配网运行综合量化评价体系的研究与应用



配网运行综合量化评价体系的研究与应用

沈 辉1,2,赵时桦3,刘传铨3,连鸿波3,衣 涛1,谢 宁1

(1.上海交通大学,上海200240;2.上海市电力公司青浦供电公司,上海201700;3.上海市电力公司松江供电公司,上海201600)

摘 要:借鉴常规的配网运行方式评估指标,提出了基于SCADA/ EMS的配电网实时运行状态的评估指标,从供电能力、供电质量、经济性三大方面建立了针对地区电网实时运行状态的量化评价指标体系。再与常规的针对运行方式的评估指标一起,组成了配电网运行综合量化评价体系。评价体系可以从运行方式和实时状态两个角度对配电网的运行情况进行总体评估,为调度运行人员提供辅助决策。关键词:运行方式;实时运行;综合量化;评价体系

0　引 言

随着地区电网规模与调管设备快速增多,调度运行人员对地区电网的实时运行状态和设备运行状况掌握程度不断下降。同时,虽然目前的EMS系统可以为调度运行人员提供诸如设备重载/过载、N-1计算、负荷转供计算等分析手段,但这些都只是从某个侧面对电网运行状态进行评估,调度员难以对配网整体运行情况做出准确而快速的判断。

另一方面,对于电网运行方式的评估研究已经比较成熟,通常从安全性、可靠性、经济性等方面对运行方式进行计算分析,通过各项指标来评估运行方式的科学性和合理性[1-6]。但是这些评估仅仅是针对固定的运行方式,无法做到对配网实际运行状态的评估。其中,文献[5]针对地区电网的运行方式建立了包括电网安全性、供电可靠性、电能质量、经济性、操作复杂度以及检修方式合理性等六个方面的综合指标体系;文献[6]根据中压配电网的特点,参考供电行业同业对标体系中采用的指标,从配电网的供电能力、供电可靠性、电能质量、经济性及其充裕性5个方面对中压配电网进行评价,并采用量化指标进行评分。

综上,目前国内外对电网的量化评价体系研究基本上包括供电能力评估、供电可靠性评估、供电质量评估、经济性评估、充裕性评估等几个方面。但这些评估体系都是针对运行方式或规划网络,所依据的数据一般都是典型时刻的断面值或者一段时间的平均值。

本文则将综合评价体系重点放在调度运行上,着重对当前运行状态进行评估,提出了针对电网实时运行状态的评价指标体系,对电网运行情况给出量化评估,使调度运行人员能够快速掌握电网整体运行状态与健康程度,提高配网精细化调度水平。将实时运行状态的评估指标与运行方式的评估指标综合起来,构建了对配电网运行的综合量化评价体系。

1　配网运行综合量化评价指标体系

本文将综合量化评价体系分为两大部分,一部分是针对当前电网运行状态的评估,所依据的数据是当前电网的实时运行数据;另一部分是针对运行方式的评估,所依据的数据是历史运行数据(如过去一年的运行统计数据)。每个部分的评价指标体系又分为三层,自下而上依次为具体指标、分类指标和综合指标。

在进行具体指标设计时,综合考虑了调度运行数据的来源、统计方式等因素,选取了既简单实用、又能准确反映电网运行状态的特征量作为计算指标。各项指标均采用百分制进行评分,计分公式尽量采用线性公式,既直观反映所评价的结果,又易于验证。另外,考虑到不同电压等级的重要程度不同,在进行指标评估时还针对电压等级进行了细分。

1.1 实时评价指标

实时评价指标将从供电能力评估、供电质量评估、经济性评估这三个方面进行分类评估。其中,供电能力评估包括设备负载率合格率指标、设备N-1合格率指标、变电站运行方式合格率指标,供电质量评估包括线路电压降落合格率指标、母线电压合格率指标、主变功率因数合格率指标,经济性评估包括主变理论线损合格率指标、主变负载均衡度指标。

1. 1. 1 供电能力评估

(1)设备负载率合格率指标rI-1

统计全网或220 kV片网中正在运行的主变/线路的负载率的合格情况。当负载率超过80%时视为重载,超过100%时视为过载。

式中,N1表示正在运行的220 kV设备(主变/线路)个数,O1表示重载或过载的220 kV设备(主变/线路)个数,N2表示正在运行的110 - 35 kV设备(主变/线路)个数,O2表示重载或过载的110 - 35 kV设备(主变/线路)个数。

(2)设备N - 1合格率指标rI-2

统计全网或220 kV片网中正在运行的主变/线路的N - 1计算合格情况。

式中,N1表示正在运行的220 kV设备(主变/线路)个数,O1表示N - 1计算合格的220 kV设备(主变/线路)个数,N2表示正在运行的110 - 35 kV设备(主变/线路)个数,O2表示N - 1计算合格的110 - 35 kV设备(主变/线路)个数。

(3)变电站运行方式合格率指标rI-3

统计全网或220 kV片网中正在运行的变电站的运行方式满足安全规定的比例。

式中,N1表示正在运行的220 kV变电站个数,O1表示运行方式满足安全规定的220 kV变电站个数,N2表示正在运行的110 - 35 kV变电站个数,O2表示运行方式满足安全规定的110 - 35 kV变电站个数。

1. 1. 2 供电质量评估

(1)线路电压降落合格率指标rII-1

统计全网或220 kV片网中正在运行的110 - 35 kV线路电压降落的合格情况。当电压降落超过5%时视为越限。式中,N1表示正在运行的线路个数,O1表示电压降落合格的线路个数。

(2)母线电压合格率指标rII-2

统计全网或220 kV片网中各变电站中正在运行的中/低压侧母线的电压合格情况。根据相关规定,110 kV母线的电压合格范围为- 3% - + 7%,35 - 10 kV母线的电压合格范围为0% - + 7%。

式中,N1表示正在运行的220 kV变电站中/低压侧母线个数,O1表示电压合格的220 kV变电站中/低压侧母线个数,N2表示正在运行的110 - 35 kV变电站中/低压侧母线个数,O2表示电压合格的110 - 35 kV变电站中/低压侧母线个数。

(3)主变功率因数合格率指标rII-3

统计全网或220 kV片网中正在运行的主变低压侧功率因数的合格情况。根据相关规定,220 kV变电站的二次侧功率因数合格范围为0. 95 - 0. 98,110 - 35 kV变电站二次侧功率因数合格范围为0. 9 - 0. 98。另外,对于无功倒送的情况也视为功率因数不合格。

式中,N1表示正在运行的220 kV主变个数,O1表示功率因数合格的220 kV主变个数,N2表示正在运行的110 - 35 kV主变个数,O2表示功率因数合格的110 - 35 kV主变个数。

1. 1. 3 经济性评估

(1)主变理论线损合格率指标rIII-1

统计全网或220 kV片网中正在运行的主变的理论线损率的合格情况。当理论线损率超过1%时视为越限。

式中:N1表示正在运行的主变个数,O1表示理论线损率合格的主变个数。

(2)主变负载均衡度指标rIII-2

统计全网或220 kV片网中各变电站中正在运行的主变的负载均衡程度。负载率相差30%以内视为合格。

式中:N1表示正在运行的变电站个数,O1表示主变负荷均衡度合格的变电站个数。

1.2 运行方式评价指标

运行方式指标与实时运行评价指标类似,也从供电能力评估、供电质量评估、经济性评估这三个方面进行分类评估。其中,供电能力评估包括馈线供电半径合格率指标、主变平均最高负载率指标、变电站及用户站接线方式评估指标,供电质量评估包括母线电压合格率指标、主变功率因数合格率指标,经济性评估包括理论线损率指标、主变最佳负载率指标。

1. 2. 1 供电能力评估

(1)馈线供电半径合格率指标sI-1

统计全网或220 kV片网中10 kV馈线供电半径的合格情况。根据相关规定,农网中10 kV馈线超过15 km为过长。

式中:N1表示馈线总条数,O1表示供电半径合格的馈线条数。

(2)主变平均最高负载率指标sI-2

统计全网或220 kV片网中主变平均最高负载率水平。平均最高负载率是取全年负荷最高的25天的日最大负荷的平均值。根据相关规定,当变电站有2台主变时,以50%以内为合格范围;当变电站有3台主变时,以65%以内为合格范围;当变电站有4台主变时,以72%以内为合格范围。

式中:N1表示220 kV主变个数,O1表示平均最高负载率满足规定的220 kV主变个数,N2表示110 - 35 kV变电站个数,O2表示平均最高负载率满足规定的110 - 35 kV主变个数。

(3)变电站及用户站接线方式评估指标sI-3

统计全网或220 kV片网中变电站/用户站的接线方式的合理性。

式中:N1表示220 kV变电站个数,O1表示接线方式合格的220 kV变电站个数,N2表示110 - 35 kV变电站与用户站个数,O2表示接线方式合格的110 - 35 kV变电站与用户站个数,N3表示10 kV用户站个数, O2表示接线方式合格的10 kV用户站个数

1. 2. 2 供电质量评估

(1)母线电压合格率指标sII-1

统计全网或220 kV片网中各变电站中低压侧母线的电压合格情况。与rII-2不同的是,本指标统计的是电压合格的累计时间,且停运母线或停运时间不计入统计范围。

式中:Sn表示母线n在统计期间的运行时间,Ai表示220kV母线i在统计期间内电压合格的累计时间,Bj表示110 - 35 kV母线j在统计期间内电压合格的累计时间。

(2)主变功率因数合格率指标sII-2

统计全网或220 kV片网中各主变低压侧功率因数的合格情况。与rII-3不同的是,本指标统计的是功率因数合格的累计时间,且停运主变或停运时间不计入统计范围。

式中:Sn表示主变n在统计期间的运行时间,Ai表示220 kV主变i在统计期间内功率因数合格的累计时间,Bj表示110 - 35 kV主变j在统计期间内功率因数合格的累计时间。

1. 2. 3 经济性评估

(1)理论线损率指标sIII-1

统计全网或220 kV片网中的主变/线路的理论线损率水平。

式中,N1表示理论线损率。

(2)主变最佳负载率指标sIII-2

统计全网或220 kV片网中的主变的平均负载率与最佳负载率之间的偏差情况。

式中:Ai表示主变i的平均负载率,Bi表示主变i的最佳负载率。

2　算例分析

本算例采用某地区电网2013年8月9日13时35分夏季高峰时段的运行数据进行评估。该电网共68座变电站,127台主变,156条线路,运行状态评估综合得分为88. 0,属于一般水平。具体评分如表1所示。

表1　某地区电网夏季高峰时段综合评价结果

3　总 结

通过本文研究并建立的配网运行综合量化评价体系,调度员能够对电网当前运行状态和总体运行方式有全面的把控,及时发现电网存在的问题,实现了全局与局部信息的兼顾,提高了调度员的反应速度和决策效率,电网智能化、精细化调度水平均得到了提高。

参 考 文 献

[1] 王成山,罗凤章,肖峻等.基于主变互联关系的配电系统供电能力计算方法[J].中国电机工程学报,2009,29(13):86-91.

[2] 崔坤台,王成山,谢莹华.考虑负荷转移限制的配电系统区间可靠性评估[J].电力系统及其自动化学报,2006,18(4):91-96.

[3] 赵柯宇,吴政球,刘杨华等. N-1故障状态下电力系统静态电压稳定极限的快速计算[J].电网技术,2008,32(17):58-63.

[4] 傅旭,王锡凡,解利斌.考虑N-1静态安全的电力系统最大负荷能力计算方法[J].电网技术,2006,30(6):6-10.

[5] 田洪,张焰,张益波.地区电网运行方式评估方法[J].电力系统保护与控制,2009,37(20):93-98.

[6] 金辉,于音波.基于层次分析法的中压配电网评价[J].供用电,2011,28(2):30-33.

[7] 王鹤,赵建军,金一,等.基于逆变型分布式电源的电能质量管理研究[J].东北电力大学学报,2014,34(6):86-90.

Research and Application of Comprehensive Quantitative Evaluation System on Distribution Network Operation

SHEN Hui1,2,ZHAO Shi-hua3,LIU Chuan-quan3,LIAN Hong-bo3

(1. Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240;2. Qingpu Power Company of SEPC,Shanghai 201700;3. Songjiang Power Company of SEPC,Shanghai 201600)

Abstract:Regional power grid operation evaluation indices based on SCADA/ EMS are presented,which can quantitatively evaluate the grid by capacity,quality and economy. A comprehensive quantitative evaluation system is constructed by combining the above indices and those for operation mode evaluation. The system can provide an overall assessment on distributed network from both operation mode and running status, and ancillary services to dispatchers.

Key words:Operation mode;Real-time operation;Comprehensive quantitative;Evaluation system

作者简介:沈 辉(1984-),男,上海交通大学工程硕士研究生,助理工程师,主要研究方向:电网调度、运行和控制.

收稿日期:2014-12-04

文章编号:1005-2992(2015)02-00048-05

文献标识码:A

中图分类号:TM732