市场环境下电力系统的安全可靠性教学提纲.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。市场环境下电力系统的安全可靠性-市场环境下电力系统的安全可靠性问题0引言在开放的电力市场中，买卖双方通过互连的电力网络来协商他们的价格、进行电能的交易。在一定的需求水平下，买方希望以较低的价格获取电能，而卖方希望以较高的价格卖出电能。显然对买卖双方而言，其参与市场的目的是为了追求其自身的最大经济利益，而绝非为了系统的安全可靠性。作为电力市场中的另一方，电网公司只有在一个安全运行的电网上才能使得买卖双方的交易成为可能。类似于证券交易所，电网公司对买卖双方收取交易佣金，其收益的大小与交易量的大小成正比，但该

2、收益并非其净收益，因为电网公司不仅要为建设、维护电网付出费用，还要为维持电网的运行支付费用（如辅助服务的购买）。可见，虽然电网公司负责电网的运行，但其维护电网运行的目的仍然是为了追求自身的最大经济利益。其在电网建设、运行上的投入应视可能的收益而定，而非仅仅为了系统的安全可靠性。当然，系统安全可靠性的破坏有可能使得各方的经济指标受到损害，但此时市场参与者为保证系统安全可靠运行的目的仅仅是为了更好的维护自己的经济利益。换言之，在传统的电力系统运行中，可靠性高于经济性；而在电力市场中，可靠性服务于经济性。那么是不是在市场环境下电网运行的安全可靠性就没有保障了呢？不是的，因为一个安全可靠运行的电网对各

3、方来说都是有利可图的。所以可以说，在市场环境下，维持电网安全可靠运行的动力来自市场各参与方对经济利益的追求，而非来自各种安全、可靠类的规程。因此，在电力市场环境下，不论是系统运行还是系统规划都与传统的电力系统有着巨大的区别。系统的安全可靠问题仍是考虑的因素之一，但其目的是为了更好的经济性。1电网运行安全可靠性的考虑1.1N-1安全经济运行的考虑在传统的电力系统中，N-1标准是输电系统静态安全评估的标准之一，即系统中一个发电机组或一个电网设备（线路、电缆、变压器）退出运行时，系统仍应能维持运行1。显然，N-1标准的执行将导致系统在正常情况时运行于非最优状态下。而在市场环境下，电网公司的目的是最大

4、的经济效益。所以N-1标准是否执行、执行到什么程度，均应围绕经济效益作文章。即：通过比较N-1安全经济运行与不计N-1安全经济运行（即：正常网络的经济运行）的经济指标可以确定为确保N-1安全经济运行而付出的代价；若不计及N-1安全经济运行，则系统运行可靠性将降低,为此电网公司可能付出如下代价：a.因为负荷预测的不准确性可能导致较计及N-1标准时更大的停电损失；b.因单一线路或设备故障而导致的可能的停电损失。在市场环境下，更可能的情况将是系统能够在部分运行方式下不切机、切负荷的应付部分的设备故障，而在另外一些设备故障或另外一些运行方式下，系统将会以切机或切负荷的方法进行处理，因为此时为保障供电的

5、付出将大于切机、切负荷的赔款。1.2按规程须保证的备用容量对经济指标可能导致的损害系统运行涉及的备用主要有负荷备用和事故备用。在传统的电力系统中，对备用容量的大小是这样要求的2：负荷备用容量的大小应根据系统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。一般为最大负荷的2%5%，大系统采用较小数值，小系统采用较大数值；事故备用的容量大小应根据系统容量、发电机台数、单位机组容量、机组的事故概率、系统的可靠性指标等确定，一般约为最大负荷的5%10%，但不得小于系统中最大机组的容量。而在电力市场环境下，备用容量的考虑应以其是否可以带来经济利益为标准。通过分析备用可能带来的收益，即：因调用备用而避

6、免的损失（若不预留备用容量，则当负荷预报不准或发生故障时均会出现切负荷的情况，此时电网公司将须为不能保障供电而支付赔款）与为备用而支付的代价（所有备用的容量成本与被调用机组的电量成本之和）之差，可以确定是否需要备用及需要多少备用。亦即，只有当某一备用可能带来的收益为正值时，电网公司才会考虑购买该备用。1.3市场环境下合理的静态稳定储备电力系统安全稳定导则3规定：电力系统在运行中应有足够的静态稳定储备，要求在正常运行方式或正常检修运行方式下，按功角判据计算的静态稳定储备系数KP%15%20%，按无功电压判据计算的静态储备系数KU%10%15%；在事故后运行方式和特殊运行方式下，KP%10，KU%

7、8。但在电力市场环境下，电网公司将会根据静态稳定储备所能带来的经济利益确定储备系数的大小，如果为储备的付出大于其可能带来的利润的话，电网公司将更乐于选择切机、切负荷等措施来保证系统的安全运行，尽管切机、切负荷将导致对电力公司或电力采办公司的赔款。1.4对暂态稳定性的考虑2 电力系统安全稳定导则3中将电力系统发生大扰动时的暂态安全标准按电网结构和故障性质不同分为四类。在电力市场环境下，由于电网公司只是根据自身的经济利益来考虑系统暂态稳定性，因此它不会将系统的安全稳定标准分类，不论处于哪种情况，电网公司只会维持能给其带来经济效益的稳定性，电网结构和故障性质的不同将会对分析结果产生影响。规划设计中安

8、全可靠性的考虑2.1电网规划设计中的安全可靠性传统的电网规划设计中，安全校验计算分静态安全分析和动态安全分析两种。静态安全分析主要作N-1校验，即校验网络中一个元件故障退出运行时网络的潮流分布，以判断其它元件有无过负荷及电压越限情况。对220kV以上电网一般要进行各种运行方式的稳定分析，此即所谓动态安全校验。当以上校验不满足要求，而发生过负荷、电压越限或失去稳定时，则应采取措施，如：加设输电线路，加大导线截面，增加导线截面，增加无功补偿或提高稳定措施等，使电网满足运行要求，否则应将不满足运行要求的电网方案放弃。而在电力市场环境下，电网公司保障供电的目的是为了获得更大的经济利益。因此，一个电网设

9、计方案是否应被放弃的准则有异与传统的电网规划设计，此时除了网络结构的改善，其它提高系统稳定性的措施（如：设中间开关站、串联电容补偿、调相机、静止无功补偿和快速投入电容器组、以及电气制动、快速继电保护及其它自动装置等），包括切负荷、切机都将成为提高系统安全可靠性的措施，而一个最终被选定的方案应该是一个能给电网公司带来最大回报的方案。此外，在传统的电网规划设计中，对暂态稳定计算采用的故障型式、故障切除时间均作出了规定。而在电力市场环境中的暂态稳定计算时，电网公司将会综合考虑各种故障发生的概率、可能导致的损耗、提高暂态稳定性的可能投入及其维护费用等因素，最终得出在经济上最有利的网络设计方案。2.2电

10、源规划设计中的安全可靠性电气主接线的设计在发电厂的规划设计中占有重要的地位。在传统的电力系统中，电气主接线方案的确定是通过对几种可能的方案进行技术、经济比较，并根据所设计电源在系统中的地位从中确定出从整个系统角度而言认为是最为合适的方案4。并且在对方案进行技术、经济的比较时，二者是相互独立的。在电力市场环境下这种设计思想将会遭遇挑战，因为在市场环境下，电厂是独立的经济实体。它在确定其电气主接线方案时，不可能从系统的利益考虑问题，一个方案是否可行，完全取决于该方案是否有利于该电厂的经济利益。因此，在电力市场环境下，电厂在确定电气主接线的方案时尽管也会对各种可能的方案进行比较，但此时的比较将既不同

11、于前述的技术比较，也不同于前述的经济比较，而是从经济的角度对各类方案进行整体的技术经济比较，即：既要考虑各类设备的投资、维修费用，也要考虑各方案的运行可靠性及由此可能导致的停电损失，并在此基础上得出综合的最经济方案。变压器的选择是发电厂（变电站）规划设计中的一个重要问题。在传统的电力系统中，基于可靠性因素的考虑，对变压器的选择作出了一些规定4。如：若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上；对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I类及I

12、I类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%80%；通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和枢纽变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；3 上述规定更多的是从维护整个电力系统供电可靠性的角度来考虑问题。而在电力市场环境中，电力公司或电力采办公司考虑问题的立场将会完全不同。实际上，按上述规定所设计出的发电厂或变电站，其相当一部分变压器容量是长期空闲的。考虑到变压器是一种静止电器，其事故率较小的实际情况，在电力市场环境下，电力公司或电力采办公司在经过详细的经济比较后，或许会选择不留剩余容量或少留剩余容量、仅选择1台变压器等设计方案。关于电力系统

13、设备的检修3.1传统电力市场中设备检修安排及在电网运行中的影响由于不能进行有效的设备故障在线预报，因此，在传统的电力系统中，为了保证电力系统的安全运行，采用了对设备进行定期检修的制度。按我国现在的要求，火电每年要计划大修和小修，水电每年要小修，两年大修一次。所需检修时间火电每年为4045天，水电每年为30天。变压器大修5年一次5。以发电机组为例，由于当机组停运进行检修时，备用容量减少，系统的可靠性将会降低，为此，电力系统采取了种种机组检修方法以尽可能的保证系统的安全可靠性。按照其追求的优化目标（可靠性或经济性）的不同，目前求解检修计划有以下几种常用的不同方法：等储备法、等风险度法、最小风险度法

14、及最小发电费用法等6。不论采用哪一种方法，预防性检修的实施对减少故障隐患、防患于未然有着显著的作用，可以有效的提高系统运行的安全可靠性。但由于在任何一种方法中，计划的实施均没有对经济性做任何的考虑，而只是考虑了可靠性及技术性（方案实施的可能性），因此，在传统的电力系统中，预防性设备检修的目的仅仅是为了提高系统运行的安全可靠性，而经济利益不在考虑之列，这与传统电力市场中可靠性高于经济性的指导思想是一致的。3.2市场环境下设备检修的安排方式及对电网运行的影响与传统电力系统不同，在电力市场环境下，各电力公司、电力采办公司及电网公司分属不同的经济实体，因此，传统电力系统中着眼于整个系统而统一进行的检修

15、计划安排的组织基础已不再存在。此外，在市场环境下，由于各公司对经济利益的追求，使得预防性检修的目的不再是为了提高系统运行的可靠性，而是为了给公司带来更大的利润。因此，在市场环境下检修计划的安排将会与传统电力系统中的安排有着质的区别。亦即，在传统的电力系统中，设备的检修是按规程进行的，没有考虑设备及系统的实际情况。但在电力市场环境下，因为设备属于各独立的公司所有，设备是否进行检修、什么时间进行检修完全是各公司自己的事。因此各公司会根据自己设备当前的故障概率、预测的今后数周内电价甚至一次能源的价格等因素进行全面的经济指标分析并最终决定是否需要安排检修。尽管市场环境下各公司的设备预防性检修计划有别于

16、传统电力系统中的检修计划，但这并不意味着市场环境下的电网运行的可靠性会大大的降低。各个公司为了降低检修成本，会尽可能的将设备的预防性检修安排在电网电价较低的时期，亦即在年负荷曲线上的低负荷时段，这与传统电力市场中的安排是大致相同的，所不同的更多在于设备检修的频率，即电力公司将会考虑设备的实际情况来确定设备是否需要进行检修。因此，可以说，市场环境下设备检修的安排方式不会对电网运行造成大的影响。3.3市场环境下设备检修造成的新技术挑战在传统电力系统中，设备预防性检修计划由系统进行统一的安排，某一台设备是否需要检修、是大修还是小修均按规定执行，且在确定检修计划时不做经济性的考虑，因此，整个系统是一个

17、检修计划。在市场环境下，设备预防性检修由各公司根据自己的判断而进行，因而，不仅各公司有着各自的计划，且对于不同类型的公司，其计划的编制原则也将不尽相同，例如，电力公司的计划可能考虑一次能源的价格，而电力采办公司的计划则不会考虑一次能源的价格。因此新的、适合不同类型公司的设备预防性检修计划的原理的研究及相应软件的开发将成为必需。4 反事故自动装置的新问题4.1传统的继电保护配置与市场环境下保护配置的差别在电力系统中，一旦发生故障，则主保护动作，断路器将故障设备切除；当主保护拒动，则后备保护动作。当后备保护为远后备且动作时，断路器切除的将不仅仅是故障设备，包括故障点的上一级设备也将被切除。在传统的

18、电力系统中，保护的这种配置方法在实际运行中不会遇到什么问题，但在电力市场环境下，由于系统中的设备分属不同的、相互独立的公司，所以一旦故障设备和其上一级设备分属不同的公司时，则有可能出现甲公司的设备发生故障而导致连同乙公司设备一同被切除的情况，例如当输电线路发生故障且主保护拒动时导致将上一级发电机切除的情况。显然，此时乙公司的损失是由于甲公司设备故障导致的，该损失应由甲公司承担。问题是这一损失到底是多少？如果乙公司向甲公司索取的赔偿过大的话，甲公司有可能更乐意将远后备变更为近后备或者甚至考虑再增设一套主保护，只要增加的投资低于可能的向乙公司支付的赔偿（通过综合的经济比较）。因此，在市场环境下，继

19、电保护装置的配置将与传统电力系统中有着较大的差别，这一差别将在电力系统规划设计、运行的分析中导致不同的分析思想和方法。4.2自动低周、低压切负荷控制在电力市场环境下遇到的困难及可能的解决方式自动低周、低压切负荷控制是在电力系统紧急状态下频率异常降低时最有效、最广泛采用的措施。在传统电力系统中，由于一切资源均由系统统一调度，因而在低周、低压切负荷时不会遇到行政上或经济上的障碍。但在电力市场环境下因为各公司在行政上、经济上均是相互独立的，因而在采取低周、低压切负荷时将会遇到如何进行经济赔偿（或补偿）的问题。从电网公司的角度出发，当系统频率异常降低时，采取切负荷措施是必须的，问题是如何以最小的代价与

20、电力采办公司达成切负荷的协议。此时，可能的处理方法有两种，一是事先在可能的切负荷点购买切负荷容量，即将切负荷容量与有功备用容量一样归入辅助服务的范畴；二是不做事先的购买，而是在低周、低压切负荷后对相应的电力采办公司进行违约赔偿。电网公司在处理这一问题时可根据实际的网络、实际的运行方式及实际的电价等情况做出对本公司最为有利的选择。对一些处于关键节点的电力采办公司可能采用第一种处理方法更为有利一些，而对其它的电力采办公司则可能采取第二种处理方法会更好。4.3安全稳定紧急控制系统在电力市场环境下需要协调的问题5 紧急控制的作用主要是电力系统承受扰动时保持运行稳定性和防止事故扩大，并保持供电的持续性。

21、其主要内容有切机、切负荷、系统解列等。在电力市场环境下，由于切机、切负荷、系统解列等措施的实施将会影响到不同公司的利益，因此，电网公司必须事先与其它各公司就切机、切负荷、系统解列等达成协议，以便在系统运行的稳定性受到威胁时能够按协议采取措施。至于所达成的协议，可能是在关键节点预先购买切机、切负荷容量及系统解列许可权（应归属于辅助服务的范畴），也可能是当系统运行的稳定性受到威胁时在一些非关键的节点处先采取相应措施，而后再对相应的公司按协议进行违约赔款。当然，具体到某一节点到底采取何种方式，应在详细经济性分析的基础上做出最终的决定。电力市场环境下安全性与经济性的统一与传统的电力系统不同，在电力市场

22、环境下，系统的安全可靠运行将通过各独立的电力公司、电力采办公司及电网公司对利润的追求而得到保障。电力公司为了保障自己的利益会尽可能的保证自己经营电厂的可靠运行；电力采办公司为了保障自己的利益会尽可能的保证自己经营配电网的可靠运行；而电网公司则会尽可能的保障整个电网的安全运行，否则，它除了赚不到钱外，还将会因为不能提供服务而向电力公司和电力采办公司支付赔款。在电力市场环境下经济性和安全性将不再表现为两个独立的指标，安全性将融入经济性中，传统电力系统中的安全性指标将不再单独存在，而只是作为可能给相应公司带来经济利益的一种措施。传统电力系统中的某一安全性指标在市场环境下是否会得到执行、执行到何种程度将取决于这一指标的执行是否会给相应的公司带来经济上的好处。可以预见，在市场环境下网络运行的安全性将不再有统一的规定，网络运行的安全性将由系统的运行方式、电能的买卖价格、违约的赔偿价格、辅助服务的价格等诸多因素决定。-