发输电系统由统一并网运行的发电系统和输电系统组成,其可靠性包括充裕度和安全性两方面。随着中国电力市场的成熟,对发输电系统可靠性提出了新的要求。
发输电系统可靠性
发输电系统按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电量的能力。
- 英文名称
- transmission system reliability
- 所属学科
- 电气工程
发输电系统在系统内发、输、变电设施额定容量和电压波动容许限度内,考虑元件的计划和非计划停运及运行约束条件下连续地向用户提供电力和电量需求的能力。充裕度指标反映在研究时间段内发输电系统在静态条件下系统容量满足负荷电力和电量需求的程度。
发输电系统的发电容量通过输电设施后能提供给负荷的最大功率。负荷供应能力提供了一个计及网络影响的容量尺度。发输电系统充裕度研究的内容是计算出各种偶发事故中系统的负荷供应能力值,并与负荷需求比较,当负荷供应能力值小于负荷需求时,便可确定此偶发事故属于系统故障,导致系统电力不足,并在此基础上,计算系统的可靠性指标。
发输电系统充裕度研究的目的,是从元件的可靠性数据来计算系统的可靠性指标。在此之前,必须选定可靠性准则,然后将系统状态划分为完好和故障两大状态类型,这种检验方法称为事故模式和影响分析。事故模式和影响分析包括定义选用事件、确定研究事件、计算潮流、确定系统故障事件、计算事件概率、计算可靠性指标等步骤。一般要考虑两类故障事件:①输电线故障与发电设备故障重叠。②输电线路同时故障停运。
故障影响分析的方法与系统规模有关,主要有解析法和蒙特卡罗法。解析法的主要特点是可以采用较严格的数学模型和有效算法进行系统的可靠性计算,准确度较高,但计算量随着元件数呈指数增加。因此,系统规模大到一定程度时,采用解析法将有困难。蒙特卡罗法利用计算机进行随机试验,重复K次,最后,对试验结果进行统计及计算。该法的一个特点是计算结构简单,另一个特点是计算误差与成正比,式中D为常数;K为试验次数。为了降低误差,计算时间将显著增加,这也使其应用受到一定的限制。有机地把解析法和蒙特卡罗法结合起来,能提高计算精度,减小计算工作量和计算机存储量。
发输电系统经受突然扰动的能力。突然扰动是指突然短路或失去非计划停运的系统元件。安全性指标反映在短暂时段内发输电系统在动态条件下系统容量满足负荷需求的程度。
突然断电负荷包括三部分:①由于系统解列为若干部分而突然被切断的负荷。②在系统遭受扰动时,按频率降低自动减负荷装置所突然切断的负荷。③当系统遭受扰动使频率下降到临界值以下,为使系统或被解列的那部分系统的频率恢复到临界值以上所需切除的负荷。
电力市场环境下对发输电系统可靠性的新要求包括需求预测、电力公司可靠性管理、传输能力计算3个方面。
降低需求预测的不确定性。需求是指一个系统或系统的一部分在给定瞬间或任一设计的平均时间间隔中释放电能的速率,单位为千瓦或吉瓦。需求与负荷是不一样的。在电力市场的条件下,需求的类型有8种:①瞬时需求,指给定瞬间能量释放的速率。②平均需求,指在任一时间段内释放的电能,它由总电能除以该时间段内的平均瞬时需求。③集成需求,指在需求时段中的平均瞬时需求。④需求时段,指电能被量测的时段,通常是15分、30分或60分。⑤峰值需求,指在给定时段(即1小时、1天、1月、1季或1年)的最高电力需求,对一个电力系统来说,它等于在系统内全部量测到的发电机净输出和流入系统的线路潮流之和,减去量测到的流出系统的线路潮流。⑥合同需求,指一个供应商同意送电到一个特定单位并且该单位同意购买的容量额度。⑦固定需求,指一个电力供应商除了当系统可靠性受威胁或在紧急条件下应该提供的合同需求部分。⑧订单需求,指基于电价计划或合同中规定的用户订单的需求。电力交易计划是要事先做出的,需求预测是电力交易计划的核心。为使需求预测尽可能准确,要求把不确定性降到最低程度。
对多种电力公司的可靠性管理。电力公司可以是拥有或运行发电、输电、配电设施的公司、个人、代办处授权或其他合法单位,或媒介,或出售电能的公司。电力公司的多样性对电力系统可靠性评估和管理带来新的挑战和机遇,对各电力公司的可靠性要求从指令性转变为经济激励或惩罚性。
多种传输能力的计算。频繁的商业活动使电力系统的运行方式大范围的变化,因此需要考虑多种形式的传输能力:①总传输能力[注](TTC),是指能从互联输电系统的一个区域可靠地通过区域间的输电线(或通路),在规定条件下调用或传输到另一个区域的电力额度。②输电可靠性裕度[注](TRM),是指系统条件存在大范围不确定性的情况下,为保证互联输电网络安全所需的输电传输能力的额度。③容量效益裕度[注](CBM),是指电力部门为保证互联系统对发电开放以满足发电可靠性要求所预留的传输容量备用额度。④可用传输容量[注](ATC),是指为未来商业活动考虑超过已承诺用途条件下实际输电网络的传输能力,定义为总传输能力减去当前输电承诺容量(包括零售用户所需容量和容量效益裕度),再减去输电可靠性裕度。⑤不可撤销的可用输电能力[注](NATC),指总输电能力减去输电可靠性裕度,减去不可撤销的输电服务备用(包括容量效益裕度)。⑥可撤销的可用输电能力[注](RATC),指总输电能力减去输电可靠性裕度,减去可撤销的输电服务备用,减去不可撤销的输电服务备用(包括容量效益裕度)。对于规划问题,可用的数据只有可撤销的和不可撤销的输电服务备用,而对运行问题,输电计划是已知的。可靠性评估中必须对以上6种输电能力做出定量评价。