考虑风电不确定性的电网状态检修策略

摘要：设备状态检修背景下，随着风电等高比例新能源并网发电，电网检修计划决策中输变电设备个体与电网运行整体间的矛盾和冲突越来越难以平衡，使电网检修计划决策面临严峻挑战。对此，文中提出考虑风电不确定性的电网状态检修策略。首先，基于设备状态监测信息和状态评价技术，建立设备故障率及其与检修策略间关系的数学表达；其次，依据风险理论给出电网故障风险和检修风险的数学模型，并基于次时间尺度的安全约束机组组合模型评估其中的电网运行损失；最后，提出以电网故障风险和检修风险之和最小为目标的考虑风电不确定性的电网状态检修模型，并采用修改的IEEE-30节点系统算例验证所提模型的有效性。

研究背景

电网状态检修是综合考虑设备个体状态和电网整体经济运行情况的预防性检修。相比于计划检修，电网状态检修既能充分利用设备在线监测的实时信息，发挥设备状态检修优势，又能通过评估设备因故障或检修停运所产生的风险协调各设备的检修时机，保障电网安全、可靠、经济运行。另一方面，随着新型电力系统建设的不断推进，风电等新能源大规模并网发电，其固有的强不确定性与电网输电设备性能状态的不确定性叠加势必会增加电网检修时机选择的难度，迫切需要对风电不确定条件下的电网故障风险和检修风险进行量化评估，推动电网状态检修在以新能源为主体的新型电力系统中的推广应用。由此使不确定性条件下电网检修决策面临挑战，并成为目前研究的热点问题。

目前国内外学者基于风险理论对不确定条件下的电网检修问题进行了诸多探索。文献[5]以因线路检修停运所导致的系统切负荷增量最小为目标构建了输电检修计划模型，并提出基于禁忌搜索的求解方法；文献[6]利用蒙特卡洛模拟方法评估输电系统可靠性，进而以电网供电不足风险最小为目标优化输电线路检修计划。上述研究侧重于通过评估输电检修决策对电网可靠性的影响优化输电检修计划，但未考虑设备老化及检修策略所导致的故障率在研究周期内的变化。为实现设备状态与检修策略关系的精细化建模，满足电网状态检修决策的需要，文献[7]提出了一种基于役龄回退理论的电网设备状态评估方法；文献[8]使用马尔科夫理论描述线路的运行状况，并据此建立了线路状态评估模型；文献[9]提出一种状态检修背景下的设备三阶段时变停运模型；在此基础上，文献[10]基于输变电设备的老化过程提出电网状态检修的概念并构建相应模型，通过折中处理设备个体性能与电网整体运行达到降低系统总风险的目的；在电网状态检修理念引导下，文献[11]考虑检修策略对变电站设备状态变化的影响建立了变电站状态检修决策模型；文献[12]考虑设备状态评价结果可能存在误差，据此决策的检修计划可能过于保守或冒进，为此构建了基于设备状态部分可观的电网状态检修计划模型；文献[13]针对配电网设备量多且多样化的特点，提出考虑多状态马尔科夫过程的配电网状态检修方法；文献[14,15]采用分段线性化的威布尔分布函数对电网设备老化故障率进行建模，并基于电网状态检修概念建立了变压器状态检修两阶段混合整数线性规划模型。上述关于电网状态检修决策的研究充分利用了设备在线监测信息，同时兼顾了设备个体和电网运行整体风险，使检修计划更加有的放矢，但未考虑风电不确定性对电网状态检修决策的影响。对此，本文在前人研究的基础上，以输电线路的检修决策为研究对象，提出考虑风电不确定性的电网状态检修模型和求解方法。首先，在设备状态检修监测和评价技术基础上，给出输电线路故障率及其与检修计划间关系的数学模型；其次，给出电网故障风险和检修风险的数学表达，并基于次时间尺度考虑风电不确定性的鲁棒机组组合模型对事故场景下的电网运行损失进行计算；最后，考虑输电线路检修相关约束条件，以电网故障风险与电网检修风险之和最小为目标建立考虑风电不确定性的电网状态检修模型，并给出对应的求解方法。

结论

针对设备状态检修和风电渗透率不断提高背景下的输电线路检修问题，提出了考虑风电不确定性的电网状态检修的模型和方法，通过算例分析得到如下结论：

1）相比于传统计划检修方式难以考虑设备实际的老化过程导致其过早或过晚检修引起风险上升的问题，所提电网状态检修模型能有精确考虑设备性能劣化对故障率影响，通过电网故障风险和检修风险的折中更好地把握设备的检修时机，提升设备潜能的发挥。

2）相比于设备状态检修方式，所提模型能够综合考虑设备个体性能与电网整体运行效能，可以在提升电网检修计划整体经济性的同时，保证设备个体的性能处于可接受的状态，从而降低系统总风险。

3）所提模型通过计算电网检修或故障等各种停运场景下的电网运行成本考虑风电不确定性对电网故障风险和检修风险的影响，进而构建电网运行风险与电网状态检修策略间的关联关系，能够有效提升高比例新能源电力系统中电网检修计划的有效性，满足以新能源为主体的电力系统构建需求。