員對存在的安全風(fēng)險要快速作出響應(yīng)，含義應(yīng)明確、清晰、易懂，指標(biāo)變化能夠準(zhǔn)確、真實、直接反映電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險程度。

（6）分析計算量動態(tài)變化顯著。在線評估的場景數(shù)目和預(yù)想故障集要根據(jù)不確定性因素的動態(tài)變化情況進(jìn)行在線調(diào)整，由此引起分析計算量大幅變化。

（7）計算效率要求高。風(fēng)險評估分析計算量大，在線評估要求時效性強(qiáng)。

3 電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估所要解決的問題

電網(wǎng)運(yùn)行安全在線評估對于保證電力系統(tǒng)的順利運(yùn)行有著重要的作用，但在具體實施過程中仍存在著很多的重點和難點。本文針對實現(xiàn)在線評估的需要解決的幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析：

3.1選擇合適的風(fēng)險指標(biāo)

風(fēng)險指標(biāo)與評估和控制決策方法以及效果密切相關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行中關(guān)注的方面很多，不必將這些要求都在指標(biāo)體系中予以體現(xiàn)，可將某些方面作為約束條件。

3.2高校風(fēng)險場景的動態(tài)生成與初選

風(fēng)險評估的場景數(shù)量對效率有很大影響，而需要詳細(xì)進(jìn)行風(fēng)險評估的場景不一定多。在初始場景之后的每個階段有多種可能的場景，因而在后續(xù)階段仍需選擇場景。因此，快速、準(zhǔn)確的風(fēng)險場景生成和初選技術(shù)對實現(xiàn)在線風(fēng)險評估非常重要。

3.3故障可能性時變模型

故障概率的準(zhǔn)確性是影響風(fēng)險評估結(jié)果可信度的關(guān)鍵因素之一因而備受關(guān)注。故障概率建模雖然已有一定基礎(chǔ)，但仍有必要深人研究。

4 結(jié)語

風(fēng)電等新能源機(jī)組大規(guī)模接入顯著增加了電網(wǎng)運(yùn)行的不確定性，按確定性的準(zhǔn)則控制電網(wǎng)運(yùn)行，難以適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行的要求?；陲L(fēng)險管理和控制電網(wǎng)運(yùn)行，能夠促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性水平協(xié)調(diào)提升。在線安全穩(wěn)定綜合防御技術(shù)的工程應(yīng)用為開展電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估奠定了良好的基礎(chǔ)。盡管完全實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險在線評估的工程應(yīng)用還有許多關(guān)鍵問題亟待解決，隨著電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險評估的線化研究的深入，能夠在控制電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險的實踐中不斷提升駕馭大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的能力。

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