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摘要：中国现行的事故备用标准已不适应现代互联电力系统运行及电力市场化改革的需要，在执行过程中主要存在以下三个方面问题。①概念混淆。在电源规划、电力平衡分析及调度运行等工作中，事故备用存在相互关联而又不同的涵义，国内规划、运行及科研人员普遍对其缺乏全面、准确的认识。②运行事故备用总量及旋转备用比例偏高，互联电网的备用共享效益未充分发挥。文中首先阐释了运行事故备用的概念。在对中国、北美、澳大利亚和欧洲等国家或区域电网的事故备用标准进行系统性考察的基础上，提出了“一个参考事故、两个性能指标、三个关键参数”的运行事故备用标准框架。文中研究成果可为完善中国运行事故备用的行业、企业标准，设计事故备用辅助服务市场提供参考。
关键词：事故备用；标准；频率；最大单一故障；区域控制误差
引言
为了在事故后实现电力平衡并恢复系统频率，电力系统运行中必须设置事故备用容量。合理的事故备用容量，是保证电力系统安全、经济运行的前提。提高备用容量，可提高系统安全水平，但降低机组运行的经济性。长期以来，中国采用百分率法确定事故备用容量，一般取为最大发电负荷的８％～１２％，并且要求不小于系统最大单机容量。
1运行事故备用的概念
1）规划事故备用（3年以上）
从发电系统充裕度的角度，提出对发电装机容量的要求，以满足远期负荷增长需要。北美规定发电系统充裕度要满足“十年一天”的标准，中国要求规划、设计阶段系统的事故备用容量按系统最大发电负荷的8％～10％考虑。鉴于主力电源煤电项目的典型建设周期达24个月，选取3年以上的时间尺度是合适的。
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图１ 规划事故备用示意图
受气象、生产安排等随机性因素的影响，电力系统负荷呈现一定的随机性，图１中蓝色曲线为系统某一周日峰荷的概率分布。受机组、互联线路随机故障影响，在某一确定开机方案下，系统的可用容量（ａｖａｉｌａｂｌｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）亦呈现一定的随机性。图１中红色、绿色曲线为两个不同电源方案下的系统可用容量的概率分布。当负荷大于可用容量时，系统即发生损失负荷事件，图中红色、绿色阴影部分即为失负荷事件区域。通过增加电源装机，可使系统可用容量曲线向右移动，减小失负荷概率（ｌｏｓｓ ｏｆ ｌｏａｄｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ＬＯＬＰ）。可以看出，发电系统充裕度指标主要取决于负荷、系统可用容量的概率分布，与Ｎ－１安全准则等确定性因素无直接关系。
２）计划事故备用（月至3年以内）
随着电力系统规模的扩大，系统所有发电机组随机停运容量的期望值将日益显著。分析近期供需形势时，除了预留足以应对最大单一故障的备用外，还需要扣除一定的随机停运容量，以准确地评估系统电力供需情况。通过示意图２作进一步说明。在进行电力平衡时，国内电力工业界普遍使用确定性的电力盈亏值，而非充裕度指标。此时，系统峰荷为确定值，峰荷加上运行事故备用，即为系统最低的可用容量需求。当系统可用容量大于该值时，系统电力供应充裕，不需错峰；反之，则需错峰限电。此时，中位数可用容量减去最低可用容量需求来表示系统电力盈亏是比较合适的，换言之，计划阶段的事故备用等于运行事故备用加上中位数随机停运容量。具体实践上，国内某省电网根据运行经验，在分析近三年电力平衡时，计划事故备用按最大单一故障与煤电装机容量的一定比例（5％左右）之和考虑。
3）运行事故备用（日前或实时阶段）
在电力系统运行阶段，要求预留足够的事故备用，以确保事故后快速实现发电与负荷的平衡，从而使系统频率和联络线功率恢复到正常值。此处的备用即为图2中所示的运行事故备用。
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图２计划、运行事故备用示意图
综上，规划事故备用用于评估发电系统充裕度，确定中长期电力装机需求；计划事故备用用于评估电力供应能力，确定电力平衡情况；运行事故备用用于防范随机故障风险，保障系统稳定运行。三者都源于电力系统随机故障，涵义不同是在于观察随机故障的时间尺度不一样。
2中国运行事故备用标准
本节分行业标准和企业标准2个层面介绍中国的事故备用容量选取标准。在行业标准方面，有ＳＤ131—84《电力系统技术导则（试行）》。它规定规划、设计和运行的电力系统，均应备有有功功率备用容量，其中事故备用容量为最大发电负荷的10％左右，且不小于系统一台最大机组的容量。在企业标准方面，大部分电网公司沿袭了行业标准的规定，事故备用容量一般取最大发电负荷的8％～12％，且不小于系统中最大单机容量或可能失去的最大受电功率。在实际调度运行中，对于事故备用的要求不一定完全按照导则设置，如西南、华中电网调度规程中规定：事故备用容量不低于最大负荷的５％，且不低于网内单一发电或输电设备故障时损失的最大功率；西北电网调度规程规定：旋转备用容量应为最大发电负荷的2％～5％，不小于网内单机容量最大的发电机组的额定功率加上预测最高用电负荷的2％。
3中国运行事故备用标准建议
3.1中国运行事故备用标准体系与原则
考虑到中国地域广阔，各电网系统特性存在差异，建立行业级、区域电网级和省级三层的运行事故备用标准体系是合适的。在设计最上层的行业标准时，需遵循以下三个原则。
1）普适性
应根据运行事故应急处置的物理机理，提出具有普遍适用性的标准。中国各电网系统规模、电源结构及调节能力、联网情况、安全标准均存在较大差异，难以简单套用任一现有标准。如以ＡＣＥ为主要指标的美国ＤＣＳ标准，对华东电网有一定借鉴意义，但对于异步运行、调频问题突出的云南电网就不合适。
2）向下可扩展性
各区域或省级电网可在行业标准的指导下，制定符合本地实际情况的企业标准。行业标准应主要涉及对扰动控制性能的要求，不对备用种类、响应时限等宜本地化设计的内容作过细规定。
3）绩效导向
要建立以扰动控制性能为核心的标准架构，改变现行百分率法的标准模式，从而促进可中断负荷、直流功率调制等各种事故备用手段充分利用，促进各电网间备用共享，在保证安全的情况下提升系统运行效率。
3.2工程意义
1）在保证安全的前提下合理配置事故备用容量
各电网可在本标准框架的指引下，根据其负荷规模及特性、电源构成和外区联网情况，更有针对性地确定事故备用总量、构成及响应时限要求，避免事故备用容量冗余、响应时限要求过高，从而提高电力系统运行效率。
2）促进中国事故备用容量行业、企业标准的修订
本文提出的运行事故备用标准框架与具体应用方法可用于指导电力规划与运行人员日常的计算分析工作，促进相关事故备用容量行业、企业标准的修订与完善。
3）指导运行事故备用辅助服务市场设计
现行标准仅有旋转备用、冷备用等简单分类，对辅助服务市场设计无指导意义。依据本文提出的标准框架，可以根据频率、ＡＣＥ指标要求，定义符合各电网实际的备用种类，确定各种备用的容量、质量要求。
3.3创新点
本文的贡献在于，理清了事故备用的相关概念，勾勒出事故后电力系统有功平衡的安全边界，并以此为基础提出了普适性的运行事故备用标准框架。
结语
本文对中国事故备用的标准给出了框架性的初步建议，研究成果对完善中国运行事故备用行业、企业标准，设计事故备用辅助服务市场具有参考价值。
参考文献
［1］中国南方电网有限责任公司．中国南方电网运行备用管理规定（试行）［S］．2005．
［2］电力规划设计总院．电力系统设计手册［M］．北京：中国电力出版社，1998：37-38．
论文作者:王建军,蒲文慧,潘东,贺岳山,闫祖凤,胥晓龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/8
标签：事故论文; 容量论文; 标准论文; 系统论文; 电网论文; 中国论文; 负荷论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;