基于可靠性评估的电网综合评价规划方法研究

唐勇俊，曹 哲，袁智强

(上海电力设计院有限公司，上海 200025)

基于可靠性评估的电网综合评价规划方法研究

唐勇俊，曹 哲，袁智强

(上海电力设计院有限公司，上海 200025)

针对目前电网规划缺乏对供电可靠性定量分析的不足，将可靠性评估的方法引入电网规划流程，并提出了考虑可靠性、安全性和经济性的指标体系以及综合评价规划方法。通过案例研究表明，该方法具备实际可操作性，对在未来电网规划中强化可靠性评估作用、提高规划精细化水平有一定的支撑作用。

电网规划；供电可靠性；指标体系；综合评价规划方法

目前我国电网规划设计主要采用确定性的N-1准则评估规划方案的可靠性，也即在预期故障发生的情况下判断故障对电网的影响。这种分析存在着一定的缺陷：一是对故障产生的后果无法准确的定量分析；二是不能反映电力设备故障、负荷变化、电网运行行为等客观存在的随机特性。电网可靠性评估为解决上述传统规划设计方法的不足提供了新的手段，它能够分析多个不确定因素对电网可靠性的影响，提高电网规划的适应性；同时通过定量评估电网可靠性水平，能够更好地为决策者提供量化信息，避免决策者主观因素给电网规划带来的不利影响。

随着上海城市电网的不断发展，以及国际化大都市对于供电可靠性要求的不断提高，上海电网建设将由主要以提高电网的供电能力为主，进而越来越关注提高电网的供电可靠性。但是如何对电网进行可靠性的定量评估，并且在实际电网规划流程中引入可靠性评估方法，目前国内电网企业均还处于探索和初步摸索阶段。

综合考虑可靠性和经济性的定量评估是输电网规划方案评估的发展方向，对输电网规划工作具有重大的指导意义，对提高电网投资的经济效益和社会效益大有裨益。

1 可靠性指标

可靠性指标通常从事故对于正常供电影响的不同方面进行计量，包括停电的频率、概率、持续时间、损失电力和电量的多少等。不同的子系统根据自身特点，在可靠性指标上会略有区别。

可靠性指标体系一般分为负荷点指标和系统指标。负荷点指标对于系统每一个负荷点而言，表明事故的局部影响。系统指标反映系统故障对整个系统的影响，表明事故的全局影响。

常用的基本指标如表1所示。

上述基本指标既可以作为负荷点指标，又可用在整个系统。在电网规划中既要关注系统指标，又要关注节点指标，它们分别从全局和局部给规划人员提供关于电网可靠性的量化信息和分布规律。

表1 常用的基本可靠性指标

2 综合评价指标体系的建立

电网规划首先须满足电网安全稳定运行的要求，防止系统失稳发生大面积停电；同时要保证为电力用户提供持续、可靠、优质的电能；规划方案还应尽可能降低初始投资及运行损耗费用，使其在全寿命周期内成本最优。因此，有必要建立一个集安全性、可靠性、经济性于一体的综合评价指标体系。

在指标体系构建时，主要把握以下几个原则。

系统性原则：即所选取的指标应全面反映系统特性，对于电网规划来说，安全性、可靠性、经济性三位一体，缺一不可。

可操作性原则：即所选取的指标应是可计算的，计算数据来源应是明确有效的。考虑到目前电网企业对于设备可靠性参数、输变电设施运维费用等数据仍缺乏一定历史积累，统计口径也比较粗，因此在指标定义和计算时需采用一些简化实用的方法。

相对比较原则：即电网规划综合评价指标体系主要用于对不同规划方案进行技术经济比选，因此更多的是关注方案间的相对指标差异，对于方案间相差不大或难以准确计算的部分可近似认为相等，从而不进行具体计算分析。

根据上述原则，同时考虑输电网络规划应用的需求，利用层次分析法(AHP)建立了电网综合评价体系，其层次结构如图1所示。

图1 电网规划综合评价体系

该指标体系最上层的目标层为电网综合评价指标，用以从整体上判断各规划方案的技术经济性；下级准则层从供电可靠性、供电安全性、经济性三个方面分别对规划方案进行评价，每个准则层下面均定义了多个指标，保证各项指标能够从不同角度反映系统的实际情况。

3 基于综合评价的电网规划方法

为改善传统电网规划方法无法对供电可靠性指标、经济性指标等进行量化分析的缺陷，本文在对供电可靠性指标、电网综合成本指标以及电网安全性指标的量化分析基础上，提出建立基于综合评价的电网规划数学模型，对电网的规划设计从供电可靠性、经济性和安全性三方面进行量化计算，从而实现对电网规划设计方案进行更加客观的比选和优化，避免决策者的主观因素对电网规划的不利影响，使电网规划在确保安全性的基础上更加合理的权衡供电可靠性和经济性，提高电网投资的经济效益和社会效益。

该方法包括以下步骤：

(1)对电力系统现状进行分析，并且对电网负荷需求进行预测，以及进行电源规划；

(2) 根据步骤(1)分析、预测以及规划的结果，同时利用现状网络可靠性评估获取现状电网可靠性信息，专家辅助决策通过分析电网薄弱环节、总结实用规律，提出多个初步电网规划方案；

(3)对多个所述初步电网规划方案进行电气计算；

(4)根据电气计算的结果，计算每个所述初步电网规划方案的损耗成本，并判断所述初步电网规划方案是否满足电网安全性指标需求，剔除多个所述初步电网规划方案中不满足电网安全性指标的初步电网规划方案，将满足电网安全性指标的初步电网规划方案列入可行电网规划；

(5)计算所有所述可行电网规划的综合评价指标；

(6)根据计算出的每个所述可行电网规划的综合评价指标数值，选择综合评价指标数值最高者作为最终的电网规划方案。

在上述基于综合评价的规划方法中，电网规划模型的目标函数为：

L=max(RS/CT)

式中L——电网规划综合评价指标；

RS——供电可靠性综合指标；

CT——电网综合成本指标。

供电可靠性综合指标的计算公式为：

RS=1/(T*N*L*E)

式中T——年平均停电时间；

N——年平均停电次数；

L——年平均电力缺失；

E——年平均电量缺失。

电网综合成本指标的计算公式为：

CT=CI+CO+CL+CF

式中CI——投资成本；

CO——运行成本；

CL——损耗成本；

CF——停电损失。

由于电网规划综合评价指标的绝对值通常表示的物理意义不大，在规划方案比选时主要关注综合指标的相对值，因此可取某一基准方案的综合指标为基准值1，求取其他方案相对基准值的综合指标数值。

图2 基于综合评价的电网规划流程

4 案例研究

选取某区域220 kV输电网规划作为案例，应用本文方法提出了三个不同规划方案，并分别进行综合评价。规划网架如图3所示，图中虚线为新建线路，数字标注为相应线路长度。

图3 规划方案示意图

综合成本计算中，停电损失评估采用产电比法。考虑到目前电网公司对于运行维护成本缺乏历史数据积累，因此对运行维护成本的计算采取了一些简化，运行成本考虑在投资费用的基础上乘以一个固定的维护成本系数。损耗成本则考虑用网损乘以平均电价来衡量。

由表2可见，三个方案的安全性指标均满足要求，其中方案一和方案二线路负载率较小，安全裕度较大。方案一的可靠性和经济性均最优；方案二可靠性略低于方案一，主要由于节点A、B、C采用单环网结构，存在潮流分布不均的情况；方案三可靠性较低是因为环网内节点较多，潮流较重，一旦环网内节点或线路通道发生故障，易造成潮流转移后其他线路过载。另外，从重要节点的供电可靠性来看，节点C不仅处于环网通道内，同时通过线路与外部电网相联络，在系统中的地位重要。方案一中节点C有6回进出线与周边其他节点联系，而方案二与方案三均只有4回进出线，因此方案一对于局部网架的支撑作用也更强。

综合考虑供电的安全可靠性以及经济性，推荐采用方案一为规划方案。

表2 规划方案指标评价情况

注：初始投资已在全寿命周期内换算为年费用，综合评价指标以方案二为基准求取指标相对值。

5 结语

本文针对目前电网规划缺乏对供电可靠性定量分析的不足，将可靠性评估方法引入电网规划流程，提出使用可靠性分析进行专家辅助决策的思路，根据专家经验和实际情况提出规划方案，在此基础上进行优化选择。

在上述思路基础上，本文提出了考虑可靠性、安全性和经济性的指标体系以及综合评价规划方法。通过案例研究表明，该方法具备实际可操作性，对在未来电网规划中强化可靠性评估作用、提高规划精细化水平有一定的支撑作用。

(本文编辑：杨林青)

Research on Comprehensive Evaluation of Power Network Planning based on Reliability Assessment

TANG Yong-jun, CAO Zhe, YUAN Zhi-qiang

(Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd.,Shanghai 200025,China)

In view of the lack of quantitative analysis of power supply reliability, the reliability evaluation method is introduced into the power grid planning process,and the index system and comprehensive evaluation method of reliability, safety and economy are put forward. The case study shows that in the future network planning, the method is practical and feasible to strengthen the role of reliability evaluation,and to improve the level of planning to a certain degree of support.

power network planning; power supply reliability; index system; comprehensive evaluation method

10.11973/dlyny201701021

唐勇俊(1982)，男，硕士，高级工程师，从事电网规划设计工作。

TM712

A

2095-1256(2017)01-0087-04

2016-12-08