电力系统电源规划可靠性研究

电力系统电源规划可靠性研究•1.1任务依据电力部于1998年6月1日起颁布试行的《电力发展规划编制原则》后续工作的要求电力可靠性管理中心赴美进行电力可靠性管理考察的建议由国家电力公司计划投资部，电力可靠性管理中心和电力规划设计总院研究决定，共同开展我国电源规划(发电系统)可靠性研究工作1前言1.2组织方式此项工作由国家电力公司计划投资部、电力可靠性管理中心、电力规划设计总院共同组织开展，由电力规划设计总院负责课题组的具体工作课题组以规划院、西安交通大学、西北院的专家为主开展工作，各设计院参加阶段性工作。1.3研究目的我国电力系统规划一直采用确定性分析方法来确定装机规模本课题旨在结合国内各主要电网的具体情况，开展用概率性方法评估发电可靠性的研究，并与传统的备用裕度法进行校核。目的是为尽早提出适应我国国情的电源规划可靠性准则，修改有关的规程、规定，指导和规范电源规划工作奠定基础。从而使电源规划更为科学、合理，更好地适应市场经济条件下电力建设的需要。2基本原理及计算软件–2.1发电系统可靠性评估方法国外采用的可靠性规划准则基本分两大类：确定性准则和概率性准则确定性指标－通常有两种表示方法：百分备用指标和最大机组备用指标，该指标是从运行经验中总结出的一种定性量度。确定性准则没有考虑机组容量大小和强迫停运率大小等不同对可靠性有显著影响的差别。概率性指标是考虑到发电机组故障的随机性，通过概率统计的方法确定的指标。在国外最为常用的指标有：(1)电力不足期望值LOLE，该指标又可分为LOLE(D)或LOLE(H)，(2)电量不足期望值EENS(3)系统分钟数SM(SystemMinute)(4)还有F&D指标，即故障频率及持续时间指标这其中以电力不足期望值LOLE指标应用最为广泛，一般多数国家采用的标准为LOLE＝0.1-1天范围内表2－1国外电力公司发电可靠性标准国家（或公司）LOLE(d/a)LOLE(h/a)容量裕度(%)国家（或公司）LOLE(d/a)LOLE(h/a)容量裕度(%)澳大利亚5~720~30日本0.3*20~30比利时16约旦0.425~30巴西2.5瑞典0.4加拿大0.12.520荷兰30~34独联体3515~17挪威3丹麦20葡萄牙20芬兰914罗马尼亚0.1~1.230~35法国0.22斯洛维尼亚2024西德20南非62022~28爱尔兰共和国1.5933~35西班牙0.110意大利25英国1.824象牙海岸17美国15~202.2计算软件•采用西安交通大学开发的发电系统可靠性评估软件包REGEN进行计算。3基本数据1997年2000年地区总装机水电比例最大负荷备用率总装机水电比例最大负荷备用率东北267515.4%213025.6%318115.2%239632.8%华北32738.5%(5.3)%248131.9%384110.5%(3.0)%296729.4%西北139036.7%95845.1%178337.8%137030.2%华东34325.8%291817.6%44518.5%366621.4%华中261734.4%188938.5%319930.5%220045.4%山东13230.0107423.2%15430.0%126022.5%福建47153.3%35732.2%90853.2%63842.5%川渝88236.5%72022.5%141150.8%104035.7%3.2强迫停运率•机组等效强迫停运率EFOR指标由电力可靠性管理中心提供，•本次计算按以下原则考虑:采用等效强迫停运率EFOR，它考虑了机组非计划降出力部分EFOR统计范围为机组状态1－5类，而公布EFOR统计范围为1－3类统计时段选择，1997年为实际值，2000年为五年统计加权平均值通过分析比较，可得以下规律：(1)水电机组的EFOR值比火电机组低(2)大容量火电机组（30、50和60万kW机组）的EFOR值比低容量（10、12.5、20万kW机组）的为高。(3)国内5年统计平均值比1997年平均值高。(4)北美5年统计平均值比我国高。(5)北美大机组与小机组EFOR指标的差异远小于我国相对应机组的差异。注：具体数值见表3.3~3.53.3各网等效强迫停运率•我国电网的EFOR指标普遍偏小，而且各网差异较大,下表给出了各网EFOR加权平均值。•2000年福建、东北电网在4%以下；山东、华中、川渝、华东电网的在4%~5%之间；西北、华北电网在7%~8.1%之间。东北华北西北华东华中山东福建川渝1997年2.283.495.243.442.742.261.331.882000年3.738.087.335.265.054.272.335.173.3各网等效强迫停运率•由于目前各网均有一定比例的小机组，随着小机组的逐步退役，及大容量机组的不断投入，我国电网的EFOR将有进一步增大的趋势4.1可靠性计算基本结果•1997年可靠性指标计算结果地区加权EFOR(%)备用率（%）LOLE(H)(h/a〕LOLE(D)(d/a)东北2.2825.625.591E-066.35E-06华北3.9531.911.573E-063.39E-06西北5.2445.143.620E-023.33E-02华东3.4417.631.047E-011.39E-01华中2.7438.522.739E-071.28E-07山东2.2623.188.507E-031.06E-02福建1.3332.151.188E-029.3E-03川渝1.8822.522.079E-002.58E-004.1可靠性计算基本结果•2000年预测可靠性指标计算结果地区加权EFOR(%)备用率（%）LOLE(H)(h/a〕LOLE(D)(d/a)东北3.7332.784.75E-062.79E-05华北8.0829.435.05E-031.93E-02西北7.3330.185.55E-023.87E-02华东5.2621.431.76E-051.12E-04华中5.0545.402.19E-062.31E-06山东4.2722.461.04E+001.23E-00福建2.3342.485.49E-013.72E-01川渝5.1735.692.60E-012.40E+01由上表可看出：•八大网除1997年川渝、2000年山东、川渝LOLE(H)大于0.2(h/a)和LOLE(D)1(d/a)，其余各网指标都比较好。•主要原因：(1)、电力需求趋于缓和，电网装机裕度偏大(2)、各网EFOR偏低。4.2各网LOLE灵敏度分析•八大网2000年不同LOLE时的备用率(%)计算结果EFOR(%)LOLE(D)=0.1d/aLOLE(D)=1d/aLOLE(D)=2d/a东北3.73722.2129.5518.7725.1317.6123.69华北8.08727.0924.4823.8621.4822.8120.52西北7.33728.1527.6223.0222.4421.2620.67华东5.26714.3917.6911.6114.5710.6813.53华中5.05732.2435.9128.5031.8227.2130.36山东4.27727.9635.5422.8329.3721.2827.38福建2.33748.1164.2439.2152.9636.0831.06川渝5.17737.8143.8031.2236.1529.1633.814.3计算结果分析(1)、EFOR对可靠性的影响•EFOR对各网的装机备用影响很大。•为了进一步分析LOLE、EFOR及备用三者之间的相互关系，我们以LOLD为2d/a，绘出2000年EFOR～备用率关系曲线，见图4－1：(1)、EFOR对可靠性的影响图4－12000年EFOR～备用率(%)关系曲线(LOLE(D)=2天/年)10152025303540455055602%3%4%5%6%7%8%9%10%EFOR备用率(%)东北EFOR=3.73%备用率＝17.61%华北EFOR=8.08%备用率＝22.80%西北EFOR=7.33%备用率＝21.26%华中EFOR=5.05%备用率＝27.21%华东EFOR=5.26%备用率＝10.68%山东EFOR=4.27%备用率＝21.28%福建EFOR=2.33%备用率＝36.08%川渝EFOR=5.17%备用率＝24.48%华北东北西北福建华中山东2000年基本5类值华东川渝由图可看出：•当加权EFOR每增加一个百分点，对应东北、华北、华东、华中、西北电网装机备用大约需增长1.7～1.9个百分点；山东、福建、川渝装机备用大约需增长2.3～3.0个百分点。•当加权EFOR值取4%~8%时：华东电网的装机备用，在15%以下；华北、西北、东北、电网的装机备用在15%～25%之间；山东电网的装机备用在20%～30%之间。华中、川渝电网的装机备用在25%～35%之间；福建电网的装机备用在40～50%之间。(2)、系统规模对可靠性的影响在相同LOLE、相同EFOR水平下，系统规模大小，对可靠性有显著影响，规模大，备用小。以EFOR＝7％，LOLE(D)为2d/a为例：•华东、华北、东北、华中四网，装机容量3000万kW，相应备用率范围为13.53～30.36％；•西北、山东、川渝三网装机容量在1000～2000万kW间，相应备用率范围在20.67～33.81%；•福建电网装机容量1000万kW，相应的备用率为33.81%(3)、电源结构对可靠性的影响水电比重对备用率影响十分敏感，特别是对水电调节性能不好的系统，系统所需的备用较大，主要原因是水电系统在枯期可能有空闲容量，使其可用装机降低。•福建、川渝两网水电比重50%，对应EFOR为7%、LOLE为2d/a的水平，所需备用相对很高31.06%、33.81%；•华中、西北两网水电比重30～40％，对应EFOR为7%、LOLE为2d/a的水平，所需备用为30.36％、20.67%。(3)、电源结构对可靠性的影响•西北水电调节性能好，故其枯季空闲容量小，备用相对小；•以火电系统为主的系统，相应水平下的备用均比火电系统小，备用最大的山东系统为27％，其它电网在13.53％～23.69之间。(4)、负荷曲线对可靠性水平的影响由于本程序采用等备用原则进行生产模拟，负荷曲线的形状将直接影响机组最大负荷月的检修安排，进而影响其可靠性水平。表4－42000年检修安排基本结果单位：万kW％地区月不均衡系数总装机平均月检修容量检修比例(%)最大负荷月检修容量检修比例(%)东北0.8753181.1326.410.300.0华北0.8983840.8410.510.7701.8西北0.9261783.4170.49.6703.9华东0.8824450.5455.110.200.0华中0.9413198.8243.37.61133.5山东0.9431543.0173.911.3956.2福建0.952908.372.48.0353.9川渝0.9391411.1153.610.9412.9(4)、负荷曲线对可靠性水平的影响•从表4－4中可看出：各网的平均月检修容量除华中外均在8%－12%范围内；•华东、东北季不均衡系数最小，故两电网最大负荷月的检修装机为零；•山东电网的季不均衡系数较大，故最大负荷月检修装机较大。•机组的检修情况直接影响系统的可靠性水平，华东电网由于最大负荷月机组检修容量为零，故其在满足一定的可靠性水平下，系统备用小。(4)、负荷曲线对可靠性水平的影响将华东电网2000年负荷特性曲线用1997年代替，比较负荷曲线变化对可靠性指标的影响。由于1997年的负荷曲线较2000年平缓，两负荷曲线下，最大负荷月的检修装机相差130万kW，从而对系统可靠性带来了显著影响。季不均衡系数LOLE(H)(h/a)LOLE(D)(d/a)最大负荷月检修装机基本方案20000.8821.76E-051.1E-040灵敏度方案19970.9214.