电网危机管理研究综述

2008年10月

　　文章编号:1001-4179(2008)20-0085-03

人　民　长　江

Yangtze　River

Vol.39,No.20Oct.,2008

电网危机管理研究综述

李士华　唐德善(河海大学商学院,江苏南京210098)

摘要:电力工业是国民经济的命脉,但国内外电网危机时有发生,缺乏危机管理意识是其内在的本因。电网危

机管理必须建立在电网分层分区、互济互供的地区间合理科学的电网结构之上,对电网科学的规划是电网长期运行的基础,建立电网危机的预警系统、编制和实施黑启动方案是有效化解电网危机的必然手段。研究国内外相关现状,对于研究中国如何应对电网危机并实现危机化管理将具有深刻的借鉴意义。关　键　词:危机;电网危机;危机管理;电网规划中图分类号:TM727　　　文献标识码:A

　　国内外大停电危机频繁发生及电网危机管理意识淡薄警示

电网危机管理的重要性。2003年8月14日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电危机[1]。2005年5月25日,莫斯科大停电危机。2006年11月4日,欧洲多国发生大面积停电危机。2008年1月中旬,冰雪灾害引发中国南方电网危机,以及2008年“5・12”汶川特大地震也引发电网危机等。调查显示,中国城市居民危机防范意识、危机管理意识较低[2],如图1所示。经调查,莫斯科大停电危机发生的主要原因是电站人员协调不当、管理体制上的疏漏。面对突如其来的电网危机,以及其引发的连锁次生危机,研究如何化解危机,实现电网的安全运行还是提高电网企业乃至公民危机意识均具有理论和实践价值。

位的首要目标受到威胁;做出反应的时间有限;出人意料[3]。灾害论视角的危机论(Barton,1993年)认为,危机是一个会引起潜在负面影响的具有不确定性的大事件,其后果可能对组织及其员工、产品、服务、资产和声誉造成巨大的损害[4]。Mitroff(1994年)则认为,危机是一个实际威胁或潜在威胁到组织整体的事件[5]。文化视角的危机论(B.Turner,1976年)认为,危机是企业内部角色结构中断和信仰系统崩溃的器物表象(arti-[6]

fact)。虽然看待危机的视角不同,但要对危机进行管理是其共同点。

按照美国StevenFink(1986年)的界定,危机管理是指组织对所有危机发生因素的预测、分析、化解、防范等而采取的行动,包括组织面临的政治、经济、法律、技术、自然、人为、管理、文化、环境和不可确定等所有相关因素的管理[7]。电网危机管理就是研究电网危机过程中带规律性的模式,研究电网危机发生发展过程中电网危机的预警、应对恢复,以及如何保障电网的长治久安以实现电网的安全稳定运行。

2　国内外电网危机预警研究

从“电力系统安全运行框架结构(Dy-Liacco,1967年)”的提出,电网预警的发展经历了调度控制中心功能从初期的系统监控和数据采集(SCADA)发展为能量管理系统(EMS),使“经

图1　对危机管理领域及政府危机管理的现状了解状况

国内外系统研究电网危机管理相对比较缺乏,还正处在应

急管理向危机管理的转变阶段,本文将从电网危机的预警、电网危机的化解以及电网长期安全稳定运行3个方面较系统探讨国内外应对电网危机的相关研究。只有将3方面、3阶段系统地联系起来才能保障电网的安全稳定运行。

验型”调度提高到“分析型”调度[8],再由“分析型”向“预警型”转变的实质性变革[9]。

相关的研究成果,如基于系统故障模型法,针对电力系统状态监控、电网故障与停电隐患事故的预测,利用远程监控技术、电网故障模式识别、高速系统诊断技术与电网监测评估系统构筑电网监控与综合性预警系统[10]。从时间维、空间维、对象维,建立电网控制中心安全预警和决策支持系统[11]。从综合安全预警的角度,建立了一套完整的基于能量管理系统和调度员培训模拟系统数据平台的在线综合安全预警及协调预防控制分析系统[12]。还有学者则研究基于EMS/DTS的在线继电保护智能

1　电网危机管理的内涵

不同视角下危机具有不同的界定。决策论视角的危机论(C.F.Hermann,1972年)认为危机包括以下3个要素:决策单

收稿日期:2008-08-24

作者简介:李士华,男,河海大学商学院,博士研究生。

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预警,是综合预警系统中的一个子系统[13]。

　　人　民　长　江2008年　

电网预警系统向可视化技术方向发展[14]。T.J.Overbye

(1999年)研究利用虚拟环境在地理位置图上进行数据的3D显示,其中纵向维度显示可用传输容量和发电机无功功率储备等数据[15]。I.N.Kobayahi(1991年)对暂态稳定、电压稳定的可视化方法进行了研究,但该方法对调度员理论水平要求较高,且计算时间较长,不太适合调度员在线监视[16]。A.J.Hauser(1999年)研究和提出了能够显示系统整体运行状态、存在问题或运行人员所关心的宏观数据分析结果、所关心量的具体数值的三级显示方案[17]。国内研制设计的在线可视化调度和预警系统具有“系统的可视化”、“实时、在线、高效”、“自动及智能”、“预警和控制”典型特征,且得到多个网调、省调和地调投运[18]。Makarov,V.Yuri(2005年)基于欧洲、美国、俄罗斯等国电网危机的反思,虽然其电网系统拥有调度人员的培训、广域的可视性系统、电力系统稳定分析模型、应急控制系统,但是电网危机依然存在

[19]

4　电网的合理规划

4.1　分层分区

为保障电网系统稳定运行,尽最大可能地不出现大面积的电网危机,电网的结构必须合理,以保证电网供电功能的持续实

现。

(1)分层分区运行的必要性。分层分区运行是电网发展的必然趋势,在电力系统的发展过程中逐渐形成了分层分区原则[26]。电网规模的扩大有利于资源的有效配置,增加备用容量,减少电网损失,从而提高了电网运行的可靠性,因此电网互联成为目前的必然趋势;由于互联电网规模的扩大也增加了系统短路容量,电网局部故障容易波及其它地区,可能引起电网危机。研究也表明,在大型互联电网中,当电网发生故障且故障被切除后,潮流将被重新分配,如果不加处理,新的过负荷线路或变压器将被切除,可能引起连锁反应,甚至系统崩溃[27]。为解决这些问题,通常在高一级电网发展到一定规模时将低一级电网分区域解开,亦即进行分层分区。

(2)分层分区运行方式决策。电网发展的复杂性和多样性,从电磁环网方式到分层分区方式的转变过程中,不同电磁电网何时解环,在何处解环,如何分区等问题应进行潮流、稳定性、短路电流、网损等多方面的分析计算,综合利弊后才能做出决策。电磁环网和分层分区运行方式既有不同的适应性,有自身优缺点,且可以相互转化,这须根据电网发展的具体阶段对采用何种方式运行作出决策。广西、湖北、湖南、上海、江苏、福建等许多省份在通过潮流计算、稳定计算、短路容量计算以及网损计算来分析论证可行的解环和分层分区方案和规划日程。

(3)立足国情改造电网结构。发达国家的电气设备电力容量大,热稳定性能良好、开断电流较大、线路传输的功率较大,短路电流对设备影响不十分严重,对电网中的电磁环网以及分层分区方面的研究还不够充分。根据中国的国情,对现有网架进行改造,实行分层分区的供电方式,优化现有电网则较为合理。

。由此可见构建以调度为中心、以预警技术系统

为支撑的发电企业机网协调、多部门内外协调电网危机预警机制的重要性。

3　化解电网危机的相关研究

电网危机发生后,其化解手段是“黑启动”,以便迅速地化解危机。“黑启动”就是指整个电网系统因故障停运后,不依靠

别的网络帮助,通过系统中具有自启动能力机组的启动,带动无自启动能力机组,逐渐扩大系统恢复范围,最终实现整个系统的恢复

[20]

。实施黑启动方案,需要网间、地区间、多部门协调联

动,是化解电网危机的关键。

3.1　国外“黑启动”相关研究

国外对电网黑启动的研究始于20世纪70年代末。M.M.

Adibi、P.C1e11和L.Fink(1987年)研究分析了“纯火电、水火联合、水电为主”3种不同类型系统的恢复计划,指出它们需要考虑的共同问题,如无功平衡问题及负荷—发电功率平衡问题等,同时还对“串行”或“并行”恢复方案的选择进行了讨论。R.R.Lindstorm(1990年)结合美国内布拉斯加电力系统,研究使用遥远小水电作为启动电源来启动大容量火电厂的黑启动方案,并用仿真和实验结果进行校验,得出了比较一致的结论[22]。N.A.Fountas(1997年)对希腊Hellenic电力系统的一次大停电事故进行了恢复仿真研究[23]。M.M.Adibi和D.P.Milanicz(1999年)利用主观概率得到恢复过程中每一步操作所需时间的正态概率分布情况,并利用“关键路径法”得到整个启动过程

[24]

所需时间去估计启动方案成功的可能性。S.LARSSON和E.EK(2004年)指出:快速恢复控制极端重要;在事故发生时要尽量保留厂用电,新的机组要有黑启动能力。

[21]

4.2　科学规划

不合理的电网规划是导致电网危机发生的遗传基因,“孟菲定律”就会起作用。E.G.Neudorf(1995年)认为,做好电网优化设计工作是电网工程建设的关键环节,它对电力工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益起着决定性的作用[28]。

(1)国外电网的规划研究。国外电网规划准则:俄罗斯,北美电力可靠性协会,北欧的挪威、芬兰,西欧的比利时、法国、意大利、荷兰、英国等20多个国家和地区,现行电网规划准则基本上还是以确定性准则为主,即采用技术条款和事件校验的方法来评价输电网的可靠性。因各国具体电网情况不同,制订准则时考虑问题出发点亦不同,其思路和侧重点也就不同[29]。但是,各国的基本思想都是通过在规划电网的过程中,设计出激励机制,引导电源的布局,因各国具体的国情不同做法各异。

(2)国内电网规划的研究。电力市场化改革对电网规划提出了挑战,并采取相应的对策,将电源规划的不确定性看成是影响电网规划的因素[30],可见,这忽视了电源规划与电网规划的统一性和关联性。有学者根据我国电力市场和电网结构的特点,提出了节点输电电价和建立当地电价系统的建议,推荐采用“统一规划、发电投标决策”和“参考规划、发电自主决策”规划模型来协调输电规划和发电规划。有的则综合考虑电力供应的

3.2　国内“黑启动”相关研究

1998年国家科技部启动了“我国电力大系统灾变防治与经

济运行的重大科学问题”的研究项目,“黑启动”研究成为各大电网、省电力公司的重点课题之一,国家电网公司也将电网是否具有黑启动功能作为考核一个电网是否安全的重要指标,因此国内各电网和省公司更加大了对电网的“黑启动”研究。大区域性的大电网的黑启动研究包括对华东电网、华中电网、华北电网的黑启动研究;浙江、安徽、山西、陕西、广西、云南、贵州、甘肃、内蒙、山东等省域电网均开展了研究;南京等地方电网也积极研究黑启动问题以应对大停电危机的发生[25]。

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技术经济性、需求管理、环境、社会经济等因素,采用综合资源规划的方法进行电力规划。研究通过市场机制建立合理的输、配电价机制来引导电源和电网的布局。

(3)国内外电网规划方法。电网规划的数学模型:根据电网运行可靠性及经济指标,可将电网规划分为确定性模型和可靠性模型。随着电力市场需求管理的兴起和可靠性价值概念的形成,电网扩展规划方面产生了一系列新概念[31],如最小成本规划,综合资源规划,追求全社会最大的收益。可靠性模型的目标函数取可靠性成本和可靠性效益的现值之和。电网规划的求解主要有启发式优化法[32]和数学优化方法[33],或者G.C.Oliv2

[34]

era(1995年)综合两种方法。启发式优化法具体包括灵敏度方法、遗传算法、模拟退火法、专家系统、列表寻优法。数学优化方法则包括线性规划、整数规划、模糊规划、灰色理论、动态规划等。

5　结语

电网危机管理的研究还处在应急管理向危机管理的过渡阶段,欧美及俄罗斯大停电危机就说明了这一点。只有“危机化管理”才是应对电网危机的良策。

发达国家电网运行的现状表明:电源合理分布、电网科学规划是保障电网稳定运行的前提;管理机制已逐步完善,特别是美、加大停电后,西方发达国家进一步完善了指挥协调、信息疏导、事故预案、法律法规等安全管理机制。

中国电网建设和危机管理方面仍存在以下问题:电网建设缺乏统一规划,网架结构不尽合理;电源点形式单一且分布不合理,网络输送能力不足;电网管理缺乏有效协调机制,运行时难以统一调度,事故时难以统一指挥;输电走廊建设缺乏战略眼光;电网运行管理体制较为传统,缺乏创新,电网的传统运行管理体制、安全控制模式和人工调度手段,难以对电网突发事故实施有效控制;指挥协调、信息疏导、事故预案、法律法规等配套安全管理机制急需进一步完善;缺乏电网运行“黑启动”运行方案。

电网科学的规划是电网长期稳定的基础,电网危机管理过程中必须建立电网危机管理机制、电网分层分区、互济互供的地区间协调机制,建立电网危机的预警机制、编制和实施黑启动方案的过程中贯穿大电网危机管理的协调机制,只有这样,电网危机才不会因管理的缺陷而发生。

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