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2、l,Fourth level,Fifth level,*,*,考慮容災能力的電網(wǎng)規(guī)劃方法,考慮容災能力的電網(wǎng)規(guī)劃方法,電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法,抗災型電網(wǎng)規(guī)劃模式與模型,電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法,2,電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法,電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法,引言,當前，智能電網(wǎng)研究成為業(yè)界熱點。,為抵御重大自然災害導致的大面積停電，中國智能電網(wǎng)建設相比于國外，更加強調(diào)容災能力和可靠性。,差異化規(guī)劃,是提高電網(wǎng)容災能力的重要措施之一。,提高部分輸變電設施和電源的設計標準，使電力系統(tǒng)具有更強的抗災能力，以保證災害情況下對特殊負荷的供電。,中國國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司都在不同層面啟動了差異化規(guī)劃，并得到國家發(fā)改委等主管部門

3、的支持。,引言當前，智能電網(wǎng)研究成為業(yè)界熱點。,4,國內(nèi)外研究人員分,2,種主要情況對電力系統(tǒng)防災變進行了較多研究。,一是電力系統(tǒng)本身災變,。如文獻,8,分析了如何防止偶然事故演化為電力系統(tǒng)災變，文獻,9,介紹了國外大面積停電事故的應急處理機制及對中國的啟示。在電力系統(tǒng)預警、保護、應急控制、故障恢復等方面取得了豐碩的研究成果。,二是在外部嚴重災害發(fā)生后電力系統(tǒng)的應急處理,，如何盡快恢復，如何在災害中保證重要負荷供電，這對開展減災、救災工作具有十分重要的意義。文獻,13-14,從電網(wǎng)運行的角度，提出了極端外部災害情況下電網(wǎng)調(diào)度運行決策支持系統(tǒng)的設計。文獻,15-16,總結了冰雪災害條件下電網(wǎng)運行

4、所面臨的問題，對覆冰形成原因、監(jiān)測、融冰技術等方面的基礎問題進行了整理。,但從規(guī)劃角度，,通過構建合理網(wǎng)架來提高電網(wǎng)抗災能力,的研究還不充分。,國內(nèi)外研究人員分2種主要情況對電力系統(tǒng)防災變進行了較多研究,5,本文提出差異化規(guī)劃新的,指導原則與模型,，以最小的成本提高電網(wǎng)容災、抗災能力，,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)劃的指導原則,電力系統(tǒng)需保持瞬時平衡，且負荷主動變化，供電被動變化。因此，差異化規(guī)劃首先需要分析關鍵區(qū)域的,關鍵負荷,。,一般情況下，電網(wǎng)負荷分為一、二、三級負荷，在某些地區(qū)，除了一級負

5、荷外，還有特級負荷；在部分地區(qū)，特級負荷是一級負荷的組成部分。,根據(jù)日前負荷分級的相關標準，一級負荷的范圍過廣，在嚴重災害下難以保證所有一級負荷的供電。,隨著城市化率的提高，一級負荷占總負荷的比重有逐年提高的趨勢。,因此，有以下幾點建議,:,差異化規(guī)劃的指導原則電力系統(tǒng)需保持瞬時平衡，且負荷主動變化，,7,1,）,建議推廣應用特級負荷的概念,。,特級負荷定義為在重大自然災害、戰(zhàn)爭、社會穩(wěn)定等受到嚴重沖擊等非正常狀態(tài)下需保證供電的特殊負荷。,要嚴格限制特級負荷的范圍，例如醫(yī)療衛(wèi)生負荷以治療、病房、藥品存儲等為主，少量辦公負荷也可納入，但醫(yī)院大部分辦公負荷不應納入特級負荷。,文獻,17,將災害情況

6、下需保障的負荷分為高危用戶,(,如礦山、有工業(yè),),、重要用戶,(,如政府、指揮中心、地鐵、機場、通信、醫(yī)院,),、救災用戶,3,類，基本涵蓋了特級負荷。,1）建議推廣應用特級負荷的概念。,8,2,）,特級負荷應適度集中,。,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,的特級負荷為宜（因,10kV,線路的供電容量在,5MVA 10 MVA,之間）。,特級負荷集中是城市規(guī)劃和城市電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)的重要方面。,若特級負荷,過于分散,，向特級負荷供電的各個配電線路、變電站以及這些變電站的電源進線就相應比較分散，都要被納入需要保障的范圍。這將使差異化規(guī)劃和建設的成本

7、過高。,但若特級負荷,過于集中,，一個變電站故障可能導致大量特級負荷停電，加大特級負荷在非災害狀態(tài)下的停電風險。,2）特級負荷應適度集中。,9,同時，在電網(wǎng)規(guī)劃和業(yè)擴報裝工作中，采用如下方式實現(xiàn)特級負荷適度集中供電,:,1,）特級負荷原則上使用,專線供電,。若特級負荷與普通負荷同線供電，則在特殊情況下，使不需要保障供電的用戶“搭順風車”。,2,）以通過,10kV,中壓配電網(wǎng)供電的特級負荷為例，,相鄰,110kV,變電站所供特級負荷，盡量通過,10kV,環(huán)網(wǎng),，在,110kV,變電站層面適度集中。,同時，在電網(wǎng)規(guī)劃和業(yè)擴報裝工作中，采用如下方式實現(xiàn)特級負荷適,10,以上可通過劃分,110 kV,

8、變電站（或有,10kV,出線的,220 kV,變電站）在災害情況下的供電范圍來實現(xiàn)。,其中，一部分變電站不提高設計標準，災害情況下不考慮其運行；,提高設計標準的變電站（以下簡稱“高標準站”）,，除了承擔正常狀況下供電范圍的供電外，災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。,根據(jù)目前大部分城市特級負荷約占總負荷比重,30%,的情況，,高標準站容量,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,）,建議高標準站在災害情況下供特級負荷容量滿足,N-1,原則,，當一臺主變壓器故障時，仍可以保證對特級負荷的供電。,4,）

9、,建議采用特級網(wǎng)絡概念,。在嚴重災害情況下，形成,特級負荷、少數(shù)輸電線路和變電站、少數(shù)電源組成的特級網(wǎng)絡,。特級網(wǎng)絡是從各特級負荷逐步追蹤到電源的供電通路，在存在適當安全裕度前提下，最小化提高設計和建設標準的各電壓等級網(wǎng)絡。,3）建議高標準站在災害情況下供特級負荷容量滿足N-1原則，當,12,為了保證形成特級網(wǎng)絡的通路，每個,110kV,高標準站，至少應有,1,條線引自,220kV,高標準變電站出線、高標準,110kV,發(fā)電廠、其他,110kV,高標準站的進線母線引人進線。,為了最小化特級網(wǎng)絡，,110kV,高標準站的進線也應適當集中，每,3,個或,2,個,110kV,高標準變電站安排從同一個

10、,220kV,高標準站,(,或,110kV,電源,),進線。同樣的道理繼續(xù)上推到,500kV,變電站。,這樣，,從特級負荷的適度集中人手，逐步往上一級電壓等級遞推，形成完整的、最小化的供電通路。,為了保證形成特級網(wǎng)絡的通路，每個110kV高標準站，至少應有,13,目前，一些網(wǎng)省公司在制定差異化規(guī)劃時，簡單按照,輸變電設施電壓等級確定其重要性和設計標準,。按照該原則確定的差異化規(guī)劃方案，針對性較差、成本過高。在嚴重災害情況下，可能不能保障對特級負荷供電。,例如，在某些省市，線路覆冰設防標準，,500kV,線路為,50,年一遇，,110kV,和,220kV,線路為,30,年一遇，可能出現(xiàn),110

11、kV,和,220kV,基本癱瘓、部分,500kV,線路可用的情況，導致有電送不出。,按形成特級網(wǎng)絡的思路，假設特級負荷占總負荷的比重為,3000,，則高標準的,500kV,輸變電設施大致占,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，簡單按照輸變電設施電,14,5,）,建議采用分級差異規(guī)劃,。,外部可能發(fā)生不同嚴重程度的災害，可分級制定差異化規(guī)劃，例如：,特級網(wǎng)絡,為保障特級負荷供電的網(wǎng)絡；,一級網(wǎng)絡,為保障一級負荷供電的網(wǎng)絡。由于特級負荷是一級負荷的組成部分，特級網(wǎng)絡也將是一級網(wǎng)絡的一部分。特級網(wǎng)絡設計標準高于一級網(wǎng)絡，一級網(wǎng)絡設計標準高于其他部分。特級網(wǎng)絡和一級網(wǎng)絡將是

12、堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，是電網(wǎng)提高容災能力的核心，也是電網(wǎng)自愈的核心支撐。,5）建議采用分級差異規(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)以特級網(wǎng)絡優(yōu)化為例，分析差異化規(guī)劃的優(yōu)化模型。,由于在災害情況下的時間較短，無需把災害時運行經(jīng)濟性納入目標，因此差異化規(guī)劃的目標是,差異化建設的成本最低,，如下式,:,式中,:f,為差異化建設的總成本，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,個組件是否提高設計標準，等于,1,時提高，等于,0,時不提高。,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,16,值得注意的

13、是，不同的組件（電源、線路和變電站）提高設計標準的成本差距將非常大，所以選擇不同的組件提高設計標準，對優(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）提高設計標準的,17,從圖,1,可以看到，差異化規(guī)劃,可以理解為一個求解最短路徑的動態(tài)規(guī)劃,問題。,1,）第,1,階段是確定,10kV,特級負荷，這種特級負荷將占特級負荷的絕大多數(shù)。,2,）,10kV,特級負荷都應接人,110 kV,高標準站或,10 kV,地方電源。用戶接入不同的,110 kV,高標準站或地方電源的成本不同，即線路、變電站提高設計標準的成本不同。,用戶接入不同變電站或電源的

14、成本，可視為路徑長度,；且每個路徑和節(jié)點有容量限制。通過優(yōu)化，獲得所有,10kV,特級負荷接入,110 kV,高標準站和電源的總最優(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)劃可以理解為一個求解最短路徑的動態(tài)規(guī),18,可采用離散的,負荷,電源對的匹配,過程來描述與求解。特級負荷和高標準電源是電網(wǎng)差異化規(guī)劃的邊界條件，電網(wǎng)連接負荷和電源，確定特級負荷和高標準電源后，確定兩者之間的連接通路。,1,）特級負荷按照重要性和規(guī)模排序。,2,）按照排序逐一尋找各特級負荷到高標準電源,成本最低的通路。對特級負荷,

15、l,，優(yōu)化問題如下,:,式中：,f,l,為第,l,個特級負荷保障供電的邊際成本；,S,il,為保證第,l,個特級負荷供電、第,i,個組件是否是新增的需要提高設計標準的組件。,可采用離散的負荷電源對的匹配過程來描述與求解。特級,19,將該特級負荷分別與不同的高標準電源匹配，如圖,2,所示。,將特級負荷,l,與各個電源匹配，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。,將該特級負荷分別與不同的高標準電源匹配，如圖2所示。,20,1,）路徑中，各變電站容量不越限,:,為第i個變電站新增特級負荷l與電源g匹配后的負荷容量；,為變電站i的負荷上限；,為從特級負荷l到電源g

16、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，災害情況是,特殊情況,，持續(xù)運行時間不長，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個變電站新增特級負荷l,21,2,）路徑中，各輸電線路容量不越限,:,為第i條線路新增特級負荷j與電源g匹配后的負荷容量；,為線路i的負荷上限。,3,）路徑中的所有變電站和線路都是提高設計標準的組件,:,為高標準建設的組件集合。,2）路徑中，各輸電線路容量不越限:為第i條線路新增特級負荷j,22,4,）邊際成本等于路徑中新增的提高設計標準的組件高標準設計、建設的成本,:,為在當前已經(jīng)完成的匹配基礎上將特級負荷l與電源g匹配的邊際成本；,為完成該匹配而新增的高標準線路與變電站的建設成本。,中選擇成本最低者，完成特級負荷l的供電通路優(yōu)化。,逐一對不同特級負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計標準的組件高標準設計、,23,差異化規(guī)劃還有一些其他約束條件，例如：提高設計標準的電源容量不應小于特級負荷容量，并留有一定的備用；各提高設計標準的組件形成連通圖，系統(tǒng)中可以形成若干個連通圖，對應災害時若干個