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摘 要：电网规划中网络结构的合理性是提高供电可靠性的首要保障。本文作者首先分析了县级城市电网的可靠性，同时结合某县城电网规划实例，主要就应用TPLAN软件对该县城电网规划的可靠性评估进行了分析。
【关键词】：县级城市；电网规划
中图分类号：TM13 文献标识码：A
引言
近年来，随着电网建设的不断改造，县级供电网的可靠性已得到了初步改善，但是由于目前县级电网的投资规模小，很难满足负荷快速增长的需求，在供电可靠性方面依旧存在不少问题。因此,在电网规划工作中，应通过对完成的规划编制方案进行评估。找出影响供电可靠性的因素和方案中的不足，有针对性的加以修改，使规划中的电网在网络结构上更为合理。
1．县级电网的可靠性分析
1.1．N-1+1准则
可靠性评估准则主要包括确定性准则和概率性准则。前者即输电网中常采用的N-1或多重故障分析，该方法主要分析电力系统N个元件中的1个或多个元件故障后系统能够保持正常供电的情况。在确定性分析的基础上，给出各元件的故障频率和故障持续时间，就可以进行概率可靠性分析，得到系统的概率可靠性指标。
输电网中采用N-1或多重故障准则进行可靠性分析，主要是输电网闭环设计、闭环运行的特点所决定的。而县级电网的主网架主要由110kV及35kV高压配电网络构成，高压配电网通常为闭环设计、开环运行，即实际运行中尽可能呈辐射状分片供电，以解除电磁环网和降低短路容量。因此县级电网在运行中存在备用电源和可切换线路，这使得电网中有1条线路或1台主变故障时，可以通过投入联络线路，或通过开关切换将负荷转移到另1条线路或另1台主变，以保证对负荷的正常供电。因此，考虑到县级电网的这一特点，在进行县级电网的可靠性分析时，不能采用N-1准则，而应该采用N-1+1准则，即当1条线路或1台主变故障切除时，需要投入相关的联络线路或联络开关，以保证对负荷的正常供电。
在利用N-1+1准则进行可靠性分析时，还要考虑在出现过负荷、过/低电压等不正常运行状态情况下的校正措施。当出现线路或主变过负荷时，应采取缩减相关负荷的措施，以确保线路或主变负荷在允许范围内；当出现过电压或低电压时，通过调整主变分接头或投切电容器等措施保证母线电压在允许范围内。
1.2．采用的可靠性指标
电力系统可靠性评估包括充裕性和安全性两方面，前者是指系统维持连续供给用户电力需求和电能量的能力；后者是指系统承受突发扰动的能力。县级电网的可靠性分析主要是进行充裕性评估，参考输电系统的充裕性评估指标，选取以下几个常用的可靠性指标。
1）电力不足频率LOLF(Loss of Load Frequency)：每年平均故障次数，次/年。
2）电力不足持续时间LOLE (Loss of Load Expected)：每年发生切负荷故障的时间，h/a。
3）电力不足期望值EDNS(Expected Demand notSupplied)：每年缺多少电力，MW/a。
4）电量不足期望值EENS (Expected Energy notSupplied)：每年缺多少电量，MW・h/a。
5）系统停电指标BPII(Bulk Power InterruptionIndex)：等于电力不足期望与最大负荷之比，MW/MW×a-1。
）系统削减电量指标BECI(Bulk Power/EnergyCurtailment Index)：等于电量不足期望与最大负荷之比，MW・h/MW×a-1。
1）严重性指标SI(Severity Index)(系统分)：1个系统分相当于最大负荷时系统全停1min。
1.3．可靠性分析软件
TPLAN是由PTI开发的用于电网可靠性评估的分析软件包，是国际上可靠性分析方面较为权威的软件，主要功能包括确定性故障分析、概率可靠性评估、校正策略研究、灵敏度分析等。TPLAN采用解析法进行可靠性评估，即将系统可能出现的运行状态全部列出，TPLAN 对全部运行状态按序排列，逐一进行潮流计算，判断是否出现线路过载、电压越限、孤立节点等故障，并计算出各节点的切负荷量和各状态出现的概率，通过累加得到系统的可靠性指标。目前该软件在国内一些电网包括南方电网都有应用。本文利用TPLAN进行县级电网规划的可靠性评估。
2．应用分析
本文对某县级电网（简称A县）的2010年规划方案进行了可靠性评估。A县电网概况见表1，其中2008年电网同2005年相比，网络结构没有变化，仅根据负荷增长改造了1台110kV主变、新增了几台35kV主变，而2010年规划网络新建了多个变电站和多条线路，加强了网络结构。由于缺乏相关统计数据，在参考有关文献资料的基础上，采用如下线路和主变的可靠性计算参数：
1）110kV线路故障率取0.14次/100km・a，故障修复时间取4h/次；110kV主变故障率取1.1次/100台・年，故障修复时间取3h/次。
2）35kV线路故障率取0.14次/100km・a，故障修复时间取 h/次；35kV主变故障率取4次/100台・年，故障修复时间取5h/次。
A县电网2010年规划方案的可靠性评估结果见表2。为了对比分析，表2同时给出了2005年和2008年电网可靠性评估的结果。其中整体一栏包括110kV和35kV网络的整体可靠性评估结果，35kV一栏仅包含35kV网络的可靠性评估结果。
表1 A县电网概况表
表2 A县电网可靠性指标评估结果
从表2 给出的结果可以看出：
a.2008年电网由于增加了主变数量，减少了只有单台主变的变电站数量，因而同2005年相比电力不足频率和持续时间指标有所降低，但由于网络结构并没有增强，因此电力不足和电量不足指标有所上升。这表明，随着负荷增长，要保持或提高电网可靠性水平，仅通过增加主变来满足负荷增长的容量需求是不够的，还需要进一步加强电网结构。
b.35kV网络的可靠性对整体可靠性指标中电力不足频率LOLF和电力不足持续时间LOLE两个指标影响较大，这主要是由于35kV网络元件数量多，而网络结构相对较薄弱，因此发生故障的频率和时间也较多。要提高这两个指标，应优先加强35kV网络结构。
c.110kV网络的可靠性对整体可靠性指标中电力不足期望值EDNS和电量不足期望值EENS指标影响较大，这主要是由于110 kV网络中元件故障的影响面更大，容易造成更多的负荷和电量损失。
d.由于系统停电指标BPII、系统削减电量指标BECI和严重性指标SI三个指标和电力不足期望值EDNS和电量不足期望值EENS两个指标密切相关，要提高这3个指标，应优先加强110kV网络结构。
e.与2005年和2008年相比，2010年规划网络的可靠性指标有了很大改善，表明规划方案很好地提高了电网的可靠性水平。
f.由于采用N-1+1准则，电网中可提供负荷转移的联络线路，以及变电站内的主变数量对电网的可靠性水平有重要影响。电网中存在的只有单条线路供电的变电站，或者只有单台主变的变电站等网络结构，都会降低电网的整体可靠性水平。
g.表2中给出了系统整体的可靠性指标，可靠性评估中还可以得到各元件的可靠性指标（因篇幅限制未列出），利用这些指标，可以分析各条线路或主变对系统可靠性的影响，进而发现系统中影响可靠性水平的薄弱环节。需要说明的是，由于缺乏统计数据，在计算中选取的元件可靠性参数不一定符合A 县电网的实际情况，因此表2中的结果仅适用于A县电网可靠性变化趋势的纵向比较，而不适用于不同县级电网的横向对比分析。由于元件可靠性参数会对可靠性分析结果造成很大影响，因此应重视县级电网可靠性参数的统计工作，这样既得到更准确的可靠性计算和分析结果，还可以开展不同县级电网可靠性的对比分析工作，从而进一步提高电网的可靠性水平。
总的来说，从以上实际算例分析可以看出，通过对县级电网可靠性评估，可以定量地分析规划方案对可靠性水平的提升作用，从而有利于提高县级电网可靠性的管理和决策水平。
结语
本文对县级城市电网规划可靠性评估的方法通过算例表明，开展县级城市电网规划的可靠性评估工作，对提高县级电网可靠性的管理和决策水平有着非常重要的意义。
参考文献
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[2]程林，郭永基.发输电系统充裕度和安全性算法研究[J].电力系统自动化，2001．
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[4]王超，徐政，高慧敏.基于TPLAN 的中国南方电网可靠性与经济性评估[J].继电器，200 ．
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[ ]任雷,徐政.一种用于输电系统可靠性评估的软件TPLAN[J].华东电力，2001．
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发表于 2020-5-31 11:04:16
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