考虑容灾能力的电网规划方法课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,考虑容灾能力的电网规划方法,考虑容灾能力的电网规划方法,电网差异化规划新方法,抗灾型电网规划模式与模型,电网差异化规划新方法,2,电网差异化规划新方法,电网差异化规划新方法,引言,当前，智能电网研究成为业界热点。,为抵御重大自然灾害导致的大面积停电，中国智能电网建设相比于国外，更加强调容灾能力和可靠性。,差异化规划,是提高电网容灾能力的重要措施之一。,提高部分输变电设施和电源的设计标准，使电力系统具有更强的抗灾能力，以保证灾害情况下对特殊负荷的供电。,中国国家电网和南方电网公司都在不同层面启动了差异化规划，并得到国家发改委等主管部门的支持。,引言当前，智能电网研究成为业界热点。,4,国内外研究人员分,2,种主要情况对电力系统防灾变进行了较多研究。,一是电力系统本身灾变,。如文献,8,分析了如何防止偶然事故演化为电力系统灾变，文献,9,介绍了国外大面积停电事故的应急处理机制及对中国的启示。在电力系统预警、保护、应急控制、故障恢复等方面取得了丰硕的研究成果。,二是在外部严重灾害发生后电力系统的应急处理,，如何尽快恢复，如何在灾害中保证重要负荷供电，这对开展减灾、救灾工作具有十分重要的意义。文献,13-14,从电网运行的角度，提出了极端外部灾害情况下电网调度运行决策支持系统的设计。文献,15-16,总结了冰雪灾害条件下电网运行所面临的问题，对覆冰形成原因、监测、融冰技术等方面的基础问题进行了整理。,但从规划角度，,通过构建合理网架来提高电网抗灾能力,的研究还不充分。,国内外研究人员分2种主要情况对电力系统防灾变进行了较多研究,5,本文提出差异化规划新的,指导原则与模型,，以最小的成本提高电网容灾、抗灾能力，,保障极端恶劣,情况下的基本供电能力和电网自愈能力。,本文提出差异化规划新的指导原则与模型，以最小的成本提高电网容,6,差异化规划的指导原则,电力系统需保持瞬时平衡，且负荷主动变化，供电被动变化。因此，差异化规划首先需要分析关键区域的,关键负荷,。,一般情况下，电网负荷分为一、二、三级负荷，在某些地区，除了一级负荷外，还有特级负荷；在部分地区，特级负荷是一级负荷的组成部分。,根据日前负荷分级的相关标准，一级负荷的范围过广，在严重灾害下难以保证所有一级负荷的供电。,随着城市化率的提高，一级负荷占总负荷的比重有逐年提高的趋势。,因此，有以下几点建议,:,差异化规划的指导原则电力系统需保持瞬时平衡，且负荷主动变化，,7,1,）,建议推广应用特级负荷的概念,。,特级负荷定义为在重大自然灾害、战争、社会稳定等受到严重冲击等非正常状态下需保证供电的特殊负荷。,要严格限制特级负荷的范围，例如医疗卫生负荷以治疗、病房、药品存储等为主，少量办公负荷也可纳入，但医院大部分办公负荷不应纳入特级负荷。,文献,17,将灾害情况下需保障的负荷分为高危用户,(,如矿山、有工业,),、重要用户,(,如政府、指挥中心、地铁、机场、通信、医院,),、救灾用户,3,类，基本涵盖了特级负荷。,1）建议推广应用特级负荷的概念。,8,2,）,特级负荷应适度集中,。,建议城市规划中将需要保障用电的用户适度集中，在地域上连续安排,5MVA10MVA,的特级负荷为宜（因,10kV,线路的供电容量在,5MVA 10 MVA,之间）。,特级负荷集中是城市规划和城市电网规划相协调的重要方面。,若特级负荷,过于分散,，向特级负荷供电的各个配电线路、变电站以及这些变电站的电源进线就相应比较分散，都要被纳入需要保障的范围。这将使差异化规划和建设的成本过高。,但若特级负荷,过于集中,，一个变电站故障可能导致大量特级负荷停电，加大特级负荷在非灾害状态下的停电风险。,2）特级负荷应适度集中。,9,同时，在电网规划和业扩报装工作中，采用如下方式实现特级负荷适度集中供电,:,1,）特级负荷原则上使用,专线供电,。若特级负荷与普通负荷同线供电，则在特殊情况下，使不需要保障供电的用户“搭顺风车”。,2,）以通过,10kV,中压配电网供电的特级负荷为例，,相邻,110kV,变电站所供特级负荷，尽量通过,10kV,环网,，在,110kV,变电站层面适度集中。,同时，在电网规划和业扩报装工作中，采用如下方式实现特级负荷适,10,以上可通过划分,110 kV,变电站（或有,10kV,出线的,220 kV,变电站）在灾害情况下的供电范围来实现。,其中，一部分变电站不提高设计标准，灾害情况下不考虑其运行；,提高设计标准的变电站（以下简称“高标准站”）,，除了承担正常状况下供电范围的供电外，灾害情况下周边其他变电站的部分供电范围也由该变电站承担。,根据目前大部分城市特级负荷约占总负荷比重,30%,的情况，,高标准站容量,将超过,110 kV,供电容量的,1/3,.,以上可通过划分110 kV变电站（或有10kV出线的220,11,3,）,建议高标准站在灾害情况下供特级负荷容量满足,N-1,原则,，当一台主变压器故障时，仍可以保证对特级负荷的供电。,4,）,建议采用特级网络概念,。在严重灾害情况下，形成,特级负荷、少数输电线路和变电站、少数电源组成的特级网络,。特级网络是从各特级负荷逐步追踪到电源的供电通路，在存在适当安全裕度前提下，最小化提高设计和建设标准的各电压等级网络。,3）建议高标准站在灾害情况下供特级负荷容量满足N-1原则，当,12,为了保证形成特级网络的通路，每个,110kV,高标准站，至少应有,1,条线引自,220kV,高标准变电站出线、高标准,110kV,发电厂、其他,110kV,高标准站的进线母线引人进线。,为了最小化特级网络，,110kV,高标准站的进线也应适当集中，每,3,个或,2,个,110kV,高标准变电站安排从同一个,220kV,高标准站,(,或,110kV,电源,),进线。同样的道理继续上推到,500kV,变电站。,这样，,从特级负荷的适度集中人手，逐步往上一级电压等级递推，形成完整的、最小化的供电通路。,为了保证形成特级网络的通路，每个110kV高标准站，至少应有,13,目前，一些网省公司在制定差异化规划时，简单按照,输变电设施电压等级确定其重要性和设计标准,。按照该原则确定的差异化规划方案，针对性较差、成本过高。在严重灾害情况下，可能不能保障对特级负荷供电。,例如，在某些省市，线路覆冰设防标准，,500kV,线路为,50,年一遇，,110kV,和,220kV,线路为,30,年一遇，可能出现,110 kV,和,220kV,基本瘫痪、部分,500kV,线路可用的情况，导致有电送不出。,按形成特级网络的思路，假设特级负荷占总负荷的比重为,3000,，则高标准的,500kV,输变电设施大致占,30%,，被大幅度压缩。,目前，一些网省公司在制定差异化规划时，简单按照输变电设施电,14,5,）,建议采用分级差异规划,。,外部可能发生不同严重程度的灾害，可分级制定差异化规划，例如：,特级网络,为保障特级负荷供电的网络；,一级网络,为保障一级负荷供电的网络。由于特级负荷是一级负荷的组成部分，特级网络也将是一级网络的一部分。特级网络设计标准高于一级网络，一级网络设计标准高于其他部分。特级网络和一级网络将是坚强智能电网的重要组成部分，是电网提高容灾能力的核心，也是电网自愈的核心支撑。,5）建议采用分级差异规划。,15,差异化规划优化模型,按照第,1,节提出的差异化规划原则，本节以特级网络优化为例，分析差异化规划的优化模型。,由于在灾害情况下的时间较短，无需把灾害时运行经济性纳入目标，因此差异化规划的目标是,差异化建设的成本最低,，如下式,:,式中,:f,为差异化建设的总成本，通过优化，追求总成本最低；,N,为组件总数；,S,i,为主要的决策变量，即第,i,个组件是否提高设计标准，等于,1,时提高，等于,0,时不提高。,差异化规划优化模型按照第1节提出的差异化规划原则，本节以特级,16,值得注意的是，不同的组件（电源、线路和变电站）提高设计标准的成本差距将非常大，所以选择不同的组件提高设计标准，对优化程度的影响很大。,差异化规划优化模型如图,1,所示：,值得注意的是，不同的组件（电源、线路和变电站）提高设计标准的,17,从图,1,可以看到，差异化规划,可以理解为一个求解最短路径的动态规划,问题。,1,）第,1,阶段是确定,10kV,特级负荷，这种特级负荷将占特级负荷的绝大多数。,2,）,10kV,特级负荷都应接人,110 kV,高标准站或,10 kV,地方电源。用户接入不同的,110 kV,高标准站或地方电源的成本不同，即线路、变电站提高设计标准的成本不同。,用户接入不同变电站或电源的成本，可视为路径长度,；且每个路径和节点有容量限制。通过优化，获得所有,10kV,特级负荷接入,110 kV,高标准站和电源的总最优路径。,3,）同样道理，优化第,2,阶段至第,3,阶段的总最短路径、第,3,阶段至第,4,阶段的,最优路径,等。,从图1可以看到，差异化规划可以理解为一个求解最短路径的动态规,18,可采用离散的,负荷,电源对的匹配,过程来描述与求解。特级负荷和高标准电源是电网差异化规划的边界条件，电网连接负荷和电源，确定特级负荷和高标准电源后，确定两者之间的连接通路。,1,）特级负荷按照重要性和规模排序。,2,）按照排序逐一寻找各特级负荷到高标准电源,成本最低的通路。对特级负荷,l,，优化问题如下,:,式中：,f,l,为第,l,个特级负荷保障供电的边际成本；,S,il,为保证第,l,个特级负荷供电、第,i,个组件是否是新增的需要提高设计标准的组件。,可采用离散的负荷电源对的匹配过程来描述与求解。特级,19,将该特级负荷分别与不同的高标准电源匹配，如图,2,所示。,将特级负荷,l,与各个电源匹配，采用最短路径法，获得与各电源匹配的最优路径及其边际成本，考虑一定的约束条件。,将该特级负荷分别与不同的高标准电源匹配，如图2所示。,20,1,）路径中，各变电站容量不越限,:,为第i个变电站新增特级负荷l与电源g匹配后的负荷容量；,为变电站i的负荷上限；,为从特级负荷l到电源g的最优路径中输配电线路、变电站等所组成的集合。,值得注意的是，灾害情况是,特殊情况,，持续运行时间不长，变电站容载比可采用容载比下限。,1）路径中，各变电站容量不越限:为第i个变电站新增特级负荷l,21,2,）路径中，各输电线路容量不越限,:,为第i条线路新增特级负荷j与电源g匹配后的负荷容量；,为线路i的负荷上限。,3,）路径中的所有变电站和线路都是提高设计标准的组件,:,为高标准建设的组件集合。,2）路径中，各输电线路容量不越限:为第i条线路新增特级负荷j,22,4,）边际成本等于路径中新增的提高设计标准的组件高标准设计、建设的成本,:,为在当前已经完成的匹配基础上将特级负荷l与电源g匹配的边际成本；,为完成该匹配而新增的高标准线路与变电站的建设成本。,中选择成本最低者，完成特级负荷l的供电通路优化。,逐一对不同特级负荷采取上述匹配过程。,从,4）边际成本等于路径中新增的提高设计标准的组件高标准设计、,23,差异化规划还有一些其他约束条件，例如：提高设计标准的电源容量不应小于特级负荷容量，并留有一定的备用；各提高设计标准的组件形成连通图，系统中可以形成若干个连通图，对应灾害时若干个