《電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃5-考慮容災(zāi)能力的電網(wǎng)規(guī)劃》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃5-考慮容災(zāi)能力的電網(wǎng)規(guī)劃（34頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,LOGO,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,考慮容災(zāi)能力的電網(wǎng)規(guī)劃方法,電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法,抗災(zāi)型電網(wǎng)規(guī)劃模式與模型,電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法,引言,當(dāng)前，智能電網(wǎng)研究成為業(yè)界熱點(diǎn)。,為抵御重大自然災(zāi)害導(dǎo)致的大面積停電，中國

2、智能電網(wǎng)建設(shè)相比于國外，更加強(qiáng)調(diào)容災(zāi)能力和可靠性。,差異化規(guī)劃,是提高電網(wǎng)容災(zāi)能力的重要措施之一。,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。,中國國家電網(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，并得到國家發(fā)改委等主管部門的支持。,國內(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,介紹了國外大面積停電事故的應(yīng)急處理機(jī)制及對(duì)中國的啟示。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

3、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。,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。,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，

4、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,:,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

5、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。,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

6、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)。,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。,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

7、，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,.,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，

8、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)。,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。,目前，一些網(wǎng)省公司在制定差異

9、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。,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

10、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。,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

11、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。,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：,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

12、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。,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)

13、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。,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。,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

14、比可采用容載比下限。,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。,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,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

15、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)孤島電網(wǎng)，每個(gè)孤島應(yīng)具有黑啟動(dòng)電源。,差異化規(guī)劃優(yōu)化后，靠近負(fù)荷中心（尤其是靠近特級(jí)負(fù)荷）的電源應(yīng)優(yōu)先提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后送出工程的路徑較短，且使災(zāi)害中的電網(wǎng)具有較強(qiáng)的調(diào)頻、調(diào)壓能力。特級(jí)負(fù)荷適當(dāng)集中，能極大地提高差異化規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性。,差異化規(guī)劃流程,本文建議差異化規(guī)劃由下至上逐步規(guī)劃,:,1,）由區(qū)縣供電企業(yè)調(diào)研本供電區(qū)域內(nèi)的特級(jí)負(fù)荷，分析當(dāng)前特級(jí)負(fù)荷的數(shù)量、分布，并預(yù)測(cè)水平年的特級(jí)負(fù)荷。日前，國內(nèi)部分電網(wǎng)企業(yè)制定電網(wǎng)差異化規(guī)劃時(shí)，缺乏對(duì)特級(jí)負(fù)荷的調(diào)查研究，簡(jiǎn)單采用總量負(fù)荷,30%,左右的負(fù)荷作為特

16、級(jí)負(fù)荷；沒有明確在災(zāi)害情況下需要盡量保障供電的用戶。,2,）建議區(qū)縣供電企業(yè)按照本文所述方法，采用環(huán)網(wǎng)方式，將特級(jí)負(fù)荷在災(zāi)害情況下適當(dāng)集中到某些,110kV,變電站，劃分災(zāi)害情況下,110kV,變電站的供電范圍。,3,）地市供電企業(yè)對(duì),110kV,高標(biāo)準(zhǔn)站，規(guī)劃高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線；選擇合適的,220kV,高標(biāo)準(zhǔn)站；選擇合適的地方發(fā)電廠及其出線提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。,4,）省級(jí)電網(wǎng)企業(yè)制定電源的差異化規(guī)劃方案；對(duì),220 kV,高標(biāo)準(zhǔn)站規(guī)劃高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線；制定,500 kV,變電站的差異化規(guī)劃方案。,5,）大區(qū)電網(wǎng)和國家級(jí)電網(wǎng)對(duì)災(zāi)害情況下跨省、跨區(qū)電力相互支援，對(duì)跨省、跨區(qū)輸變電設(shè)施制定差異化規(guī)劃方案。,算例分析,圖,3,為廣東省中山市一個(gè)供電區(qū)域，選擇了,110 kV,北海站、順成站、水寧站、龍山站提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該供電區(qū)域內(nèi)，其他,110kV,變電站所供,10 kV,特級(jí)負(fù)荷，通過,10 kV,環(huán)網(wǎng)（手拉手），在災(zāi)害情況下轉(zhuǎn)移到上述變電站。該區(qū)域,110kV,變電總?cè)萘繛?1 390 MVA,，提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的容量,550 MVA,。,考慮以下幾方面以決策提高哪些,110 kV,線路和,220 kV,變電站