宁夏电网运行方式风险校核经验智库设计

2021-03-19顾雨嘉李宏强田蓓张汉花周雷马鑫张芳

宁夏电力 2021年1期

顾雨嘉，李宏强，田蓓，张汉花，周雷，马鑫，张芳

(1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏银川 750011；2.北京信息科技大学自动化学院，北京 100192)

电网运行方式正常与检修计划风险校核是关乎电网运行期间安全稳定运行的一项重要工作[1-2]。方式安排是电网调度管理水平的重要体现，也是提高电网节能水平的前提。随着我国电网建设的迅猛发展和电网规模的显著扩大，电网运行方式的计算量和调整内容也呈规模性地增长，电力系统向多电压等级、跨区大容量互联发展，输变电设备检修造成系统一次结构改变后，系统的安全稳定运行裕度变小，故障导致的系统运行风险增大，工作人员很难全面而又准确地发现电网运行风险点[3]。检修方式的安排大多依赖于人员的经验，或者辅以安全校核，某些方式下，即使是经验丰富的计算人员，单人校核的电网运行风险点查找率仍会出现不足80%的情况；而工作经验较少的人员，单人校核的电网运行风险点查找率更是不足60%。

截至2019年底，宁夏电网统调总装机容量49 379 MW，其中风电装机容量11 160 MW，光伏装机容量8 441 MW。宁夏电网的新能源装机已经达到总装机容量的41%，超过宁夏电网总负荷，宁夏电网面临新能源开机、直流群外送、省间断面等多种运行方式组合。宁夏电网主网架支撑多直流运行能力不足，检修方式电网安全裕度急剧减小，发生全局性故障的风险大幅升高，电网检修方式安排难度大。

为保证校核的准确性和可靠性，宁夏电网运行方式风险校核主要依靠多人“背靠背”工作机制，耗时耗力，也无法保证风险点查找率达到100%。因此，梳理宁夏电网运行方式，研发拥有良好人机界面的宁夏电网运行方式经验智库，提高了宁夏电网运行方式风险点校核准确性和可靠性，提升了方式计算人员检修校核的工作效率，降低了电网运行的安全隐患。

1 电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准

《电力系统安全稳定导则》所规定的电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准是电网运行方式风险校核的基本依据，安全稳定标准分为三级[4-5]。

1.1 第一级安全稳定标准

正常运行方式下的电力系统受到单一故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳控措施，应能保持电力系统稳定运行和电网的正常供电，其他原件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连锁跳闸。

涉及的故障形态包括：任何线路单相瞬时接地故障重合成功；同级电压的双同或多同回线和环网，任一回线单相永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合；同级电压的双回或多回线和环网，任一回线三相故障断开等。

1.2 第二级安全稳定标准

正常运行方式下的电力系统受到较严重的故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，应能保持稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷、直流紧急功率控制、抽水蓄能电站切泵等稳定控制措施。

涉及的故障形态包括：单回线或单台变压器(辐射型结构)故障或无故障三相断开；任一段母线故障；同杆并驾双回线的异名两相同时发生单相接地故障重合不成功，双回线三相同时跳开，或同杆并架双回线同时无故障断开；直流系统双极闭锁等。

1.3 第三级安全稳定标准

电力系统受到严重故障后导致稳定破坏时，必须采取失步/快速解列、低频/低压减载、高频切机等措施，避免造成长时间大面积停电和对重要用户的灾害性停电，使负荷尽可能减少到最小，电力系统应尽快恢复正常运行。

涉及的故障形态包括：故障时开关拒动；故障时继电保护、自动装置误动或拒动等。

2 电网运行方式风险校核

根据宁夏电网装机和负荷预测情况，电网运行方式风险校核选取年初(大负荷、小负荷)、夏季(大负荷、小负荷)和冬季(大负荷、小负荷)六种计算分析典型方式，根据宁夏电网主网架结构特点，结合电力系统承受大扰动能力的三级安全稳定标准，主要针对主网的正常运行方式、正常检修方式和异常检修方式进行风险校核，涉及的故障类型主要包括：

(1)全网元件N-1无故障开断；

(2)两个系统通过单回线联络的，一般选用联络线单相瞬时性接地故障，并进行三相短路故障联络线跳闸解列后的稳定校核；

(3)220 kV及以上同级电压的双回线或多回线和环网，一般选取对稳定不利的一端发生金属性三相短路永久故障；

(4)300 MW及以上机组满负荷跳闸或失磁；

(5)直流单、双极闭锁；

(6)发电厂和变电站母线三相短路故障，母线上所有元件跳闸；

(7)同杆并架双回线异名两相同时发生单相接地故障重合不成功双回线故障跳闸；

(8)单相故障时开关单相据动；

(9)单相故障死区保护；

(10)大容量发电厂全停；

(11)重要输电通道N-2故障。

按照上述原则分别对2018年和2019年宁夏电网典型运行方式进行全面安全校核，共发现运行风险499项，涉及检修项目297项。针对存在运行风险的检修项目进行梳理分析，提取关键信息便于对电网运行风险进行分类管理。

(1)根据检修时序建立检修项目逻辑关系，主要包括主检项目和同检项目，检修项目如表1所示。

表1 主检与同检项目统计

(2)电网运行风险中提取风险类型、风险等级等关键信息，风险类型包括：热稳越限，热稳重载，暂稳失稳，拓扑调整，窝电，损失负荷。风险等级按照955号令确定。

(3)从风险控制措施中提取控制输电断面及其极限功率等关键信息。

(4)梳理检修设备类型，主要包括线路、母线、开关、变压器、机组、直流系统。

(5)梳理安全校核类型，主要包括：线路N-1，母线N-1，主变N-1，开关N-1，机组N-1；线路N-2，安控策略，安控动作，同杆N-2、直流系统双极闭锁；线路N-3，多重故障，新能源大规模脱网等。

(6)梳理电压等级，主要包括：±800 kV，±500 kV，750 kV，330 kV，220 kV。

3 系统架构

通过梳理风险校核关键信息，理清了宁夏电网运行方式检修校核项目数据间的逻辑关系，设计了宁夏电网运行方式风险校核经验智库的数据结构，构建了软件结构和功能。

3.1 数据结构

宁夏电网运行方式风险校核经验智库的核心数据结构包括智库方案，主检项目基本信息，主检项目风险及控制措施，同检项目基本信息，同检项目风险及控制措施。其逻辑关系如图1所示。

图1 电网运行方式经验智库数据结构

(1)智库方案信息为宁夏电网运行方式风险校核经验智库的标签，建议按照年度和运行方式来建立智库方案对电网运行风险进行分类管理，具体信息如表2所示。

表2 智库方案信息

(2)主检项目基本信息，与智库方案信息为主从关系，具体信息如表3所示。

表3 主检项目基本信息

(3)主检风险及控制措施，与主检项目基本信息为主从关系，具体信息如表4所示。

表4 主检风险及控制措施

(4)同检项目基本信息，与主检项目基本信息为主从关系，具体信息如表5所示。

表5 同检项目基本信息

(5)同检风险及控制措施，与同检项目基本信息为主从关系，具体信息如表6所示。

表6 同检风险及控制措施

3.2 软件结构

宁夏电网运行方式风险校核经验智库的软件结构和功能如图2所示。

图2 电网运行方式风险校核经验智库功能和数据流程

(1)风险校核经验录入模块。该模块提供友好的人机交互界面，支持电网运行方式正常及检修方式下运行风险信息与控制措施决策信息的录入，具备录入数据自动校验功能，对不满足要求的数据会给出告警信息。

(2)风险校核经验管理模块。此模块是电网运行风险校核经验智库的核心模块，负责对电网运行风险校核经验智库的创建、复制、修改和删除等，可以按照年度、运行方式等多种维度建立电网运行风险校核经验智库，在系统中创建了经验智库后才可以录入电网运行风险校核经验。

(3)风险校核经验检索模块。风险校核经验检索模块提供人机交互界面对电网运行风险校核经验智库中的电网运行风险校核经验进行快速检索和分类统计。具备灵活的信息检索功能，可实现快速查找所需信息。

(4)风险校核经验导出模块，支持将选定的风险校核经验导出成指定格式的E文本、Excel等文件。

4 应用效果

基于QT开发软件研发了人机界面友好电网运行方式风险校核经验智库，实现了预期功能，并可在Windows，Linux或 macOS等多种平台运行。

针对宁夏电网2018年和2019年安全校核结果，按照检修时序筛选出主检项目和同检项目，按照检修项目梳理了设备类型、检修类型、电压等级、运行风险、控制措施、监控断面及极限等信息。在智库软件中建立了2018年和2019年电网运行方式风险校核经验智库方案，分别将上述信息录入对应的智库方案。智库支持按照检修项目名称、设备类型、检修类型、电压等级、运行风险、控制措施、监控断面名称和极限进行检索查询和统计。

通过现场部署和试运行表明：该软件可以建立年度运行方式风险校核经验智库，可对近几年的运行方式校核结果进行分类管理，避免同一信息在不同数据中出现不一致的情况；校核人员可以在经验智库中快速检索出需要的检修项目及其对应的运行风险和控制措施，有效提高了检修校核工作效率，全面提升了计算分析人员校核检修方式风险点的准确性和全面性，对保障电网检修方式下安全稳定运行有重要意义。