配电网低电压脆弱性指标分析

高明涛+尹珊

摘 要：电力系统的事故敲响了配电网安全性的警钟，一些重大的电网停电事故给社会带来了重大损失，为此，需要确定和分析配电网系统中的低电压脆弱性指标，评估配电网低电压脆弱性指标的特性，要对电网系统的事故进行预先估测、检定和响应，并且能够在电网事故之后迅速实现自我恢复，从而实现配电网的系统重构，促进电网的故障评估到故障恢复的电网自愈功能实现。

关键词：配电网 低电压 脆弱性 指标

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（c）-0017-02

在经济迅速发展的态势下，电网正在进行大规模的互联，电力系统成为了与人们生活息息相关的人造网络，在这个复杂的网络体系之中，电能的输出安全与使用已经成为了人们关注的议题，由于电力系统配电网的连锁性大范围的事故，给人们的生活造成了严重的威胁。为此，需要对配电网络进行脆弱性指标的预测和分析，要实现对配电网实时、快速的脆弱性评估和预测，并对配电网系统进行重构，有效地进行配电网的自我恢复，从而提高配电网络的安全性和可靠性。

1 配电网脆弱性界定及其影响因素

配电网的脆弱性又称为系统的抗干扰和抗故障的能力，由于各种因素如人为干预、信息网络、计算偏差、元件保护等，对配电网系统存在潜在的危险，这些潜在的危险一旦暴露，则会对配电网系统的正常供电能力造成较大的威胁。同时，不同的配电网系统也有不同的脆弱性表现，电力市场规模的扩大使设备脆弱性得到大范围的分布，伴随着电网的迅速扩张，区域电网运行之间的信息交换不够充分，出现缺少实时数据而调度失灵的现象，这也增加了配电网的脆弱性。

在配电网系统之中，对于配电网脆弱性的影响因素主要有以下几个方面。

（1）配电网系统元件故障因素。在配电网系统之中，要涉及各种不同的设备，诸如变压器、输电线、发电机等，这些系统元件会造成信息数据的延迟，影响系统的响应速度和效率。

（2）控制保护系统因素。在配电网系统之中，控制保护系统的故障也对配电网的脆弱性有较大的影响，诸如控制保护系统的隐性故障、断路器故障、系统的保护误动作等。

（3）通信系统因素。在配电网系统中，在与EMS失去通信的前提下，也无法实施自动控制和保护，或者出现外部的Agent侵入信息，也会对配电网系统的脆弱性产生影响。

（4）电力系统整体环境因素。由于电力系统存在整体性能的稳定问题，诸如电压波动、振荡、频率不稳定等，这些电力系统中存在的稳定性问题，也会对配电网电压的脆弱性造成影响。

（5）外在因素的影响。一些外来的自然灾害和恶劣气候条件，也会对配电网的脆弱性造成影响，如地震、冰雹、洪水、火灾等。

2 配电网低电压脆弱性指标

配电网低电压的脆弱性指标可以用于描绘电网系统的强度以及承受能力，它可以表现为不同的方面，如电压、静态、频率等。

2.1 风险评估指标

这一指标重点是针对电力系统的事故发生概率及其影响而提出的评估指标，对配电网事故的风险评估克服了简单的概率性评估的缺点，可以对其风险评估指标进行确立并分析，根据风险评估指标的数值大小，判定配电网系统的脆弱程度。对于风险评估指标的定量分析，可以采用以下公式进行定量计算：

在上式中，i表示风险评估的正常运行集合条件；Xi表示系统故障之间的状态；E表示不可预知的事故风险；C表示事故风险引发的后果及影响；P（E/X）表示不可预知的事故风险在故障状态下发生的概率；S（C/E）表示事故风险所带来的严重程度；R（C/Xi）表示风险评估指标数值。

风险评估指标涵盖有过负荷风险指标、低电压风险指标、失负荷风险指标。其中，过负荷风险指标是表示事故发生后线路的过载状态；低电压风险指标是反映事故后各母线电压下降的风险；失负荷风险指标是系统电压距离失稳的风险数值。

2.2 电压稳定预警指标

它可以用于反映系统电压稳定性的状态，对于系统电压存在问题的指标进行预警分析，这个指标体系较为全面。

2.3 电网安全指标

由于电网规模扩大，电网的复杂性和安全性都是密切关注的课题，用某一项单一的指标，难以准确地判定出系统的随机误差，而且在复杂的电网运行状态下，需要有大量的数据作为前提，要对大量的数据进行观测和分析，这样，才能准确把握电网的运行规律，从而判定电网运行状态中的相关联性，提升电网系统的安全性能。

2.4 电网评估体系

配电网的脆弱性和安全性都是针对电网系统的指标，在电网并网的趋势之下，远距离和大容量的电厂进入到电网系统之中，这就需要从全局的角度出发，构建电网评估体系，将电网视同为广义的节点系统，对各个节点进行安全分析，并采用定量分析的方式，对电网变化量、变化率和敏感性等进行评估，再全面分析各种不确定性因素对于电网安全的影响。

2.5 频率脆弱性指标

在运用频率脆弱性指标的评估过程中，电网的有功功率是重要的影响因素，电网的有功功率不稳定，就会导致频率的上下波动，一旦频率波动超出或低于一定的范围，则会导致配电系统的频率崩溃。

2.6 自然灾害预警指标

由于一些外在因素的影响，诸如冰雪、雷电、台风、地震等，这些自然灾害对于电网系统也有较大的危害性影响，在这些自然灾害的侵袭之下，各个电网调度部门、电力预测部门、电网运行部门都要加强对预警指标的基础工作，做好相应的准备。

3 配电网低电压脆弱性评估的方法

3.1 概率论视角之下的配电网评估

这个评估方法主要针对配电网中的随机事件发生概率以及其影响，可以运用风险理论，对电力系统的脆弱性进行评估，用风险指标判定事故的等级和后果，可以较为全面地显示出配电网系统的事故发生概率及其影响。

还可以基于蒙特卡罗模拟方法，对配电网系统进行脆弱性评估，这需要事先将不确定性因素进行抽样分析，从而根据抽样分析的结果，判定不确定因素对于系统运行状态的影响，可以进行状态估计和状态统计，从而获取系统运行所需的脆弱性指标。它可以较好地处理负荷的随机变化，可以依照时间的发生先后顺序进行操作和处理。不足之处在于需要在一定的计算时间内达到规定的计算精度，这两者之间的紧密性决定了系统运行的安全与稳定，因为计算的精度需要较长的计算时间为前提和代价，因而，这种方法不太适合于配电网系统的在线、实时运用。

3.2 暂态稳定分析视角下的脆弱性评估

这种评估方法是以电网系统在故障状态下的稳定运行为前提，它反映出电网系统的安全系数，通过系统的相关参数和灵敏度函数等，确定系统的安全性能。如果以△V作为电网系统的安全性标志，那么当△V>0则表示系统处于安全状态，反之，如果△V<0，则表示系统处于不安全状态。

3.3 基于EEAC的脆弱性评估

这是运用扩展等面积法则，通过评估空间实现对电网系统的稳定性和安全性评估，实现暂态稳定的定量分析，具有计算速度快、精准度高的优势。由于这种脆弱性评估方式是从暂态稳定的角度进行分析，因而，无法全面反映电网系统的脆弱性。

4 结语

综上所述，在配电网低电压脆弱性指标的分析之中，有不同的指标，它们各有其适用范围和特点，因而，为了实现对配电网低电压脆弱性的全面评估，还需要利用先进的技术和手段，选取实用的、便于操作的评估指标和评估方法，实现智能化、数字化、在线实时的预警分析。

参考文献

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