论文部分内容阅读
摘 要：随着我省经济的快速发展以及能源、环境压力的持续增加，人们对电网的供电质量、供电可靠性、经济性等方面提出了更高的要求，而电网规划的好坏将直接影响着这些因素。电网项目的建设顺序是电网规划的一个重要环节，建设项目安排计划的差异会对电网产生不同的影响。因此，通过对电网项目建设顺序的优化，合理的建设项目的投产方案会对电网的安全性产生积极作用，从而保障电网的安全稳定运行。由此，考虑在某地区电网220kV主网架安全性基础，本文针对性提出基于电网安全性决策的电网建设优化方法。
关键词：电网建设优化；安全性决策； 优化方法
0 引言
传统的电网项目建设侧重经济性目标，主要考虑投资所带来的经济效益[1]，缺乏考虑对电网安全性的影响。而安全性是电网运行的根本，良好的安全性是电网安全稳定运行的重要保障。因此，如何根据电网安全性进行电网项目建设排序，保障其电网安全稳定运行，是电网十分关心的课题。
目前，国内外对电网建设排序进行一定的研究，主要着重电网投资效益[2]，其注重项目建设的经济性，而电网建设项目排序是一项综合性工程，所涉及和影响的因素很多，这样会导致方案在其它方面的适应性不强[3]。针对以上问题，本文针对性的提出一种考虑电网安全性决策的电网建设优化方法。首先，根据某地区电网220kV变电站负载率和220kV线路负载率，设计一种基于电网安全性决策的电网建设优化方法。
1 电网建设优化安全性指标
本文首先提出一种安全性评价指标体系，包含了变电站负载率和线路负载率两项指标，能较科学合理地反映电网建设项目排序方案水平，为电网提供投资参考和决策支持。综合评价指标体系如图1-1所示。
图1-1 基于电网安全性决策的电网建设评价指标
1.1 变电站协调因子定义
变电站协调因子指标定义为电网内各变电站负载率的标准差，文献[4]采用方差计算，但标准差更能反映一个数据集的离散程度，是一个全局参数。变电站协调因子釆用标准差形式的计算方法，数学描述见式（2-1）：
（2-1）
式中 Cs—年度变电站协调因子；
Si—第/个变电站负载率；
S—变电站负载率平均值；
Ns—变电站总数。
变电站协调因子Cs数值越接近于0，表明变电站的空间布局与负荷分布匹配越好，站间的运行情况差异性越小，不存在部分变电站长期重载而部分变电站长期轻载的情况，各变电站布点、建设时间安排合适，有利于保障电网安全性较好。
1.2 线路协调因子定义
线路协调因子CL指标定义为电网内各线路负载率的标准差，数学描述见式（2-2）：
（2-2）
式中 CL—年度线路协调因子；
Li—线路i的负载率；
—线路负载率平均值；
NL——线路总数。
线路协调因子CL反映了电网运行的线路潮流是否均衡。在同一负荷水平下，CL的数值越接近于0，表明电网的各线路潮流越平均，电网运行的安全性越高。
2 基于电网安全性决策的电网建设优化方法
电网规划的目的是满足不断增长的负荷需求，提高电网可靠性，防止电力系统发生故障而出现大面积停电，以及由于负荷的增加出现线路、变压器及其它电力设备严重过负荷情况。因此，电网建設项目的投产方案应当首先满足电网安全稳定运行[5]。
在正常运行最大负荷方式下，为了满足电网安全性要求，需要新建变电站来缓解重载情况，通过新建项目，可以分担重载变电站部分负荷，降低重载变电站的负载率[6]。在缓解重载问题过程中，由于重载变电站可以由其附近不同的待建项目来承担部分过负荷，这样解决变电站过载问题会有不同措施[7]。因此，本文根据电力系统潮流灵敏度分析，得出机组出力变化时，相关重载变电站和重载线路变化量，变化程度越大，说明该部分线路和主变安全性越低，在电网建设规划时应优先解决该部分的重载变电站和重载线路。本文提出基于电网安全性决策的电网建设优化方法，具体步骤如下：
（a）变电站负荷预测
据该地区2014年负荷预测，可以得到规划年即第2015年在不考虑建站前提下的各220kV变电站负荷预测值，由最大负荷预测值可以得到过载的220kV变电站主变信息和线路信息，文中变电站主变负载率重载界定值取60%，线路负载率为50%。
（b）根据潮流灵敏度制定电网建设方案
以解决过载变电站主变和过载线路为目标，根据潮流计算的灵敏度分析，得出改变机组出力时，相关线路和稳定断面变化量[8]。此时分析线路和主变过载原因，制定电网建设方案。
所研究电网系统的每一个电源节点的发电功率，给定一个变化量（？驻Pi ），计算支路和稳定断面潮流变化量（？驻Pj），将二者的比值zji作为支路和稳定断面潮流功率对电源功率的灵敏度，定义为，如公式（2-3）所示：
（2-3）
（c）安全性指标计算校验
将该建设方案并入原始电网，可以计算在2014年基础上，新站投运后的安全性指标，校验制定的电网建设方案实效性。
3 算例及分析
以某地区电网为例，该电网系统有11个节点，包括8个220kV变电站和3个常规电厂，22条已建支路，系统的初始可行网络如图3-1所示（虚线表示规划部分）。如图所示，该地区电网大部分负荷位于北部，而电源位于西部；由于电厂B、C处于居民负荷区，考虑环保减排，规划其发电量将逐年减少，后期电源规划着重放在西部，这必然造成西电北送的潮流加剧，进一步增加A-D-E-F-G-H-J-K输电通道压力，故该地区电网项目建设重点一直处在西部地区。
3.1 变电站负荷预测 根据2014年负荷预测，可以得到规划年即次年在不考虑建站前提下的各220kV变电站负荷预测值，如图3-2所示，该地区220kV变电站次年最大负荷预测和地区最大负荷预测趋势一致，预测趋势较为合理。由最大负荷预测值可以得到过载的220kV变电站信息，具体如表3-2。
表3-1 该地区电网规划年西北部各变电站最大负荷预测结果
表3-2 2014年原始电网重载线路和变电站主变情况
图3-2该地区220kV变电站最大负荷预测分布图
3.2通过潮流灵敏度制定电网建设方案
以解决表3-2过载变电站主变和过载线路为目标，根据潮流计算的灵敏度分析，得出改变机组点出力时，相关线路和稳定断面变化量。此时，将过载变电站主变设置为稳定断面纳入灵敏度分析，调节西部最大电源A电厂机组出力，得出支路和稳定断面灵敏度如表3-3。
由表3-3灵敏度分析可以看出GH1、 GH2和G站主变断面受A电厂影响较大，若A电厂出力越大，该线路和该站安全性越低。综述可以看出，“D-E-F-G-H-J”输电通道，目前输电压力最大的是福洛线通道，需在“H-G”通道投入变电站实现了分流，使“H-G”断面潮流得到了一定改善。故鉴于该地区目前变电站建设情况，制定电网建设方案：在“H-G”通道投入变电站M、Q。
表3-3 2014年原始电网重载线路和变电站主变灵敏度
3.3 安全性指标计算
将该建设方案并入原始电网，可以得出在2014年基础上，新站投运后的安全性指标。
表3-4 该建设方案并入原始电网重载线路和变电站主变情况
由表3-4可以得出，将该建设方案并入原始电网2014年重载线路和变电站主变负载率都大幅度降低。在计算安全性指标时，以2014年该地区电网的结构及参数为基础，计算得到该地区电网220kV重载线路和主变安全性指标。如表3-5所示，可以看出按照上述電网建设方案，变电站投运后线路协调因子和变电站协调因子都相应减小，表明该地区变电站的空间布局与负荷分布匹配越好；该地区电网运行的线路潮流更加均衡。
表3-5 2014年该地区220kV重载线路和主变前后安全性指标
4 结论
本文提出一种基于电网安全性决策的电网建设优化方法，并引入一种电网建设项目的安全性评价指标，对于评价电网安全稳定运行较为科学、全面和合理。以某一地区电网为例，按本文提出方法对制定电网建设方案，并校验其合理性。总之，本文提出的理论和釆用的方法具有科学性和可操作性，对电网建设项目排序问题有重要的参考价值。
参考文献
[1] 符杨，孟令合，胡荣，等.改进多目标奴群算法在电网规划中的应用[J].电网技术，2009，33（18）： 57-61.
[2] 王绵斌，谭忠富，张丽英，等.市场环境下电网投资风险评估的集对分析方法[J].中国电机工程学报，2010，30（19）： 91-98.
[3] 马博.电网建设投资评估与优化方法应用研究[D].北京：华北电力大学（北京）’ 2010.
作者简介：
石悦（1988-02），女，籍贯：吉林省伊通满族自治县，学历：本科学历，助理工程师，研究方向：电力工程。
关键词：电网建设优化；安全性决策； 优化方法
0 引言
传统的电网项目建设侧重经济性目标，主要考虑投资所带来的经济效益[1]，缺乏考虑对电网安全性的影响。而安全性是电网运行的根本，良好的安全性是电网安全稳定运行的重要保障。因此，如何根据电网安全性进行电网项目建设排序，保障其电网安全稳定运行，是电网十分关心的课题。
目前，国内外对电网建设排序进行一定的研究，主要着重电网投资效益[2]，其注重项目建设的经济性，而电网建设项目排序是一项综合性工程，所涉及和影响的因素很多，这样会导致方案在其它方面的适应性不强[3]。针对以上问题，本文针对性的提出一种考虑电网安全性决策的电网建设优化方法。首先，根据某地区电网220kV变电站负载率和220kV线路负载率，设计一种基于电网安全性决策的电网建设优化方法。
1 电网建设优化安全性指标
本文首先提出一种安全性评价指标体系，包含了变电站负载率和线路负载率两项指标，能较科学合理地反映电网建设项目排序方案水平，为电网提供投资参考和决策支持。综合评价指标体系如图1-1所示。
图1-1 基于电网安全性决策的电网建设评价指标
1.1 变电站协调因子定义
变电站协调因子指标定义为电网内各变电站负载率的标准差，文献[4]采用方差计算，但标准差更能反映一个数据集的离散程度，是一个全局参数。变电站协调因子釆用标准差形式的计算方法，数学描述见式（2-1）：
（2-1）
式中 Cs—年度变电站协调因子；
Si—第/个变电站负载率；
S—变电站负载率平均值；
Ns—变电站总数。
变电站协调因子Cs数值越接近于0，表明变电站的空间布局与负荷分布匹配越好，站间的运行情况差异性越小，不存在部分变电站长期重载而部分变电站长期轻载的情况，各变电站布点、建设时间安排合适，有利于保障电网安全性较好。
1.2 线路协调因子定义
线路协调因子CL指标定义为电网内各线路负载率的标准差，数学描述见式（2-2）：
（2-2）
式中 CL—年度线路协调因子；
Li—线路i的负载率；
—线路负载率平均值；
NL——线路总数。
线路协调因子CL反映了电网运行的线路潮流是否均衡。在同一负荷水平下，CL的数值越接近于0，表明电网的各线路潮流越平均，电网运行的安全性越高。
2 基于电网安全性决策的电网建设优化方法
电网规划的目的是满足不断增长的负荷需求，提高电网可靠性，防止电力系统发生故障而出现大面积停电，以及由于负荷的增加出现线路、变压器及其它电力设备严重过负荷情况。因此，电网建設项目的投产方案应当首先满足电网安全稳定运行[5]。
在正常运行最大负荷方式下，为了满足电网安全性要求，需要新建变电站来缓解重载情况，通过新建项目，可以分担重载变电站部分负荷，降低重载变电站的负载率[6]。在缓解重载问题过程中，由于重载变电站可以由其附近不同的待建项目来承担部分过负荷，这样解决变电站过载问题会有不同措施[7]。因此，本文根据电力系统潮流灵敏度分析，得出机组出力变化时，相关重载变电站和重载线路变化量，变化程度越大，说明该部分线路和主变安全性越低，在电网建设规划时应优先解决该部分的重载变电站和重载线路。本文提出基于电网安全性决策的电网建设优化方法，具体步骤如下：
（a）变电站负荷预测
据该地区2014年负荷预测，可以得到规划年即第2015年在不考虑建站前提下的各220kV变电站负荷预测值，由最大负荷预测值可以得到过载的220kV变电站主变信息和线路信息，文中变电站主变负载率重载界定值取60%，线路负载率为50%。
（b）根据潮流灵敏度制定电网建设方案
以解决过载变电站主变和过载线路为目标，根据潮流计算的灵敏度分析，得出改变机组出力时，相关线路和稳定断面变化量[8]。此时分析线路和主变过载原因，制定电网建设方案。
所研究电网系统的每一个电源节点的发电功率，给定一个变化量（？驻Pi ），计算支路和稳定断面潮流变化量（？驻Pj），将二者的比值zji作为支路和稳定断面潮流功率对电源功率的灵敏度，定义为，如公式（2-3）所示：
（2-3）
（c）安全性指标计算校验
将该建设方案并入原始电网，可以计算在2014年基础上，新站投运后的安全性指标，校验制定的电网建设方案实效性。
3 算例及分析
以某地区电网为例，该电网系统有11个节点，包括8个220kV变电站和3个常规电厂，22条已建支路，系统的初始可行网络如图3-1所示（虚线表示规划部分）。如图所示，该地区电网大部分负荷位于北部，而电源位于西部；由于电厂B、C处于居民负荷区，考虑环保减排，规划其发电量将逐年减少，后期电源规划着重放在西部，这必然造成西电北送的潮流加剧，进一步增加A-D-E-F-G-H-J-K输电通道压力，故该地区电网项目建设重点一直处在西部地区。
3.1 变电站负荷预测 根据2014年负荷预测，可以得到规划年即次年在不考虑建站前提下的各220kV变电站负荷预测值，如图3-2所示，该地区220kV变电站次年最大负荷预测和地区最大负荷预测趋势一致，预测趋势较为合理。由最大负荷预测值可以得到过载的220kV变电站信息，具体如表3-2。
表3-1 该地区电网规划年西北部各变电站最大负荷预测结果
表3-2 2014年原始电网重载线路和变电站主变情况
图3-2该地区220kV变电站最大负荷预测分布图
3.2通过潮流灵敏度制定电网建设方案
以解决表3-2过载变电站主变和过载线路为目标，根据潮流计算的灵敏度分析，得出改变机组点出力时，相关线路和稳定断面变化量。此时，将过载变电站主变设置为稳定断面纳入灵敏度分析，调节西部最大电源A电厂机组出力，得出支路和稳定断面灵敏度如表3-3。
由表3-3灵敏度分析可以看出GH1、 GH2和G站主变断面受A电厂影响较大，若A电厂出力越大，该线路和该站安全性越低。综述可以看出，“D-E-F-G-H-J”输电通道，目前输电压力最大的是福洛线通道，需在“H-G”通道投入变电站实现了分流，使“H-G”断面潮流得到了一定改善。故鉴于该地区目前变电站建设情况，制定电网建设方案：在“H-G”通道投入变电站M、Q。
表3-3 2014年原始电网重载线路和变电站主变灵敏度
3.3 安全性指标计算
将该建设方案并入原始电网，可以得出在2014年基础上，新站投运后的安全性指标。
表3-4 该建设方案并入原始电网重载线路和变电站主变情况
由表3-4可以得出，将该建设方案并入原始电网2014年重载线路和变电站主变负载率都大幅度降低。在计算安全性指标时，以2014年该地区电网的结构及参数为基础，计算得到该地区电网220kV重载线路和主变安全性指标。如表3-5所示，可以看出按照上述電网建设方案，变电站投运后线路协调因子和变电站协调因子都相应减小，表明该地区变电站的空间布局与负荷分布匹配越好；该地区电网运行的线路潮流更加均衡。
表3-5 2014年该地区220kV重载线路和主变前后安全性指标
4 结论
本文提出一种基于电网安全性决策的电网建设优化方法，并引入一种电网建设项目的安全性评价指标，对于评价电网安全稳定运行较为科学、全面和合理。以某一地区电网为例，按本文提出方法对制定电网建设方案，并校验其合理性。总之，本文提出的理论和釆用的方法具有科学性和可操作性，对电网建设项目排序问题有重要的参考价值。
参考文献
[1] 符杨，孟令合，胡荣，等.改进多目标奴群算法在电网规划中的应用[J].电网技术，2009，33（18）： 57-61.
[2] 王绵斌，谭忠富，张丽英，等.市场环境下电网投资风险评估的集对分析方法[J].中国电机工程学报，2010，30（19）： 91-98.
[3] 马博.电网建设投资评估与优化方法应用研究[D].北京：华北电力大学（北京）’ 2010.
作者简介：
石悦（1988-02），女，籍贯：吉林省伊通满族自治县，学历：本科学历，助理工程师，研究方向：电力工程。