CN103824230B - 一种基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法，属于电力系统安全规划运行领域。本发明考虑区域内事故发生的概率、系统备用调整成本和系统缺电损失，计及兼顾系统可靠性与经济性的备用配置方案风险量化评价指标，对事故备用配置及因配置不足所带来的风险进行量化，根据各区域事故备用配置风险指标占整个系统风险指标的比例分摊系统事故备用容量。本发明区别对待不同事故的发生概率，考虑不同负荷对可靠性的不同要求，相对于传统的事故备用容量分配方法而言，更加合理、科学。
Description
技术领域
本发明属于电力系统安全规划运行领域，更准确地说本发明涉及一种基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法。
背景技术
电网运行备用是维护电网安全稳定运行，保证电网安全、优质经济运行必不可少的技术手段。电网运行中应留有一定的电力电量储备，以应付负荷突然变动、电网故障、发电设备随机停运等情况的出现，从而将电力供需矛盾给社会和企业带来的不利影响降至最低程度。一般备用容量占系统总负荷的比例越高，系统的供电可靠性越高，但是备用容量预留过多，会造成发电设备利用率低，影响系统运行的经济性。如何在确保系统安全可靠的前提下，科学合理地分配备用容量，是电网调度运行中需要认真思考和加以解决的问题。
我国能源分布与电力需求之间地区分布不平衡，致使大区电网互联，远距离大容量输电逐渐成为电网发展的重要特征，系统间大量的电能交换和交易，不可预测的潮流和线损因素，增加了运行调度和旋转备用计划的不确定性，这对互联系统备用分配问题提出了更高的要求。
系统运行备用容量是在保证供应的系统负荷之外的备用容量，是用以满足除了在每小时需要调整的计划系统负荷外的随时变化的负荷波动，以及负荷预计误差、设备的意外停运和为保本地区负荷等所需的额外有功容量。运行备用按用途分为负荷备用、事故备用；负荷备用一般用以平衡瞬间负荷波动与负荷预计误差；事故备用用以平衡电力系统中发电和输电设备发生故障时,保证正常供电所需设置的发电容量。
传统的区域电网运行备用容量分配一般根据一定规则，按一定比例分摊备用容量，例如：我国南方电网要求各区域电网按最大统调负荷的比例分摊全网负荷备用，按最大统调负荷和单一元件(含机组)故障可引起本网的最大有功缺额分摊全网事故备用；华东电网由网调先定运行备用、旋转备用、负荷备用总量后，省市区域电网承担的运行(旋转)备用份额按照所辖电网本年度年底统调装机容量、次年度统调最大单机容量以及次年度预测的统调最大用电负荷占全网的比例系数确定。上述事故备用分配方法，简单直观，易于实施，但是系统事故备用容量与系统装机容量、系统峰荷之间并不存在一一对应关系，该方法并不能够很好的反映各区域子系统应当承担事故备用容量的责任，也未考虑各区域电网的特性、各区域电网预想事故的概率及事故损失的大小等。
针对传统事故备用容量分配方法存在的上述问题，本发明提出了一种基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法。
发明内容
本发明的目的是：克服传统事故备用容量分配方法的不足，提出一种基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法。本发明的思路是考虑区域内事故发生的概率、系统备用调整成本和系统缺电损失，计及兼顾系统可靠性与经济性的备用配置方案风险量化评价指标，对事故备用配置及因配置不足所带来的风险进行量化，根据各区域风险指标占整个系统风险指标的比例来分摊系统事故备用，占比较大的区域应分配较多的事故备用容量。
具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：
1-1)获取互联电力系统的基本数据，包括整个互联电力系统总备用容量的大小、各区域内部发电机数据、区域间联络断面数据；
1-2)按照N-1系统安全运行准则，考虑导致系统功率缺额的N-1故障，确定预想事故集Nc，同时确定各事故发生的概率；
1-3)在电网总事故备用容量确定的前提下，按照固定比例分配各区域事故备用容量；
1-4)根据各区域分配到的事故备用容量，考虑预想事故集Nc中各预想故障发生概率的大小，对事故备用配置成本及因备用配置不足所带来的安全稳定风险进行量化计算，分别得到各区域的事故备用配置风险指标RL；
1-5)计算各区域事故备用配置风险指标占系统总风险指标的比例，作为重新分配各区域事故备用容量的分配比例；
1-6)计及兼顾系统供电可靠性及经济性的备用配置方案评价指标，计算各个区域系统的备用配置方案评价指标h，判断h是否可以接受，若是，则结束本方法，若否，则按照步骤1-5)确定的分配比例重新分配各区域事故备用容量，并返回步骤1-4)。
上述技术方案的进一步特征在于，各区域的事故备用配置风险指标RL的计算方法如下：
研究的T时段内，对于确定的事故备用配置方案，考虑不同事故发生的概率，区域电网备用配置风险指标可风险量化为：
其中，qk(T)为第k个事故发生的概率，为第k个事故下、为保持系统安全稳定运行所需调整系统运行方式的成本，为第k个事故下、系统运行方式调整后系统存在的缺电损失；
qk(T)的计算方法如下：
按照电力调控部门的N-1系统安全运行准则，对于由L个输电元件组成的输电网，其预想事故集Nc中所包含的事件总数为L，T为所研究的时段，则第k个事故发生的概率为：
其中，为T时段第k个系统元件发生故障的概率，为T时段第j个系统元件发生故障的概率；Nl为输电网元件集合；
的计算方法如下：
其中，为在第k个事故下发电侧备用的发电机组再调度费用；为在第k个事故下需求侧备用的切负荷补偿费用；Ng、Nd分别对应系统的发电机组集合和负荷集合；分别表示系统正常运行状态下和第k个事故下第i个机组的输出功率；αg.i为第i个机组的再调度费用系数；表示第k个事故下第n个节点的切负荷容量；βd.n为切负荷的单位补偿费用；
的计算方法如下：
其中，fCCDF为综合缺电损失系数，经过调研各类用户停电损失情况综合得到；EENSk指T时段内第k个事故下系统的缺电量。
上述技术方案的进一步特征在于，根据各区域事故备用配置风险指标占系统总风险指标的比例分配各区域事故备用容量的计算方法如下：
设整个互联系统共有M个区域，则第m个区域分配到的系统事故备用容量Vm按下式计算：
其中，RLm为第m个区域的事故备用配置风险指标，V为整个互联系统的总事故备用容量需求。
上述技术方案的进一步特征在于，各个区域系统的备用配置方案评价指标h的计算方法为：
其中，hr为可靠性指标的权重系数，取值为0-1，hc为经济性指标的权重系数，取值为0-1，并有hr和hc两个权重系数之和为1.0，当两者值均为0.5时，表示可靠性和经济性指标并重考虑，其中一者较大时，表示更着重考虑其所对应的可靠性或经济性；EENS1指T时段内采用新的备用分配方案系统的缺电量，EENS0指T时段内不考虑系统备用配置时系统的缺电量；Flc0为不考虑系统备用配置时T时段内系统的缺电损失；Flc1为采用新备用分配方案时T时段内系统的缺电损失；Fs为新备用分配方案下系统的备用配置成本。
本发明的有益效果如下：针对传统事故备用容量分配方法没有考虑各区域电网的特性、预想事故的概率及事故发生后损失的大小等问题，本发明的基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法，在电网总事故备用容量确定的前提下，综合考虑互联系统各区域内部事故发生概率的大小、系统备用调整成本和系统缺电损失，计及兼顾系统可靠性与经济性的备用配置方案风险量化评价指标，按照区域事故备用配置风险指标分摊系统事故备用容量，并考虑系统整体可靠性和经济性的要求，考虑重要负荷和一般负荷对可靠性的不同要求，更加合理、科学。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明分为以下步骤：
1-1)获取互联电力系统的基本数据，包括整个互联电力系统总备用容量的大小，各区域内部发电机数据(包括各机组容量、各机组强迫停运率等)、负荷数据(包括预测负荷、实际负荷等)、区域间联络断面数据(包括联络断面各元件负载情况、联络线强迫停运率)等；
1-2)按照N-1系统安全运行准则，考虑导致系统功率缺额的N-1故障，确定预想事故集Nc，同时确定各事故发生的概率；
1-3)在电网总事故备用容量确定的前提下，按照固定比例分配各区域事故备用容量；
1-4)根据各区域分配到的事故备用容量，考虑预想事故集Nc中各预想故障发生概率的大小，对事故备用配置成本及因备用配置不足所带来的安全稳定风险进行量化计算，分别得到各区域的事故备用配置风险指标RL；
1-5)计算各区域事故备用配置风险指标占系统总风险指标的比例，作为重新分配各区域事故备用容量的分配比例；
1-6)计及兼顾系统供电可靠性及经济性的备用配置方案评价指标，计算各个区域系统的备用配置方案评价指标h，判断h是否可以接受，若是，则结束本方法，若否，则按照步骤1-5)确定的分配比例重新分配各区域事故备用容量，并返回步骤1-4)。
其中，各区域的事故备用配置风险指标RL的计算方法如下：
研究的T时段内，对于确定的事故备用配置方案，考虑不同事故发生的概率，区域电网备用配置风险指标可风险量化为：
其中，qk(T)为第k个事故发生的概率，为第k个事故下、为保持系统安全稳定运行所需调整系统运行方式的成本，为第k个事故下、系统运行方式调整后系统存在的缺电损失；
qk(T)的计算方法如下：
按照电力调控部门的N-1系统安全运行准则，对于由L个输电元件组成的输电网，其预想事故集Nc中所包含的事件总数为L，T为所研究的时段，则第k个事故发生的概率为：
其中，为T时段第k个系统元件发生故障的概率，为T时段第j个系统元件发生故障的概率；Nl为输电网元件集合；
的计算方法如下：
其中，为在第k个事故下发电侧备用的发电机组再调度费用；为在第k个事故下需求侧备用的切负荷补偿费用；Ng、Nd分别对应系统的发电机组集合和负荷集合；分别表示系统正常运行状态下和第k个事故下第i个机组的输出功率；αg.i为第i个机组的再调度费用系数；表示第k个事故下第n个节点的切负荷容量；βd.n为切负荷的单位补偿费用；
的计算方法如下：
其中，fCCDF为综合缺电损失系数，经过调研各类用户停电损失情况综合得到；EENSk指T时段内第k个事故下系统的缺电量。
根据各区域事故备用配置风险指标占系统总风险指标的比例分配各区域事故备用容量的计算方法如下：
设整个互联系统共有M个区域，则第m个区域分配到的系统事故备用容量Vm按下式计算：
其中，RLm为第m个区域的事故备用配置风险指标，V为整个互联系统的总事故备用容量需求。
各个区域系统的备用配置方案评价指标h的计算方法为：
其中，hr为可靠性指标的权重系数，取值为0-1，hc为经济性指标的权重系数，取值为0-1，并有hr和hc两个权重系数之和为1.0，当两者值均为0.5时，表示可靠性和经济性指标并重考虑，其中一者较大时，表示更着重考虑其所对应的可靠性或经济性；EENS1指T时段内采用新的备用分配方案系统的缺电量，EENS0指T时段内不考虑系统备用配置时系统的缺电量；Flc0为不考虑系统备用配置时T时段内系统的缺电损失；Flc1为采用新备用分配方案时T时段内系统的缺电损失；Fs为新备用分配方案下系统的备用配置成本。
总而言之，本发明为目前电力需求不断增长、区域互联成为电网发展主要趋势的情况下，区域间事故备用容量的分配提供了一种新的方法。该方法综合考虑各区域故障发生的概率及其后果，计及兼顾系统可靠性与经济性的备用配置方案风险量化评价指标，对传统事故备用容量分配情况下，各区域因配置事故备用所付出的代价(包括发电侧发电机运行方式的再调整费用及需求侧备用的切负荷成本)及因事故备用配置不足所付出的代价(指区域系统的缺电成本)进行风险量化，将事故的后果以量化的指标加以反应，根据各区域风险指标占整个系统风险指标的比例重新分配区域互联系统的事故备用容量。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (1)
1.一种基于风险量化的系统事故备用容量协调分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
1-1)获取互联电力系统的基本数据，包括整个互联电力系统总备用容量的大小、各区域内部发电机数据、区域间联络断面数据；
1-2)按照N-1系统安全运行准则，考虑导致系统功率缺额的N-1故障，确定预想事故集Nc，同时确定各事故发生的概率；
1-3)在电网总事故备用容量确定的前提下，按照固定比例分配各区域事故备用容量；
1-4)根据各区域分配到的事故备用容量，考虑预想事故集Nc中各预想故障发生概率的大小，对事故备用配置成本及因备用配置不足所带来的安全稳定风险进行量化计算，分别得到各区域的事故备用配置风险指标RL；
各区域的事故备用配置风险指标RL的计算方法如下：
研究的T时段内，对于确定的事故备用配置方案，考虑不同事故发生的概率，区域电网备用配置风险指标可风险量化为：
<mrow>
<mi>R</mi>
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其中，qk(T)为第k个事故发生的概率，为第k个事故下、为保持系统安全稳定运行所需调整系统运行方式的成本，为第k个事故下、系统运行方式调整后系统存在的缺电损失；
qk(T)的计算方法如下：
按照电力调控部门的N-1系统安全运行准则，对于由L个输电元件组成的输电网，其预想事故集Nc中所包含的事件总数为L，T为所研究的时段，则第k个事故发生的概率为：
<mrow>
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<mi>q</mi>
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其中，为T时段第k个系统元件发生故障的概率，为T时段第j个系统元件发生故障的概率；Nl为输电网元件集合；
的计算方法如下：
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其中，为在第k个事故下发电侧备用的发电机组再调度费用；为在第k个事故下需求侧备用的切负荷补偿费用；Ng、Nd分别对应系统的发电机组集合和负荷集合；分别表示系统正常运行状态下和第k个事故下第i个机组的输出功率；αg.i为第i个机组的再调度费用系数；表示第k个事故下第n个节点的切负荷容量；βd.n为切负荷的单位补偿费用；
的计算方法如下：
<mrow>
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<mi>F</mi>
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其中，fCCDF为综合缺电损失系数，经过调研各类用户停电损失情况综合得到；EENSk指T时段内第k个事故下系统的缺电量；
1-5)计算各区域事故备用配置风险指标占系统总风险指标的比例，作为重新分配各区域事故备用容量的分配比例；
根据各区域事故备用配置风险指标占系统总风险指标的比例分配各区域事故备用容量的计算方法如下：
设整个互联系统共有M个区域，则第m个区域分配到的系统事故备用容量Vm按下式计算：
<mrow>
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其中，RLm为第m个区域的事故备用配置风险指标，V为整个互联系统的总事故备用容量需求；
1-6)计及兼顾系统供电可靠性及经济性的备用配置方案评价指标，计算各个区域系统的备用配置方案评价指标h，判断h是否可以接受，若是，则结束本方法，若否，则按照步骤1-5)确定的分配比例重新分配各区域事故备用容量，并返回步骤1-4)；
各个区域系统的备用配置方案评价指标h的计算方法为：
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其中，hr为可靠性指标的权重系数，取值为0-1，hc为经济性指标的权重系数，取值为0-1，并有hr和hc两个权重系数之和为1.0，当两者值均为0.5时，表示可靠性和经济性指标并重考虑，其中一者较大时，表示更着重考虑其所对应的可靠性或经济性；EENS1指T时段内采用新的备用分配方案系统的缺电量，EENS0指T时段内不考虑系统备用配置时系统的缺电量；Flc0为不考虑系统备用配置时T时段内系统的缺电损失；Flc1为采用新备用分配方案时T时段内系统的缺电损失；Fs为新备用分配方案下系统的备用配置成本。
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