发达国家供电可靠性管理的理念和经验.ppt

发达国家供电可靠性管理的理念和经验,发达国家供电可靠性管理的两种理念：追求极高的可靠性，追求社会成本最小化 新加坡、日本及欧州供电可靠性管理经验 美国供电可靠性管理经验 波士顿供电可靠性咨询案例,国际供电企业的使命和愿景：确保安全可靠，优质经济的电力供应（keep the lights on）,美国联邦能源管理委员会通过竞争和监管为美国公众提供安全可靠，环保经济的电力供应 美国德克萨斯州电网提供安全可靠，优质经济的电力供应 PJM愿景在运营可靠的和高效的电力趸售市场，成为今天和明天电力工业的领军者 PJM使命确保安全，可靠的电力供应， 创造和运行坚强，有竞争力和无歧视的电力市场， 理解用户需要，提供经济的，价值增加的服务， 通过高知识的员工和创新提高劳动生产率。 英国Ofgem为能源客户提供更多的选择、创造更大的价值；客户至上, 致力于保护所有的能源客户 东京电力致力于美好生活和友好的环境，提供最优化的能源服务；赢得社会的信任，在竞争中生存，培育人才和创新技术。 新加坡电力提供可靠、经济的能源服务，创造经济、高效的生活；致力于为客户、员工和股东创造价值，提供世界领先的服务。 德国EON成为全球最领先的电力公司,发达国家供电可靠性管理的两种理念：追求极高的可靠性，追求社会成本最小化,1. SAIDI = 用户持续停电的总分钟数数被用户总数除，单位是分钟每用户每年 2. SAIFI = 用户持续停电的总次数被用户总数除，单位是中断次数每用户每年 资料来源：某供电企业2004年内部数据；本公司输配电网对标研究数据,高峰时段发电产能不足的经济成本 （美元/千瓦/年）,高峰时段的可用性 （%）,较差的供电可靠性产生较高的直接经济成本 高峰负荷情况下,例：对某公司分析每年高峰时段减少五个点的可靠性造成高达9400万美元的成本,注：假定高峰批发电价是128美元/MWh（1998年55天最高电价的平均值）；876 个高峰时数10%)，20,000 MW发电产能的边际成本相当于20美元/MWh。假定10%的实际COC 资料来源：Power Markets Week；Powerdat；Hoovers; BCG 估算和分析,示例,用更高成本的产能或者市场现货价格补充损失产能的成本 成本 = （市价 损失产能的边际成本） x 损失的产能 x 期限 因季节和时间的不同而大相径庭 经济不便利性日益增加 突发的维修、延时、零部件替换、应急措施等，以便恢复工厂发电 清理 其他成本（有形和无形成本） 公共关系欠佳、声誉下降 品牌影响 监管要求 管理的时间机会成本 责任,较差的供电可靠性所带来的损失 规模不等，各个工厂、各个时段也不一,直接成本,间接成本,对停电所造成的社会成本和提高供电可靠性的成本按经济学原理进行优化,经济成本的计算基于由于停电产生的产能损失弥补的市场价格,运营和管理成本是实现目标可用性的总成本,停电产生的直接经济成本 （美元/千瓦/年）,运营和管理成本 （美元/千瓦/年）,总体成本 （美元/千瓦/年）,最低的总体成本,（美元/千瓦/年）,（美元/千瓦/年）,（美元/千瓦/年）,可靠性,可靠性,可靠性,两种理念产生的主要原因,新加坡、欧州、日本,供电公司原来是国家经营，现在国家仍然是大股东，政府对供电可靠性有很高要求 供电公司投资成本被加成（1012）进入供电成本，由消费者承担 城市人口密集，单位供电线路受电量大，单位客户受电量大，有利于降低供电成本，线损率低（新加坡2.7） 大都市具有达到极高供电可靠性的基本条件： 很好的环网结构，基本没有辐射状线路 主网保持N-1、N-2、甚至N-3 配网达到N-1 基本全电缆，不受异常天气影响,美国,供电公司一直主要是私营，政府对供电可靠性有基本要求 供电公司投资要经过政府主管部门批准，然后才能通过成本加成（1012）进入供电成本 城市面积大，人口较稀少，单位供电线路受电量相对较小，单位客户受电量大，线损率在6左右 大都市不具有达到极高供电可靠性的基本条件： 较好的环网结构，仍有辐射状线路 主网基本保持N-1、N-2、甚至N-3 配网没有全部达到N-1 不是全电缆，受异常天气影响,培训议程,发达国家供电可靠性管理的两种理念：追求极高的可靠性，追求社会成本最小化 新加坡、日本及欧州供电可靠性管理经验 美国供电可靠性管理经验 波士顿供电可靠性咨询案例,新加坡用户可靠率达到99.9997 ，用户平均停电时间不到2分钟,新加坡用户年平均停电时间不到2分钟,可靠性水平高的主要原因,电网规划与工程建设水平高、投入大 配网规划组织架构规范，具有管理科学、流程通畅、职责明晰、运作高效的特点 配电工程建设强调电网运行与维护的简洁性、电网拓展的灵活性，坚持电网的可靠性、安全性与成本相符，均采用典型标准配置设计等技术原则 运行维护水平较高，专业化分工明确 配网运行维护分区分专业管理 立法保护电缆 配网信息化达到较高水准及可靠性 信息系统覆盖了配电设备及电网管理、日常生产管理等领域，运用广泛、实用程度高。 包含数据采集及监控系统SCADA、资产的设备管理系统FMS等,供电可靠率99.9997% 用户平均停电时间1.57分钟,资料来源：新加坡能源电网公司,新加坡电网规划与建设针对可靠性的主要措施,电网规划,配网规划组织架构规范，具有管理科学、流程通畅、职责明晰、运作高效的特点。工程设计及建设几十年一直沿用典型设计和配置，内外部环境良好,网络接线方式,接线方式充分考虑N1原则。22千伏采用环网结构组成花瓣式结构闭环运行，馈线按照50%负荷设计，主干网采用差动保护，至客户或变压器的支路采用过流和接地保护。 400伏采用环网接线开环运行，变压器低压出线采用隔离开关不带断路器或保护，分支路出线采用RTO熔断器。几乎没有架空线，全电缆,设备选型,设备装置选型标准高。配电网采用全电缆、全GIS、全户内维护设备，按30年使用寿命设计，开关设备全部选用国外知名品牌产品。,工程管理,工程管理流程顺畅。通过线路走向信息系统、电网设计及施工信息系统、物流信息系统等计算机系统，对工程项目的设计、施工、设备安装等进度有效跟踪。 用户需通过LEW，即专业工程师并注册电工才可办理接电申请，用户的配电房土建方案需经能源公司确认，并按规范建设完成后移交给能源公司,安装质量,安装和运行维护人员均经过专门培训，确保安装质量符合工艺标准要求，重要设备由厂方安装调试。 各有关部门综合管线定期协调，获许可证方可开始施工，而且施工现场标示规范。 直埋电缆施工时，在电缆上方铺设黄色塑料板，在电缆走廊、中间接头及拐角位置均埋入电缆信息标示器，供抢修和维护时查找。,运行维护方面针对可靠性的主要措施,维护人员分区、分专业划分,配网运行维护部隶属于电网管理部，分5个辖区，负责管辖区域内66千伏及以下配网设备的运行、维护、检修、抢修工作，按专业又分为开关变压器维护组、电缆维护组、土建维护组三个部门,开关变压器运行维护,巡视人员按专业每3个月巡视一次，根据状态监测情况，由资产管理部门进行风险评估，确定相关设备的检修或改造的必要性,电缆网络运行维护,由于电缆路径地理图和台账信息准确，电网公司人员每月只对66千伏及以上的高压输电电缆路径进行巡视；22千伏及以下电缆则聘用邮递员提供土地挖掘工程及地下施工作业情况，并做好高危场地的监测，及时提供电缆路径图给有关施工人员，做好技术咨询工作。电缆专业人员每3个月定期利用红外热成像仪对电缆终端接头进行测温，依据运行情况，每隔5-10年停电测试电阻情况，只有出现低阻值或不平衡绝缘值时，才进行电缆高压试验,电缆防护,从1999年12月开始，新加坡政府对电缆防护实行立法保护，并改由施工承包商举证。对不按规定进行地下作业导致电缆破坏的责任人，将根据情节课以1万至100万元新币的罚款，并将面临1-5年的监禁。因此，虽然所有输配电网络全电缆化且大部分为直埋方式，但通过采取强有力的法律手段、地面开挖行政审批程序、告知服务等管理策略，完全防范了电缆外破故障，取得了显著效果，计及低压网络的所有故障，平均每天不超过三起,故障检修,客户报修中心内设检修人员调配中心，根据客户来电报修情况调配低压检修班，中压检修另报给5个区域的运行维护部负责。对于工程量大的配网抢修和缺陷维修多采取外包形式。四个检修小组有策略地派驻于不同地点，可以保证在30分钟内到达现场；每辆检修车内均配有12.5千伏安的发电机，确保在三小时以内恢复供电,配网信息化方面针对可靠性的主要措施,数据采集及监控系统（SCADA),采用电气接线图为背景平台，实现“三遥”功能：开关远程操作遥控，开关状态监视遥信，负荷/电压量数据采集遥测。运用专家系统，根据报警信息进行电网诊断并提供恢复供电步骤的辅助决策供调度员参考，运用“专家系统+遥控操作”来隔离故障和恢复供电，不实现网络自动重构，防止安全差错,专家系统,通过分析实时电网信息数据，依据已编写入专家系统的电网运行专家知识，自动对各故障等报警数据及电网的信息进行诊断，分析事故原因，确定故障位置，确诊结论并提供恢复供电的步骤，分析停电范围，估计丢失负荷，发出网络重构详情报告，供调度人员参考，从而加速电网故障分析与重构，设定电网操作准则，减低人为疏忽,配网自动化,配网自动化建设始于1988年，已在1000座配电站投入使用，共有21万个遥信量、4.5万个遥控量、2.6万个遥测量，总数据量达28.1万个，监控终端年增长150台以上。目前非故障段供电恢复时间已减少到只有几分钟,GIS 系统,地理信息系统包含从400千伏到低压电气设备需要的所有地理信息，包括变电站、地下电缆、电缆接头、管道、地面配电箱等。采用美国GE公司的Small World平台自行二次开发，提供综合信息，包括：地理土地信息、电气设备信息、主接线信息(单线图)等,软硬件更新,遇到硬件容量不足、性能不符合指标、硬件绝版，无法满足新的操作需求时，能源公司就对硬件进行全面更新，分别发生于1988、1994、2000年。规定终端设备使用1520年即行更换，每隔5年对软件进行更新。对新建或改建配电站，按照综合自动化的模式，实现同步立项、同步设计、同步施工、同步投产，通信线路与电缆同时敷设,日本 东京电力公司,东京电力（东京电力株式会社 ）于1951年创立，东电企业规模占日本全国电力行业的三分之一，电网主要覆盖东京都及周边8县 目前共拥有发电站188座，总装机容量5884万千瓦。其中火力发电站24座，装机容量3303万千瓦；原子能发电站3座，装机容量1731万千瓦；水力发电站160座，装机容量851万千瓦；风力发电站座，装机容量500千瓦。此外还拥有1542座变电站，总装机容量2亿5095万千伏安。2000年该公司销售电量总计2807亿千瓦时。,東京電力,东京电力的可靠性系统： 电源可靠性 输电系统可靠性 配电系统的供电可靠性,用户年平均停电时间5分钟以内,日本 输电系统可靠性主要原则,控制电源输电端总长度 在所需输电容量无法满足电力需求时，架设新的输电线路，增设中途开关等 就近分布用电原则 对应发电厂周围的地域需求，如由该发电厂直接供应，设置与需求相当的供电用变压器。为了顺利推动电源的有效利用和广域运营，充实与其他电力公司的连接系统的配备 东京都解决方案 东京都内负荷高度集中，为缓和这一现象，通过系统构成的简化，大容量化及采用缩小型设备等，提高设备有效性和可靠性，并在外围系统的主站点，导入多回路的275kV系统，构成相关联结的275kV地下输电系统，而且，作为未来的构想，还将导入大容量的500kV输电线路，以适应长期性的需求增长。 具体方案 普遍采用N-1原则 在275kV系统方面，应作到即使出现发生率极低的二重设备故障（N-2），在系统切换后能解除供电障碍，而且不会发生长期的供电障碍 对275kV地下电线的3回路事故（N-3），也应能同高架两回线路事故一样，通过系统切换来解除供电障碍,日本 配电系统的供电可靠性,安装放电夹 在绝缘电线的绝缘子上设置放电角（放电夹），发生打雷等异常现象时，从此处放电，而不经电线放电，以防止引起绝缘电线断线。原理与输电线上使用避雷器相同。由此大大减少了断线现象，大幅度降低了停电时间 电线的绝缘保护化 在60年代中期，日本的高架电线大部分是裸线。为了防止树木和小动物等接触引起的配电事故，以及作业人员等接近电线因触电造成人员的伤亡事故，现已全部采用绝缘导线 电杆上开关的无油化 在60年代中期，电杆上都是油开关，为避免雷击及油的绝缘劣化引起内部短路而招致公共灾害，现已全部采用真空开关和空气开关 配电线路电缆化 京都到1997年，配电线路电缆化率已达到83.9% 工程不停电施工法 在1995年度每客户的年平均施工停电时间降低到2分钟,英国天然气和电力市场办公室（ofgem）对于可靠性结果实施奖惩机制,OFGEM对电网调度严格监管 通过对输配电网过网费的控制实行奖励惩罚，促使企业以最经济最有效方式投资电网建设，保证电网安全稳定运行，满足用户需要 对电网造成的用户停电进行罚款。对于造成机组非计划停运，通过实行平衡机制调用备用容量解决，责任公司造成的经济上的损失 奖惩的主要办法 是根据表现提高或者降低配电公司所能收取的过网费，从而影响其总收入 配电公司每年上报的可靠性数据会经过审计，审计报告包括数据的准确性和校正情况等详细信息，同时通过用户调研进行进一步确认 鼓励各公司提高自动化水平 比如只有3分钟以上的停电才会记入统计的停电时间，所以对各公司而言，提高自动化水平的二次设备投资要比改善网架结构更节省，当中低压配网自动化潜力被挖掘得差不多时，才考虑一次设备重构或增加,英国供电可靠性控制 深入分析每次事故原因 举例：对2008年5月27日机组停电的分析,停电分析白皮书,数据观测及原因深入分析,法国电力公司可靠性经验：制定标准，对达不到标准的供电公司进行经济罚款,2005年的用户付费补偿可靠性限值标准,（1）A类：5F（法郎）0.76 (欧元) / kW； （2）B类：单位千瓦时供电不足END（non-distributed energy），60F（法郎）9.1（欧元）/ kWh； （3）C类：END超过50kWh时的单位成本，130F（法郎）19.7（欧元）/ kWh。,补偿额度则按以下三类事故停电偿付定价计算：,2005年标准较1998年大幅上升,培训议程,发达国家供电可靠性管理的两种理念：追求极高的可靠性，追求社会成本最小化 新加坡、日本及欧州供电可靠性管理经验 美国供电可靠性管理经验 波士顿供电可靠性咨询案例,美国的电力可靠性受NERC （北美电力可靠性协会）统筹管理,NERC简介 1965年11月9日，美加边界的一个继电器因瞬时高压发生故障，后备保护动作，跳开了从北部安大略至多伦多5 条230kV 线路中的1 条，当潮流瞬间在剩余4 条线路中重新分配时，在2.5s 内，其余4 条线路相继跳闸，导致美国东北部7个州及加拿大部分地区4000多万居民停电 1968年北美电力可靠性理事会成立，马上设计了防止供电回路失灵引发骨牌效应的安全系统，包括制定主网N-1运行原则 1977 年7 月13 日，一系列的雷击、瞬时继电保护装置故障导致了6 条345kV 线路退出运行，从而使得剩下的两条138kV线路严重超负荷。纽约9 百万人口停电，最长持续26 个小时，这次停电导致了N-2的提出。 1996 年8 月10 日美国西部电力系统大停电。由于联络线负荷过重导致弧垂过大，分别有3条线路对树木放电跳闸 NERC使命 北美电力可靠性协会的使命是保证北美大容量电力系统的稳定性，每年提出全美电力系统年度运行报告，编写今后十年电力发展预测报告，并在季节性高峰到来之前，提出各安全协作区的电力供应保证情况 为了达到这个目标，NERC制定并强化了可靠性准则，监控大容量电力系统 ，对未来输电和发电的充裕性做出评估汇报，并且对行业从业人员进行相关培训,北美电力可靠性协会对于供电可靠性的相关定义,电力系统可靠性分为充裕度和安全性两个方面,充裕度(Adequacy) 是指电力系统根据用户需要，以元件额定容量和允许的电压变动范围为制约条件，同时考虑到在计划的和非计划的系统元件停运及运行操作的制约条件下，为用户不间断地提供电力和电量的能力。充裕度也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电量的能力 安全性(Security) 是指电力系统承受突然发生的扰动（例如突然短路或非计划地失去系统元件）的能力。也称为动态可靠性 动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的能力,对可靠性合理水平也进行了定义,可靠性的合理水平(Adequate Level of Reliability) 在正常条件下，电力系统能够在可接受的范围下运作 电力系统在可考虑到的偶发事件下正常运行 电网连锁故障时系统能够控制影响范围和不稳定程度。 通过评级机制来防止电力系统遭受无法接受的损害 系统整体性一旦受损可以被即时恢复 在考虑所有计划中和非计划中但可以合理预料到的系统元件中断情况下，电力系统能够实时满足所有用户的用电和能源需求,NERC对于各地区的电力缺口进行详尽分析,这张地图清晰地表明了为了某个片区在夏季高峰（加标注的是冬季高峰）时候，容量裕度小于实际预测的能量需求的年份。未标出年份的区域表明在未来10年内容量裕度不会小于实际需求,NERC会在每年的可靠性报告中公布电力缺口平衡图，2007年图中，未来可能出现用电缺口的片区被清晰地指出，以此来规划未来电网的建设，其中每个片区的两个年份分别代表：容量裕度小于高峰用电量的年份/包括未定裕度在内小于高峰用电两的年份，凡是被指出的片区将会被很快分配资源以维持未来大容量电力系统的可靠性,关于电网运行，NERC通过大量相关机构调研，得出管理和技术问题的排序,管理相关问题,技术相关问题,高,低,高,低,可能性,严重性,人为破坏,软件控制系统受攻击,自然灾害,长期投资未知风险,技术人员缺乏/老龄化,环保相关管制,可再生能源规定,缺乏可靠性操作强制执行标准,树木生长引起停电,可靠性分析工具缺乏,系统保护检修,天然气或其他能源供应紧张,电源充裕度,缺乏保护性维护,基础设施老化,重载/过载,参与调研 的机构,其他,电网运营商,电网规划部门,可靠性协调机构,咨询公司,能源零售商,政府监管机构,所占百分比,11%,3%,3%,12%,14%,22%,35%,参与调研机构数量,高,低,高,低,可能性,严重性,国外电网建设计划基本原则,国际先进电网企业建设项目的审批标准：地区规划小组批准输电项目基于该项目的社会盈余或用户盈余是否超过总成本的增加,拒绝该项目,社会盈余净现值 电网总成本的净现值,用户盈余净现值 电网总成本的净现值,量化项目生命周期的社会盈余和用户盈余,地区规划小组建议批准该项目,地区规划小组建议批准该项目,是,否,否,是,注： 项目经济评价的目的采用基于使用基本方案最好估计的社会盈余和用户盈余 来源： 某国际先进电网企业电网运行规范,示例,电网建设计划最佳实践在电网规划完成后，制定五年电网建设计划,国际先进电网企业五年电网建设计划的工作环节（可以重叠进行）,一旦确认完成项目，开始确认可靠性项目 借助对稳态方案下工作小组峰值负荷的预测，消除没有满足的用电需求 考虑上年没有批准的项目 (对上一年度5年计划中项目的优先选择) 确认可能的新项目 (包括来自LTSA的项目),来源：某国际先进电网企业；波士顿分析,主要工作,一旦消除了所有没有满足的用电需求，开始确认经济性项目 以稳态方案工作小组预测交换ERCOT预测，以开展经济性研究 按拥塞(“卡脖子”）花费来排序 产能与影子价格的乘积 借助在建的项目或新项目按照等级序值减少/消除拥塞 考虑从2010年或2011年开始建立新线路、新电站、安装新的自动化设备 一旦完成添加所有的经济性项目，单独拿掉每个项目，从而看是否其价值仍与项目成本的1/6具有经济可比性,增加可靠性和经济性项目的文件，供地区计划小组（RPG）进行审核 每年高峰期的稳态交流基准方案，包括2008年至2012年之间的所有可靠性项目 (受安全制约的经济调度SCED). 每年高峰期的稳态交流基准方案，包括 2008年至2012年之间的所有可靠性与经济性项目 (经济调度与受安全制约的经济调度SCED),针对2008年、 2009年、2010年、2011年、 2012年开展输电网络的稳定状态基准方案 发电组合新机组签订联网协议和煤/褐煤的航空许可证 识别满足可靠性与经济性标准需求的项目 以这些方案作为第一选择，解决缺电/电力堵塞,基本要求,示例,2008年 - 能做的工作不多-启动/结束输变电项目 2009年 系统保护应急机制, RAP, MLSE 设备、 短线升级 2010年 线路升级、新电站、 汽车、新短线 2011年 新开启的长线项目 2012年 甚至更长的新线路,增加双向沟通 发布更多中间方案和约束性限制 增加对所需项目达成共识的关注 由输电公司说服ERCOT或由ERCOT说服输电公司 但应争取达成一致,检查项目多年内的经济性 记录每个项目的文件，以简化RPG的独立审查程序,项目管理信息系统(PMIS)能同时管理多项目，协调各种资源，同时减少人工协调工作量，提高项目管理效率,项目管理信息系统,子流程,日常事务,主计划,人力资源,资源日历,文档管理,示例,领先的供电企业往往制定详细的流程以规范停电管理，提高供电可靠性,计划停电管理的最佳实践（以年度检修为例）,来源: 波士顿行业最佳实践库；波士顿分析,可靠性管理委员会,职能部门,调度中心/部门,年度检修计划审批,提出年度检修计划,修改/调整年度检修计划,Y,向调度中心报备,N,下达停电指令并实时监控检修进度,实施检修,结束检修，向调度中心报备,评估年度检修计划和资源配置,评估检修计划是否需更新,Y,修改/调整年度检修计划,N,停电计划取消,恢复供电,示例,准备年度检修,德州电网统筹进行停电管理，针对不同的停电（运）类型，从供电可靠性和经济成本角度进行审核和实施管理,德州供电可靠性管理委员会职责,审批针对线路和设备的计划停电和(临时)检修停电计划 基于供电可靠性和经济成本，分析资源配置情况，评估停电计划的可行性和资源需求 协调和审核年度停电检修计划和更新计划，评估停电计划更新对电网可靠性带来的影响 监控计划停电和(临时)检修停电的实施和实际停电时间 公布获批的计划和(临时)检修停电的时间安排并上传到MIS系统 在MIS系统中建立全局的计划停电时间表和资源分配表 监控故障停电申请/报备并作出及时反应 建立并执行停电的审批、管理和文档记录等相关流程,停电计划审批时间,停电计划日程安排,示例,示例,德州电网输电线路计划检修和故障对电网输电能力的影响 用调用高成本发电机组的额外费用,示例,美国得克萨斯电网设备停运时间与广东电网用户停电时间对照分析,广东电网停电时间分析,美国得克萨斯电网输、配电设备停运时间分析,其他,0,0,撤回的停运计划,业扩停运,2,故障停运,不批准的计划停运,0,取消的计划停运,有可能的停运,批准的计划停运,错峰及其他,故障停电,预安排停电,10,培训议程,发达国家供电可靠性管理的两种理念：追求极高的可靠性，追求社会成本最小化 新加坡、日本及欧州供电可靠性管理经验 美国供电可靠性管理经验 波士顿供电可靠性咨询案例,