多類型新能源發電綜合消納關鍵技術電力系統規劃與可靠性發輸電系統可靠性評定電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第1頁本節提綱電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第2頁1.輸電網規劃中可靠性準則

國外電網規劃中可靠性準則介紹歐洲、北美、俄羅斯，共同特點：發生出現機率較高單一故障時確保對用戶電力連續供給；發生嚴重、出現機率較低故障時，預防系統大面積瓦解。

我國輸電網規劃導則-電力系統穩定導則N-1檢驗：（

N-1標準：正常運行方式下電力系統中任一元件（如線路、發電機、變壓器等）無故障或因故障斷開，電力系統應能保持穩定運行和正常供電，其它元件不過負荷，電壓和頻率均在允許范圍內。這通常稱為N－1標準。N-1標準用于電力系統靜態安全分析(單一元件無故障斷開)，或動態安全分析(單一元件故障后斷開電力系統穩定性分析)。

當發電廠僅有一回送出線路時，送出線路故障可能造成失去一臺以上發電機組，此種情況也按N－1標準考慮。）電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第3頁1.輸電網規劃中可靠性準則嚴重故障校驗：依據電網結構和特點進行校核。尤其不能造成大面積停電。

未來發展方向

確定性校核（N-1，嚴重故障校驗）+風險評價—效益成本分析電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第4頁2.輸電網規劃中可靠性分析和故障排序N-1分析目標：全部線路中任意開斷一跳線路后，系統各項運行指標仍能滿足給定要求。規劃早期，主要使網絡不出現過負荷，既滿足安全輸送電力要求。N-1主要用于過負荷檢驗。暫態校核經過故障帥選。

不滿足標準：引發系統其它線路出現過負荷或者系統解列

處理方法：擴展規劃，重新校核。故障排序方法：

元件多造成N-1計算量很大。所以采取故障排序方法，把嚴重故障排前面，對系統影響不大排后面。校驗故障時從前面取。

怎樣衡量什么故障對系統影響較大呢？電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第5頁2.輸電網規劃中可靠性分析和故障排序Pl為線路有功時尚，

為線路傳輸功率。當系統中沒有過負荷時，

小于1，PI指標較小。當系統中有過負荷時，過負荷線路

大于1，正指數項將使PI指標變大。所以這個指數能夠概括反應系統安全性。為了突出地反應系統過負荷情況，甚至能夠用高次指數項代替式中平方項。

經過分析PI指標對各線路導納改變靈敏度就能夠反應出對應線路故障對系統安全性影響。建立平價標量指標：電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第6頁2.輸電網規劃中可靠性分析和故障排序

該指標值越大，PI增加越多，說明線路K故障引發系統過負荷可能性越大。

經過求解每條線路故障PI改變值，改變大排前面，掃描N-1從前面開始，后面值小能夠忽略。

靈敏度就能夠反應出對應線路故障對系統安全性影響。當線路K故障時，PI指標改變為：電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第7頁3.發輸電系統概率可靠性評價上述N-1靜態或者暫態分析都是在特定場景下。都是確定性準則，沒有量化考慮故障發生概率。（概率大-后果不嚴重），所以采取基于概率指標方案對比分析，綜合考慮概率和后果兩個原因。評價模型和邊界條件：發輸電系統中包含位于不一樣地點發電機和負荷，以及輸電網。假如發電機全部可用，有可能因為線路單一或多重失效引發電壓越線而消減負荷。所以中間包括時尚計算、故障分析以及消除過載、發電重新調度、消減負荷和切換開關校正辦法。----比較復雜3.1概述電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第8頁

發輸電系統可靠性是指統一并網運行發電系統和輸電系統綜合組成發輸電系統，按可接收標準和期望數量向供給點供給電力和電能量能力度量。包含充裕性和安全性兩個方面。充裕性是對系統靜態特征進行概率評價；安全性則是對系統動態特征進行評價。發輸電系統風險評定系統分析并非是簡單連通性問題,它包括到時尚計算、故障分析以及諸如消除過載、發電重新調度、負荷削減和切換操作等校正辦法。其系統狀態選擇中需要考慮問題有：系統元件獨立停運，共因、電站相關和其它相關停運，氣候影響，母線負荷不確定性和相關性，降額狀態模擬，以及系統其它約束條件等。3.發輸電系統概率可靠性評價電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第9頁3.發輸電系統概率可靠性評價發輸電系統可靠性評定隨其要求和目標不一樣，存在以下三種情況：1.發電和輸電元件失效均被考慮，這是一個常見情況。2.只考慮輸電元件失效，而假設發電機組100%可靠，這既是輸電系統評定。在這種情況下，針對特殊研究目標，一些變電站電氣主接線也能夠并入到系統評定中一起加以考慮。3.只考慮發電機組失效，而假設輸電元件100%可靠。應該清楚，這種情況與發電-負荷需求系統風險評定并不相同，因為在這里評定中依然要考慮輸電網約束。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第10頁3.2充裕度評價指標體系

充裕度指標分成負荷點指標和系統指標兩類。切負荷概率PLC

S是有切負荷系統狀態集合；是系統狀態i連續時間，T為總模擬時間。切負荷頻率EFLC

是有切負荷狀態數。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第11頁充裕度評價指標體系(續）切負荷連續時間EDLC每次切負荷連續時間ADLC負荷切除期望值ELC電量不足期望值EENS電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第12頁3.3評定方法基本步驟：1)

元件失效模型2)負荷曲線模型3)故障分析4)負荷削減最優化模型5)狀態枚舉6)狀態抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第13頁1)基本步驟發輸電系統風險評定主要包含四個方面：確定元件失效模型和負荷模型；選擇系統狀態；識別并分析系統問題；進行可靠性指標計算。方法：狀態枚舉和蒙特卡羅仿真電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第14頁2)元件失效模型發電機組使用兩態（運行和停運）或多態（計入降額狀態）模型來模擬。當使用蒙特卡羅模擬法時，全部發電機狀態或狀態轉移都可直接抽樣而無需簡化；當使用狀態枚舉法時，系統狀態數隨發電機臺數及其降額狀態數呈指數增加；輸電元件包含架空線路、電纜、變壓器、電容器和電抗器等，通慣用兩狀態（運行和停運）模型來模擬這些元件；高壓直流輸電（HVDC）線路有時要求用多態模型來計入一個或多個降額狀態；電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第15頁3)負荷曲線模型當使用序貫蒙特卡羅仿真時，直接利用時序負荷曲線作為負荷模型；對于狀態枚舉法或狀態抽樣法，則利用非時序負荷曲線。使用單一負荷曲線；一些母線上負荷可能在全部研究時間內保持恒定；將各個母線負荷按其遵照不一樣負荷曲線分類為對應母線組；電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第16頁4)故障分析

發電機組預想故障分析簡單直觀。假如在每個發電機母線上余下發電容量能夠填補同一母線上因為失去發電機而引發不可用容量，則無需削減負荷；不然，就應該使用最優化時尚模型來研究發電容量重新調度。

輸電預想故障分析較為復雜。其目標是計算一個或多個元件失效后線路時尚和母線電壓，以識別是否引發線途經載、電壓越限、母線孤立或系統分離成孤島等問題。發輸電系統風險評定中慣用分析輸電故障兩個基本方法。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第17頁基于交流時尚靈敏度法研究一個輸電系統中線路i—j停運情況，假設i—j停運前兩端時尚是和，停運前母線i和j上有兩個外加注入功率，用和表示。假如外加注入功率完全與線路i—j停運等效。能夠證實，線路i—j時尚和停運前狀態外加注入功率存在以下關系：電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第18頁

在母線i和j這一外加注入功率可經過求解上述方程得出。然后可求解下式取得由線路i—j停運引發母線電壓幅值增量和相角增量：式中，是停運前狀態時尚方程雅克比矩陣；是電壓幅值增量，它元素；是電壓相角增量矢量，其元素是，定義以下：得到母線電壓后，即可計算線路i—j停運后線路時尚。類似方法能夠適合用于多條線路停運情況。基于交流時尚靈敏度法（續）電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第19頁基于直流時尚故障分析

基于直流時尚預想故障分析提供線路停運后快速而有足夠精度有功時尚，風險評定中需要考慮大量這種停運情況。多重線路停運后節點阻抗矩陣能夠由停運前節點阻抗矩陣直接計算：式中，、分別是線路停運前和停運后節點阻抗矩陣，其中忽略了全部線路電阻；括號中0和S分別表示系統正常和停運狀態；W是對角線矩陣，其中對角線元素是停運線路電抗；M是由節點-線路關聯矩陣中對應于停運線路列所組成子矩陣。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第20頁基于直流時尚故障分析

線路停運后時尚可由下式計算：是停運狀態有功時尚矢量；PG和PD分別是發電輸出和負荷功率矢量；是停運狀態S有功時尚和注入功率間關系矩陣，其第m行可計算以下：是線路m電抗；下標r和q分別表示線路m兩端節點編號；和分別是第r和第q行。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第21頁5）負荷削減最優化模型當停運引發系統問題時，經過專門最優時尚（OPF）模型進行發電重新調度，以消除系統約束違限；同時盡可能防止負荷削減，或者在無法防止時使負荷削減最小。有兩種模型：基于交流時尚最優時尚模型基于直流時尚最優時尚模型電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第22頁基于交流時尚最優時尚模型是母線i負荷削減量；ND、NG、N和L分別是系統中負荷母線、發電母線、全部母線以及全部支路集合。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第23頁基于直流時尚最優時尚模型與基于交流時尚最優時尚模型相比，直流模型中略去了全部與無功功率相關量。大量計算表明，對發輸電系統風險評定而言，這是一個可接收合理簡化。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第24頁6）狀態枚舉法主要步驟以下：建立多級水平負荷模型，對每一級負荷水平進行枚舉；利用枚舉技術選擇系統狀態；進行預想故障分析；風險指標計算公式：負荷削減概率PLC

是狀態s概率；是多級負荷模型中第i個負荷水平下系統全部失效狀態集合；是第i個負荷水平時間長度；NL是負荷水平分級數；T是負荷曲線時間期間全長。期望缺電電量EENS是狀態s負荷削減量。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第25頁狀態枚舉法（續）期望負荷削減頻率EELC是元件離開狀態s第j個轉移率；是離開狀態s轉移率總數。

負荷削減平均連續時間ADLC實際應用狀態枚舉法應注意：（1）全部被枚舉系統狀態之間必須是互斥；（2）對于包含有大量元件系統，要枚舉全部系統狀態在計算上是不現實。（3）狀態枚舉法不能模擬時序相關事件。電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第26頁7）狀態抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真狀態抽樣法經常用于發輸電系統風險評定，尤其是適用于研究復雜運行措施和模擬負荷不確定性和相關性，或研究氣候影響等特殊要求情況。主要步驟如下：建立多級水平負荷模型，對每一級負荷水平進行枚舉；利用蒙特卡羅模擬選擇系統狀態；利用正態分布隨機變量以計及母線負荷不確定性；元件狀態（運行、停運或降額）利用均勻分布隨機變量來模擬；進行預想故障分析，假如必要則還要進行最優時尚分析，以估計所選擇狀態需要削減負荷量；電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第27頁狀態抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真（續）主要風險指標計算公式負荷削減概率PLC

是抽樣中狀態s發生數；是抽樣總數。期望缺電電量EENS期望負荷削減頻率EELC負荷削減平均連續時間ADLC電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第28頁3.4算例分析——狀態枚舉法例子例（輸電系統可靠性分析）：系統接線圖以下列圖所表示，各母線節點發電、負荷數據和輸電線路數據如表。發電和負荷母線數據電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第29頁輸電線路數據電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第30頁確定造成系統故障事件

系統停運數據及狀態概率、狀態頻率電力系統規劃與可靠性-發輸電系統概述第31頁算例分析——狀態枚舉法例子計算結果(續1)確定性可靠性指標發電利用系數