考慮容災(zāi)能力的電網(wǎng)規(guī)劃方法課件

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提高部分輸變電設(shè)施和電源的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使電力系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗災(zāi)能力，以保證災(zāi)害情況下對(duì)特殊負(fù)荷的供電中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司都在不同層面啟動(dòng)了差異化規(guī)劃，并得到國(guó)家發(fā)改委等主管部門的支持引言當(dāng)前，智能電網(wǎng)研究成為業(yè)界熱點(diǎn)4,國(guó)內(nèi)外研究人員分,2,種主要情況對(duì)電力系統(tǒng)防災(zāi)變進(jìn)行了較多研究一是電力系統(tǒng)本身災(zāi)變,如文獻(xiàn),8,分析了如何防止偶然事故演化為電力系統(tǒng)災(zāi)變，文獻(xiàn),9,介紹了國(guó)外大面積停電事故的應(yīng)急處理機(jī)制及對(duì)中國(guó)的啟示在電力系統(tǒng)預(yù)警、保護(hù)、應(yīng)急控制、故障恢復(fù)等方面取得了豐碩的研究成果二是在外部嚴(yán)重災(zāi)害發(fā)生后電力系統(tǒng)的應(yīng)急處理,，如何盡快恢復(fù)，如何在災(zāi)害中保證重要負(fù)荷供電，這對(duì)開展減災(zāi)、救災(zāi)工作具有十分重要的意義文獻(xiàn),13-14,從電網(wǎng)運(yùn)行的角度，提出了極端外部災(zāi)害情況下電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文獻(xiàn),15-16,總結(jié)了冰雪災(zāi)害條件下電網(wǎng)運(yùn)行所面臨的問題，對(duì)覆冰形成原因、監(jiān)測(cè)、融冰技術(shù)等方面的基礎(chǔ)問題進(jìn)行了整理但從規(guī)劃角度，,通過構(gòu)建合理網(wǎng)架來提高電網(wǎng)抗災(zāi)能力,的研究還不充分國(guó)內(nèi)外研究人員分2種主要情況對(duì)電力系統(tǒng)防災(zāi)變進(jìn)行了較多研究,5,本文提出差異化規(guī)劃新的,指導(dǎo)原則與模型,，以最小的成本提高電網(wǎng)容災(zāi)、抗災(zāi)能力，,保障極端惡劣,情況下的基本供電能力和電網(wǎng)自愈能力。

本文提出差異化規(guī)劃新的指導(dǎo)原則與模型，以最小的成本提高電網(wǎng)容,6,差異化規(guī)劃的指導(dǎo)原則,電力系統(tǒng)需保持瞬時(shí)平衡，且負(fù)荷主動(dòng)變化，供電被動(dòng)變化因此，差異化規(guī)劃首先需要分析關(guān)鍵區(qū)域的,關(guān)鍵負(fù)荷,一般情況下，電網(wǎng)負(fù)荷分為一、二、三級(jí)負(fù)荷，在某些地區(qū)，除了一級(jí)負(fù)荷外，還有特級(jí)負(fù)荷；在部分地區(qū)，特級(jí)負(fù)荷是一級(jí)負(fù)荷的組成部分根據(jù)日前負(fù)荷分級(jí)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一級(jí)負(fù)荷的范圍過廣，在嚴(yán)重災(zāi)害下難以保證所有一級(jí)負(fù)荷的供電隨著城市化率的提高，一級(jí)負(fù)荷占總負(fù)荷的比重有逐年提高的趨勢(shì)因此，有以下幾點(diǎn)建議,:,差異化規(guī)劃的指導(dǎo)原則電力系統(tǒng)需保持瞬時(shí)平衡，且負(fù)荷主動(dòng)變化，,7,1,）,建議推廣應(yīng)用特級(jí)負(fù)荷的概念,特級(jí)負(fù)荷定義為在重大自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)、社會(huì)穩(wěn)定等受到嚴(yán)重沖擊等非正常狀態(tài)下需保證供電的特殊負(fù)荷要嚴(yán)格限制特級(jí)負(fù)荷的范圍，例如醫(yī)療衛(wèi)生負(fù)荷以治療、病房、藥品存儲(chǔ)等為主，少量辦公負(fù)荷也可納入，但醫(yī)院大部分辦公負(fù)荷不應(yīng)納入特級(jí)負(fù)荷文獻(xiàn),17,將災(zāi)害情況下需保障的負(fù)荷分為高危用戶,(,如礦山、有工業(yè),),、重要用戶,(,如政府、指揮中心、地鐵、機(jī)場(chǎng)、通信、醫(yī)院,),、救災(zāi)用戶,3,類，基本涵蓋了特級(jí)負(fù)荷1）建議推廣應(yīng)用特級(jí)負(fù)荷的概念。

8,2,）,特級(jí)負(fù)荷應(yīng)適度集中,建議城市規(guī)劃中將需要保障用電的用戶適度集中，在地域上連續(xù)安排,5MVA10MVA,的特級(jí)負(fù)荷為宜（因,10kV,線路的供電容量在,5MVA 10 MVA,之間）特級(jí)負(fù)荷集中是城市規(guī)劃和城市電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)的重要方面若特級(jí)負(fù)荷,過于分散,，向特級(jí)負(fù)荷供電的各個(gè)配電線路、變電站以及這些變電站的電源進(jìn)線就相應(yīng)比較分散，都要被納入需要保障的范圍這將使差異化規(guī)劃和建設(shè)的成本過高但若特級(jí)負(fù)荷,過于集中,，一個(gè)變電站故障可能導(dǎo)致大量特級(jí)負(fù)荷停電，加大特級(jí)負(fù)荷在非災(zāi)害狀態(tài)下的停電風(fēng)險(xiǎn)2）特級(jí)負(fù)荷應(yīng)適度集中9,同時(shí)，在電網(wǎng)規(guī)劃和業(yè)擴(kuò)報(bào)裝工作中，采用如下方式實(shí)現(xiàn)特級(jí)負(fù)荷適度集中供電,:,1,）特級(jí)負(fù)荷原則上使用,專線供電,若特級(jí)負(fù)荷與普通負(fù)荷同線供電，則在特殊情況下，使不需要保障供電的用戶“搭順風(fēng)車”2,）以通過,10kV,中壓配電網(wǎng)供電的特級(jí)負(fù)荷為例，,相鄰,110kV,變電站所供特級(jí)負(fù)荷，盡量通過,10kV,環(huán)網(wǎng),，在,110kV,變電站層面適度集中同時(shí)，在電網(wǎng)規(guī)劃和業(yè)擴(kuò)報(bào)裝工作中，采用如下方式實(shí)現(xiàn)特級(jí)負(fù)荷適,10,以上可通過劃分,110 kV,變電站（或有,10kV,出線的,220 kV,變電站）在災(zāi)害情況下的供電范圍來實(shí)現(xiàn)。

其中，一部分變電站不提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，災(zāi)害情況下不考慮其運(yùn)行；,提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的變電站（以下簡(jiǎn)稱“高標(biāo)準(zhǔn)站”）,，除了承擔(dān)正常狀況下供電范圍的供電外，災(zāi)害情況下周邊其他變電站的部分供電范圍也由該變電站承擔(dān)根據(jù)目前大部分城市特級(jí)負(fù)荷約占總負(fù)荷比重,30%,的情況，,高標(biāo)準(zhǔn)站容量,將超過,110 kV,供電容量的,1/3,.,以上可通過劃分110 kV變電站（或有10kV出線的220,11,3,）,建議高標(biāo)準(zhǔn)站在災(zāi)害情況下供特級(jí)負(fù)荷容量滿足,N-1,原則,，當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障時(shí)，仍可以保證對(duì)特級(jí)負(fù)荷的供電4,）,建議采用特級(jí)網(wǎng)絡(luò)概念,在嚴(yán)重災(zāi)害情況下，形成,特級(jí)負(fù)荷、少數(shù)輸電線路和變電站、少數(shù)電源組成的特級(jí)網(wǎng)絡(luò),特級(jí)網(wǎng)絡(luò)是從各特級(jí)負(fù)荷逐步追蹤到電源的供電通路，在存在適當(dāng)安全裕度前提下，最小化提高設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的各電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)3）建議高標(biāo)準(zhǔn)站在災(zāi)害情況下供特級(jí)負(fù)荷容量滿足N-1原則，當(dāng),12,為了保證形成特級(jí)網(wǎng)絡(luò)的通路，每個(gè),110kV,高標(biāo)準(zhǔn)站，至少應(yīng)有,1,條線引自,220kV,高標(biāo)準(zhǔn)變電站出線、高標(biāo)準(zhǔn),110kV,發(fā)電廠、其他,110kV,高標(biāo)準(zhǔn)站的進(jìn)線母線引人進(jìn)線為了最小化特級(jí)網(wǎng)絡(luò)，,110kV,高標(biāo)準(zhǔn)站的進(jìn)線也應(yīng)適當(dāng)集中，每,3,個(gè)或,2,個(gè),110kV,高標(biāo)準(zhǔn)變電站安排從同一個(gè),220kV,高標(biāo)準(zhǔn)站,(,或,110kV,電源,),進(jìn)線。

同樣的道理繼續(xù)上推到,500kV,變電站這樣，,從特級(jí)負(fù)荷的適度集中人手，逐步往上一級(jí)電壓等級(jí)遞推，形成完整的、最小化的供電通路為了保證形成特級(jí)網(wǎng)絡(luò)的通路，每個(gè)110kV高標(biāo)準(zhǔn)站，至少應(yīng)有,13,目前，一些網(wǎng)省公司在制定差異化規(guī)劃時(shí)，簡(jiǎn)單按照,輸變電設(shè)施電壓等級(jí)確定其重要性和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),按照該原則確定的差異化規(guī)劃方案，針對(duì)性較差、成本過高在嚴(yán)重災(zāi)害情況下，可能不能保障對(duì)特級(jí)負(fù)荷供電例如，在某些省市，線路覆冰設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，,500kV,線路為,50,年一遇，,110kV,和,220kV,線路為,30,年一遇，可能出現(xiàn),110 kV,和,220kV,基本癱瘓、部分,500kV,線路可用的情況，導(dǎo)致有電送不出按形成特級(jí)網(wǎng)絡(luò)的思路，假設(shè)特級(jí)負(fù)荷占總負(fù)荷的比重為,3000,，則高標(biāo)準(zhǔn)的,500kV,輸變電設(shè)施大致占,30%,，被大幅度壓縮目前，一些網(wǎng)省公司在制定差異化規(guī)劃時(shí)，簡(jiǎn)單按照輸變電設(shè)施電,14,5,）,建議采用分級(jí)差異規(guī)劃,外部可能發(fā)生不同嚴(yán)重程度的災(zāi)害，可分級(jí)制定差異化規(guī)劃，例如：,特級(jí)網(wǎng)絡(luò),為保障特級(jí)負(fù)荷供電的網(wǎng)絡(luò)；,一級(jí)網(wǎng)絡(luò),為保障一級(jí)負(fù)荷供電的網(wǎng)絡(luò)由于特級(jí)負(fù)荷是一級(jí)負(fù)荷的組成部分，特級(jí)網(wǎng)絡(luò)也將是一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的一部分。

特級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高于一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，一級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高于其他部分特級(jí)網(wǎng)絡(luò)和一級(jí)網(wǎng)絡(luò)將是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，是電網(wǎng)提高容災(zāi)能力的核心，也是電網(wǎng)自愈的核心支撐5）建議采用分級(jí)差異規(guī)劃15,差異化規(guī)劃優(yōu)化模型,按照第,1,節(jié)提出的差異化規(guī)劃原則，本節(jié)以特級(jí)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為例，分析差異化規(guī)劃的優(yōu)化模型由于在災(zāi)害情況下的時(shí)間較短，無需把災(zāi)害時(shí)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性納入目標(biāo)，因此差異化規(guī)劃的目標(biāo)是,差異化建設(shè)的成本最低,，如下式,:,式中,:f,為差異化建設(shè)的總成本，通過優(yōu)化，追求總成本最低；,N,為組件總數(shù)；,S,i,為主要的決策變量，即第,i,個(gè)組件是否提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，等于,1,時(shí)提高，等于,0,時(shí)不提高差異化規(guī)劃優(yōu)化模型按照第1節(jié)提出的差異化規(guī)劃原則，本節(jié)以特級(jí),16,值得注意的是，不同的組件（電源、線路和變電站）提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的成本差距將非常大，所以選擇不同的組件提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)優(yōu)化程度的影響很大差異化規(guī)劃優(yōu)化模型如圖,1,所示：,值得注意的是，不同的組件（電源、線路和變電站）提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的,17,從圖,1,可以看到，差異化規(guī)劃,可以理解為一個(gè)求解最短路徑的動(dòng)態(tài)規(guī)劃,問題1,）第,1,階段是確定,10kV,特級(jí)負(fù)荷，這種特級(jí)負(fù)荷將占特級(jí)負(fù)荷的絕大多數(shù)。

2,）,10kV,特級(jí)負(fù)荷都應(yīng)接人,110 kV,高標(biāo)準(zhǔn)站或,10 kV,地方電源用戶接入不同的,110 kV,高標(biāo)準(zhǔn)站或地方電源的成本不同，即線路、變電站提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的成本不同用戶接入不同變電站或電源的成本，可視為路徑長(zhǎng)度,；且每個(gè)路徑和節(jié)點(diǎn)有容量限制通過優(yōu)化，獲得所有,10kV,特級(jí)負(fù)荷接入,110 kV,高標(biāo)準(zhǔn)站和電源的總最優(yōu)路徑3,）同樣道理，優(yōu)化第,2,階段至第,3,階段的總最短路徑、第,3,階段至第,4,階段的,最優(yōu)路徑,等從圖1可以看到，差異化規(guī)劃可以理解為一個(gè)求解最短路徑的動(dòng)態(tài)規(guī),18,可采用離散的,負(fù)荷,電源對(duì)的匹配,過程來描述與求解特級(jí)負(fù)荷和高標(biāo)準(zhǔn)電源是電網(wǎng)差異化規(guī)劃的邊界條件，電網(wǎng)連接負(fù)荷和電源，確定特級(jí)負(fù)荷和高標(biāo)準(zhǔn)電源后，確定兩者之間的連接通路1,）特級(jí)負(fù)荷按照重要性和規(guī)模排序2,）按照排序逐一尋找各特級(jí)負(fù)荷到高標(biāo)準(zhǔn)電源,成本最低的通路對(duì)特級(jí)負(fù)荷,l,，優(yōu)化問題如下,:,式中：,f,l,為第,l,個(gè)特級(jí)負(fù)荷保障供電的邊際成本；,S,il,為保證第,l,個(gè)特級(jí)負(fù)荷供電、第,i,個(gè)組件是否是新增的需要提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的組件可采用離散的負(fù)荷電源對(duì)的匹配過程來描述與求解特級(jí),19,將該特級(jí)負(fù)荷分別與不同的高標(biāo)準(zhǔn)電源匹配，如圖,2,所示。

將特級(jí)負(fù)荷,l,與各個(gè)電源匹配，采用最短路徑法，獲得與各電源匹配的最優(yōu)路徑及其邊際成本，考慮一定的約束條件將該特級(jí)負(fù)荷分別與不同的高標(biāo)準(zhǔn)電源匹配，如圖2所示20,1,）路徑中，各變電站容量不越限,:,為第i個(gè)變電站新增特級(jí)負(fù)荷l與電源g匹配后的負(fù)荷容量；,為變電站i的負(fù)荷上限；,為從特級(jí)負(fù)荷l到電源g的最優(yōu)路徑中輸配電線路、變電站等所組成的集合值得注意的是，災(zāi)害情況是,特殊情況,，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，變電站容載比可采用容載比下限1）路徑中，各變電站容量不越限:為第i個(gè)變電站新增特級(jí)負(fù)荷l,21,2,）路徑中，各輸電線路容量不越限,:,為第i條線路新增特級(jí)負(fù)荷j與電源g匹配后的負(fù)荷容量；,為線路i的負(fù)荷上限3,）路徑中的所有變電站和線路都是提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的組件,:,為高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的組件集合2）路徑中，各輸電線路容量不越限:為第i條線路新增特級(jí)負(fù)荷j,22,4,）邊際成本等于路徑中新增的提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的組件高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、建設(shè)的成本,:,為在當(dāng)前已經(jīng)完成的匹配基礎(chǔ)上將特級(jí)負(fù)荷l與電源g匹配的邊際成本；,為完成該匹配而新增的高標(biāo)準(zhǔn)線路與變電站的建設(shè)成本中選擇成本最低者，完成特級(jí)負(fù)荷l的供電通路優(yōu)化逐一對(duì)不同特級(jí)負(fù)荷采取上述匹配過程。

從,4）邊際成本等于路徑中新增的提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的組件高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、,23,差異化規(guī)劃還有一些其他約束條件，例如：提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的電源容量不應(yīng)小于特級(jí)負(fù)荷容量，并留有一定的備用；各提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的組件形成連通圖，系統(tǒng)中可以形成若干個(gè)連通圖，對(duì)應(yīng)災(zāi)害時(shí)若干個(gè)。