考虑设备重要度的地区电网检修计划优化方法分析
2021-02-04杨舍近刘保军王建军
杨舍近,李 军,韩 源,刘保军,王建军
(国网河南省电力公司漯河供电公司,河南 漯河 462000)
引言
电网检修计划的编制是电网调度管理部门的重要工作内容之一,直接关系到电网中各类设备的安全可靠运行和电力用户的供电可靠性,对于电网的经济运行也具有一定的影响,有必要制定合理的地区电网检修计划,保证地区电网的稳定运行,防止出现设备运行事故[1]。在传统检修计划编制中,主要是依靠人工进行判断和决策,将线路、变检等专业管理人员和调度管理人员召集起来,探讨线路是否能够停运、负荷能否转移等问题。这种电网检修计划编制方式容易带有决策者的偏好,也难以适应现代大规模电网的检修工作需求,本文主要介绍考虑设备重要度的地区电网检修计划优化技术,对于提高地区电网检修计划编制的合理性具有一定的价值。
1 设备重要度的量化
电网中需要进行检修的设备类型主要包括主变、电力线路、隔离开关、断路器、电压互感器、电流互感器、电容器、电抗器、母线、避雷器等,不同类型的设备在电网运行中具有不同的地位和重要性[2],在电网设备检修计划的编制中应加以考虑,保证检修计划的合理性。
电力设备在检修计划编制中的重要度可以采用eR进行表示,其中R 采用下式(1)加以量化,重要度值越大,表明该设备越需要尽快安排检修工作。
式(1)中:R 为设备的重要度影响因子,ν 为根据设备所属电压等级所赋的权重值,ε 为不同类型设备所设的调节系数,T 为设备制造厂家所规定的检修周期。公式中采用进行表示,当 T 值越大越小,则 R 越小,表明设备规定的检修周期越长,则设备的重要度越低,设备运行的可靠性较高。a 为各类待检修设备的可靠性系数,该值越大,则R 越小,表明可靠性较高的设备其检修的重要性较低。在上式(1)中,v 的取值如表1 所示。
表1 设备电压等级的系数值
对于设备类型调节系数ε,由于主变、线路和断路器等设备的重要程度较高,故所设系数应偏大,可取1。隔离开关和二次测量设备可取0.85,其他包括电容器等设备取0.7。
2 考虑设备重要度的地区电网检修计划优化技术
2.1 地区电网检修计划优化模型
2.1.1 目标函数
地区电网检修计划优化可以选取的目标函数较多,如系统网损最小、检修成本最低、供电可靠性最高、电网企业停电损失最小等,不同的目标函数所优化的侧重点不同[3],本文选取设备的检修时间偏离到周期时间最小为目标函数建立地区电网检修计划优化模型,目标函数表达式如式(2)所示。
式(2)中:n 为待检修的设备综述;eRi为第 i 个设备的重要度;ti为第i 个设备的计划检修时间;Ti为第i 个设备的到周期时间。采用上式作为检修计划优化的目标函数,可以将设备的重要度考虑到优化模型中。待检修的设备重要度值越大,则越要求设备的检修时间与设备的到周期时间之间的差值越小,从而尽快安排检修,实现检修计划优化的目的。
2.1.2 约束条件
对于地区电网检修计划优化模型中的约束条件,主要包括以下几类,以下分别进行分析:
第一类约束是线路潮流约束,某个设备检修导致线路停运时,不应引起系统中其他线路出线潮流越限的情况,如式(3)所示。
式(3)中:Pi,max第 i 条线路的最大允许潮流,Pi为第 i条线路的实际潮流值,由于线路潮流具有两个方向,故在此用绝对值进行表示。
第二类约束条件是设备检修的安排约束,如式(4)所示。
式(4)中 ti,min为设备检修的最早时间,ti,max为最晚时间,采用该约束可保证设备检修所安排的时间符合规定的要求。
第三类约束是检修资源的限制约束,如式(5)所示。
第四类约束条件为检修设备的同时性约束,如式(6)所示。
上式表示某些待检修设备属于同一检修集合中时,则安排在一起进行检修,从而避免线路的重复停电,降低电网企业的停电经济损失。
第五类约束为某些特殊设备不能同时安排检修,如双母线或两台主变同时检修等[4],从而避免了在检修时引起不必要的停电,采用式(7)进行表示。
上式中Dj为第j 个设备检修所需要花费的时间,表达式中加1 的物理意义是第i 个设备的检修实际应在第j 个设备检修完成后再延后一天,保证双母线或双主变不会同时检修,恢复系统供电之后再安排下一个设备检修。
2.2 优化模型求解算法
上述建立的地区电网检修计划优化模型,可以采用粒子群优化算法进行求解,求解的具体流程图如图1 所示。
图1 检修计划优化模型的求解流程图
图2 电网运行状态的控制
采用粒子群算法求解地区电网检修计划优化模型时,需要通过迭代计算,不断对粒子进行更新,直到满足计算收敛结束的条件,否则再次进入到迭代计算的过程[5]。在计算的过程中,应将各类约束条件反映在寻找最优解的过程中。计算结束之后,得出相应的检修计划方案。
3 地区电网检修计划的安全校核
为了保证电网在检修期间的安全稳定运行,需要对电网进行安全校核,本文主要采用N-1 静态安全分析的方法进行安全校核。当采用制定的检修计划时不满足N-1 静态安全校核时,则应调整检修计划,并重新进行潮流计算和安全校核,主要的电网运行状态控制和调节如图2 所示。
在图2 中,电网所受的扰动主要包括某条线路因检修任务需要停运或某台主变停运等,这些扰动都会对电力系统的运行状态产生较大的影响和干扰,需要对电网的运行状态进行控制。当电网处于不安全正常状态时,此时只需要采用预防控制措施,如倒换电网的运行方式等,就可以使得电网恢复正常的运行状态。如果电网处于紧急状态时,则应调整检修计划或者切负荷,保证电网恢复到正常运行状态。
以某五节点系统为算例进行分析,系统结构图如图3 所示,其中节点四为PV 节点,节点五为平衡节点,其余为负荷节点。图中标示支路电抗标么值及注入功率,支路1-2 极限输送功率1.5,当支路2-3 因检修计划需要进行开断后,校核线路1-2 的安全性。
图3 系统结构图
为此首先需要计算线路1-2 的潮流,根据图3 数据,建立式(8)矩阵。
则线路1-2 的潮流为:
当支路2-3 因检修计划需要进行开断后,此时可得:
此时线路1-2 的功率为:
可见线路1-2 的功率不超过极限输送功率1.5,故符合安全校核。当线路1-2 的功率超过极限输送功率时,此时需要调整检修计划或者切除部分线路负荷,保证系统的安全运行。
4 结论
制定合理的电网设备检修计划,对于保证地区电网的安全稳定运行具有关键意义和价值。针对不同类型的设备,安排不同的检修时间,在制定检修计划的过程中具有较强的实际意义。本文系统分析了考虑设备重要度的地区电网检修计划优化方法,在实际中可以加以应用。