摘要：我国能源资源和地区经济发展呈逆向分布，建设特高压电网实现电能的大规模和远距离输送成为我国解决能源分布不均衡格局的必然选择。特高压电网在实现我国电力资源更大范围配置的同时，也增大了电力系统的规模，使电力系统面临更多的风险。
关键词：特高压；大电网；风险评估；大停电；电力系统安全稳定性；风险应对策略
我国能源资源和地区经济发展呈逆向分布，建设特高压电网实现电能的大规模和远距离输送成为我国解决能源分布不均衡格局的必然选择。大电网建设既要保证安全、稳定、经济运行，又要适应国家的经济与社会发展。因此，在规划阶段科学辨识特高压电网面临的潜在风险，在构建特高压电网时未雨绸缪地采取防范措施规避风险，对于保障特高压电网安全可靠运行具有重要意义。
1.特高压电网运行风险分析
1.1 概述
本文分别从特高压电网风险来源、风险类型、风险后果三个维度分析特高压电网风险的产生机理。
对于电力系统风险而言，在低电压等级的局部电网主要关注供电可靠性，而对于高电压等级的全局电网而言，更加关注安全稳定性。对于电压等级最高的特高压电网而言，系统在故障后能否保持稳定、是否能够防止事故大范围扩散主要决定了特压电网风险的大小。特高压电网风险因素主要可以分为负荷侧风险、发电侧风险、特高压线路与变电设备风险以及相应的二次系统风险。由于特高压电网的输电容量较大，特高压线路与变电设备的故障是系统最主要的风险因素。以上各种因素引起的风险类型按系统状态可分为系统电压越界、线路过载、功角失稳、电压崩溃以及由此引发的连锁故障。需要说明的是，这些故障往往不是单一存在，而是相互耦合的，在不同的故障中表现的相对严重程度不同。根据风险类型以及其产生的影响大小，将风险的影响分为不损失负荷、损失部分负荷、系统解列以及系统产生大停电四个等级。
1.2 负荷与发电侧供需波动引起的潮流控制风险
特高压电网实现了跨大区之间的电能交换，在特高压电网建设的初期，特高压电网的网架结构还比较薄弱。为了保证电网的安全稳定运行，特高压线路作为大区电网间的联络线需要进行联络线功率控制。理论上，特高压电网的潮流控制将通过各区域内的调频与自动发电控制（AGC）机组协调控制实现。但在实际当中，由于不同区域之间发电结构的差异，不同区域的机组调节能力差异很大，同时机组存在调节时滞、出力震动区等特殊因素，可能出现机组调节容量枯竭、不同区域之间的协调控制产生困难的问题。与此同时，大规模间歇性能源的接入、各区域之间负荷的波动不同步、大容量机组退出运行、大容量直流线路闭锁等因素将增加短时间内联络线功率控制难度。联络线的功率无法有效地控制将可能破坏系统静态或暂态稳定，同时也可能导致线路继电保护动作进而引发系统连锁故障。
1.3 特高压线路与设备故障引起的失稳及连锁故障
特高压电网的传输功率的规模相比于送受端的负荷的而言较大，特高压输电通道故障引起系统功率不平衡以及线路过载是影响特高压电网安全稳定的主要因素。导致特高压输电通道故障的内部外部因素较多，内部因素主要包括线路与设备老化问题产生的故障。外部因素主要包括自然环境（恶劣天气等）、电气环境（较近的 500 k V 电网故障）以及人工因素（人为误操作）特高压输电通道送电容量较大，一旦发生故障后：
1）送受端发电机功角摆动幅度过大，可能造成系统功角震荡失稳或电压崩溃；
2）故障切除后其他送电通道将承担大量的潮流转移，可能造成系统静态失稳与电压越界。
3）潮流转移还可能引起其他线路过载跳闸，进而引起系统连锁故障。
上述风险既包括规划层面的原因也包含运行层面的原因。在规划层面上对系统运行形态考虑不全面、电网结构规划不合理，在运行层面上制定高风险的检修计划与运行方式等因素都是可能引起上述电网灾变的原因。
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此外，在特高压电发展的过渡时期，将会形成特高压线路与下一等级线路的电磁环网，特高压线路故障后，潮流将会转移到低电压等级的输电线路上，使得这些线路重载、过载，对系统稳定性的威胁较大，容易造成事故的扩散。
1.4 继电保护以及安全稳定装置风险
特高压系统电压等级高，其保护系统复杂，主要包括继电保护装置以及安全稳定装置，这些二次系统也存在一定的故障风险。一般而言，特高压电网中常配置一套以上主保护以及后备保护，故障中多套保护均拒动的可能性极小，其风险主要来自保护误动。
安全稳定装置主要包括切机、切负荷、快关汽门、低频低压减载及振荡解列等自动装置，若安全稳定装置不正确动作，例如切机失败、切负荷量不足等，也将会发生严重的线路过载，进而引起线路跳闸——其余线路过载——系统跳闸等一系列的连锁性故障。
2.特高压电网风险评估框架
2.1 标准评估流程
根据以上对特高压风险因素的分析，本文提出特高压电网风险评估流程。相对于传
统的电网风险评估，安全稳定性是特高压电网运行中需要考虑的重要的风险因素，因此，在风险评估中，不仅需要考虑常规的电网静态风险，同时还要考虑系统的暂态安全风险。特高压电网风险的评估流程可分为系统建模、状态采样、故障判断、稳定性分析以及损失统计五大块内容。其评估过程可简述如下：首先分析电力系统风险因素并建立不确定性模型。然后对不确定性模型进行简化与等效，为了快速评估系统的安全稳定性，还需要对电气模型进行简化与等效。在此基础上进行系统发电机组、负荷以及线路状态的采样，根据采样判断系统是否故障，若系统处于正常状态则进入下一次采样计算；若系统故障则进入故障状态的分析。统的发电状态以及潮流，根据设定的安全控制原则判断安稳控制措施、采样系统故障切除时间以及重合闸过程。此后依次进行系统静态电压稳定评估，系统静态功角稳定评估以及系统暂态稳定评估，上述稳定评估中，若发现系统不稳定，则进行事故损失统计，若三项评估均得到系统稳定的结果，则进行其余元件继电保护是否动作的判定。若其余元件继电保护动作则再次进行系统静态电压稳定评估，若不动作则开始切负荷量最小的紧急控制方案，然后进行系统事故损失统计，继而转入下一次采样，重复采样过程直至方差达到预设的定值，最后得到系统风险指标统计结果。上述风险评估流程，既考虑了特高压电网中的各种风险因素，同时也考虑了特高压电网静态、暂态安全风险以及连锁故障风险。进而能够对特高压电网风险全面的评估。
2.2 流程的分解与简化
特高压电网风险评估流程理论上能够考虑特高压电网各种故障对系统安全稳定的影响。但是在实际计算中，电力系统在正常状态以及绝大多数状态下都能够保持稳定，产生稳定破坏的状态的概率极低。因此，上述标准评估流程存在采样效率低、稳定性计算时间长的特点。与此同时，上述流程只考虑系统故障的后果，并没有考虑系统不产生安全稳定问题的状态的安全裕度。综上所述，应对评估流程其进行改进，评估流程改进的原则包括：
1）采样时应当尽量避免肯定不会产生安全稳定问题的状态，提高采样效率；
2）采用参考故障集快速评估系统稳定性，提高计算效率；
3）应当在评估中引入安全稳定裕度的概念，科学的揭示风险的大小。
3.结语
我国资源能源中心与经济中心成逆向分布，特高压长距离输电成为解决这一问题的重要途径。但与此同时，特高压电网增大了电力系统的复杂性，分析特高压电网的风险，进而有效控制与预防风险对于特高压电网而言具有重要意义。本文先从特高压电网风险来源、风险类型、风险后果三个维度揭示了特高压电网的风险产生的机理。在此基础上总结了特高压电网的风险因素，包括负荷与发电侧供需波动引起的潮流控制风险、特高压线路与设备故障引起的失稳及连锁故障以及继电保护以及安全稳定装置风险。然后提出了特高压风险评估的框架与流程，并给出了分解与简化计算的方法。最后从强化安全稳定控制措施、优化网架结构、优化运行方式、重视风险管理四个方面总结了特高压电网风险应对的对策。
参考文献：
[1] 刘振亚. 特高压电网[M]. 北京： 中国经济出版社 2015.
[2] 舒印彪 2012 年国家电网公司特高压输电论证工作综述[J]. 电网技术，2006
论文作者:令狐磊,姚娜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/15
标签：电网论文; 风险论文; 特高压论文; 系统论文; 故障论文; 稳定论文; 因素论文; 《电力设备》2017年第20期论文;