電力系統(tǒng)可靠性及其綜述.doc

東北石油大學(xué)電氣工程技術(shù)文獻(xiàn)綜述電力系統(tǒng)可靠性綜述文獻(xiàn)引言： 電力系統(tǒng)可靠性1是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應(yīng)電力和電能量的能力的量度，包括充裕度和安全性兩個(gè)方面。充裕度是指電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力需求和總的電能量的能力，同時(shí)考慮到系統(tǒng)元件的計(jì)劃停運(yùn)及合理的期望非計(jì)劃停運(yùn)，又稱為靜態(tài)可靠性，即在靜態(tài)條件下電力系統(tǒng)滿足用戶電力和電能量的能力；安全性是指電力系統(tǒng)承受突然發(fā)生的擾動(dòng)，如突然短路或未預(yù)料到的失去系統(tǒng)元件的能力，也稱為動(dòng)態(tài)可靠性，即在動(dòng)態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動(dòng)且不間斷地向用戶提供電力和電能量的能力。電力系統(tǒng)可靠性是通過定量的可靠性指標(biāo)來量度的。一般可以是故障對(duì)電力用戶造成的不良后果的概率、頻率、持續(xù)時(shí)間、故障引起的期望電力損失及期望電能量損失等，不同的子系統(tǒng)可以有不同的可靠性指標(biāo)。電力系統(tǒng)規(guī)模很大，習(xí)慣上將電力系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，根據(jù)這些子系統(tǒng)的功能特點(diǎn)分別評(píng)估各子系統(tǒng)的可靠性。1.發(fā)電系統(tǒng)可靠性 發(fā)電系統(tǒng)可靠性是指統(tǒng)一并網(wǎng)的全部發(fā)電機(jī)組按可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量滿足電力系統(tǒng)的電力和電能量需求的能力的量度。發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)可以分為確定性和概率性兩類。過去曾廣泛應(yīng)用確定性可靠性指標(biāo)來指導(dǎo)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行，如百分?jǐn)?shù)備用法和偶然故障備用法。這兩種方法均缺乏應(yīng)有的科學(xué)分析，目前已逐漸被概率性可靠性指標(biāo)所代替。概率法常用的可靠性指標(biāo)有：電力不足概率（LOLP）、頻率及持續(xù)時(shí)間（F&D）、電量不足概率（L O E P）、電力不足期望（LOLE）。國際上曾一度采用LOLP（loss of load probability）作為發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，但該方法過于粗略，評(píng)估誤差較大，且無法計(jì)算有關(guān)電量指標(biāo)。后來人們又提出了更為詳細(xì)的計(jì)算電力不足概率的指標(biāo)和方法，即電力不足小時(shí)期望值LOLH（h/a）。該方法以每天24h的實(shí)際負(fù)荷變化情況為負(fù)荷曲線模型，計(jì)算出電力不足小時(shí)期望值。國際上關(guān)于發(fā)電系統(tǒng)可靠性計(jì)算的另一個(gè)常用的指標(biāo)為電量不足期望值EENS 2意義為在某一研究周期內(nèi)由于供電不足造成用戶減少用電量的期望值。該指標(biāo)能同時(shí)反映停電的概率與停電的嚴(yán)重程度，而且更便于把可靠性與經(jīng)濟(jì)性掛鉤，因此EENS指標(biāo)日益受到重視。文獻(xiàn)3針對(duì)我國電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，以LOLH和EENS作為可靠性指標(biāo)，計(jì)算了全國統(tǒng)一的指標(biāo)參數(shù)，并繪出了綜合最優(yōu)發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)曲線，對(duì)我國的電源規(guī)劃及發(fā)電系統(tǒng)可靠性研究有重要的參考價(jià)值。其他可靠性指標(biāo)雖有應(yīng)用，但不普遍。發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估傳統(tǒng)的方法有兩種：解析法和蒙特卡洛法。兩種方法均存在缺點(diǎn)。解析法計(jì)算量隨著元件數(shù)的增多呈指數(shù)增長，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模大到一定程度時(shí)，采用此法有一定的困難；蒙特卡洛法計(jì)算誤差與試驗(yàn)次數(shù)的平方根成反比，為降低誤差必須顯著增加計(jì)算時(shí)間。為了提高可靠性評(píng)估的準(zhǔn)確性，減少計(jì)算時(shí)間，人們先后提出了一些改進(jìn)的新方法。文獻(xiàn)2提出了隨機(jī)生產(chǎn)模擬評(píng)估方法。這種方法的特點(diǎn)是在同時(shí)考慮機(jī)組的容量及電量約束的條件下, 確定系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，可以計(jì)算出燃料費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和LOLH、EENS 等可靠性指標(biāo)。與傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)可靠性計(jì)算方法相比，采用電力系統(tǒng)隨機(jī)生產(chǎn)模擬的方法可以提供更多的信息量，更能反映電量約束等實(shí)際情況。文獻(xiàn)4介紹了用模糊數(shù)學(xué)計(jì)算發(fā)電系統(tǒng)可靠性的一種新方法。該方法將系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)“模糊化”，同時(shí)在機(jī)組追加算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行模糊修正，通過負(fù)荷的模糊聚類簡化計(jì)算，提高了計(jì)算效率。文獻(xiàn)5提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法。該方法對(duì)于每一個(gè)可靠性參數(shù)而言，僅需要較少的訓(xùn)練樣本而且，此方法對(duì)于可靠性計(jì)算的精確度很高，它可以改善可靠性評(píng)估的效益。文獻(xiàn)6針對(duì)電網(wǎng)互連和市場(chǎng)的新環(huán)境下發(fā)電容量和負(fù)荷具有更強(qiáng)的不確定性的特點(diǎn)，利用盲數(shù)運(yùn)算建立了可靠性評(píng)估模型，并給出了相應(yīng)的兩個(gè)指標(biāo)：發(fā)電系統(tǒng)可靠性盲數(shù)期望GRBE和盲數(shù)可信度GRBC。該盲數(shù)模型對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)充裕度評(píng)估具有一定的宏觀參考價(jià)值。對(duì)應(yīng)的兩個(gè)指標(biāo)能從量及其分布的角度對(duì)系統(tǒng)長期的電能供需情況作出近似的指示。2.發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性 發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性是指由統(tǒng)一并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)綜合組成的發(fā)輸電合成系統(tǒng)，按可接受標(biāo)準(zhǔn)和期望數(shù)量向供電點(diǎn)供應(yīng)電力和電能量的能力。發(fā)輸電合成系統(tǒng)可靠性包括充裕度（adequacy）和安全性（security）兩方面。長期以來，發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性的主要研究仍集中在充裕度方面。安全性評(píng)估的計(jì)算復(fù)雜性遠(yuǎn)大于充裕度評(píng)估。由于問題的復(fù)雜性, 目前在模型、算法、軟件等方面,國內(nèi)外都是處于起步和探索階段。近年來，國內(nèi)外的高校、研究機(jī)構(gòu)和電力部門已相繼研制了各種發(fā)輸電可靠性分析軟件。文獻(xiàn)7通過對(duì)國內(nèi)外14種不同發(fā)輸電可靠性分析軟件的七個(gè)方面的比較，歸納出這些軟件的主要功能和特點(diǎn)。文獻(xiàn)認(rèn)為現(xiàn)有軟件的功能和所提供的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)能夠基本滿足現(xiàn)階段電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行分析的需要，同時(shí)指出應(yīng)在用戶停電損失費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)分析、停電損失的計(jì)算機(jī)模擬和可靠性標(biāo)準(zhǔn)問題等方面作進(jìn)一步的研究工作。國內(nèi)研究者在這方面做了大量的工作。合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的REBULK 軟件7和清華大學(xué)設(shè)計(jì)的TH-BESREP軟件9對(duì)IEEERTS79測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了安全性評(píng)估，結(jié)果表明算法均有效、可行。文獻(xiàn)10中由廣東工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的評(píng)估計(jì)算軟件，可以計(jì)算不同方案的可靠性指標(biāo)，為方案的比較提供了依據(jù)。在作規(guī)劃時(shí)，每個(gè)方案都有具體的數(shù)量指標(biāo)，克服了過去比較方案時(shí)只是定性分析的缺點(diǎn)。這些軟件均具有重要的的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。3.輸電系統(tǒng)可靠性輸電系統(tǒng)可靠性是指從電源點(diǎn)輸送電力到供電點(diǎn)，按可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量滿足供電負(fù)荷電力和電能量需求能力的量度。輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)同發(fā)電系統(tǒng)一樣也分為確定性和概率性兩類。確定性指標(biāo)有最大線路流、最大電力不足和最大電量不足。概率指標(biāo)同發(fā)電系統(tǒng)基本相同。輸電系統(tǒng)可靠性的計(jì)算方法也很多。文獻(xiàn)18通過使用離算事件系統(tǒng)仿真的原理方法對(duì)輸電系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，建立了可靠性仿真模型，編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明方法可行，效果令人滿意。文獻(xiàn)19提出了一種定量計(jì)算輸電系統(tǒng)可靠性的新方法，通過合理改變電力系統(tǒng)中各元件的容量以達(dá)到預(yù)定的可靠性指標(biāo)EDNS，同時(shí)計(jì)算了各元件的可靠性靈敏度。算例證明該方法可行、實(shí)用。文獻(xiàn)20通過建立大電力系統(tǒng)輸電可靠性評(píng)估模型（TRELSS），對(duì)大型電力系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)估。該方法基于偶然事故和負(fù)荷水平的計(jì)算，計(jì)算范圍限制在偶然事故和對(duì)系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生不利影響的負(fù)荷水平之間。此方法可計(jì)算可靠性、期望值、頻率和大系統(tǒng)的持續(xù)可靠性指數(shù)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。4.配電系統(tǒng)可靠性配電系統(tǒng)可靠性是指供電點(diǎn)到用戶，包括配電變電所、高低壓配電線路及接戶線在內(nèi)的整個(gè)配電系統(tǒng)及設(shè)備，按可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量滿足用戶電力及電能量需求能力的量度。配電系統(tǒng)可靠性分析常采用指標(biāo)有：各負(fù)荷點(diǎn)及系統(tǒng)的平均停運(yùn)率，平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間r，年平均停運(yùn)時(shí)間u；各負(fù)荷點(diǎn)及系統(tǒng)缺電時(shí)間期望值LOLE，電量不足期望值EENS；為了反映系統(tǒng)停運(yùn)的嚴(yán)重程度和重要性，還采用以下指標(biāo)：系統(tǒng)平均斷電頻率SAIFI ，平均斷電持續(xù)時(shí)間SAIDI，用戶平均斷電持續(xù)時(shí)間CAIDI，供電可靠率ASAI，不可靠率ASUI，以及平均電量不足AENS。根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)線方式的不同，配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估可分為三種情況：簡單輻射型配電系統(tǒng)的可靠性分析、環(huán)形配電系統(tǒng)可靠性分析及復(fù)雜配電系統(tǒng)的可靠性分析。配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估常采用的方法有：故障式后果分析法，最小路法和網(wǎng)絡(luò)等值法等。隨著研究工作的進(jìn)展，不少學(xué)者提出了一些改進(jìn)的新方法。文獻(xiàn)11提出了一種基于最小路的評(píng)估算法，該算法同時(shí)考慮最小路上元件和非最小路上元件對(duì)負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)的影響，并能為工程技術(shù)人員找出網(wǎng)絡(luò)中最薄弱環(huán)節(jié)及采取相應(yīng)的增強(qiáng)措施提供了參考。文獻(xiàn)12 提出了用區(qū)間理論計(jì)算配電系統(tǒng)可靠性的不確定性方法，區(qū)間運(yùn)算考慮到所有參數(shù)的不確定性，靈敏度分析在指定元件參數(shù)區(qū)間范圍時(shí)首先完成，每個(gè)元件的參數(shù)真值被視為區(qū)間中的數(shù)值，用區(qū)間運(yùn)算得到的評(píng)估結(jié)果，將涵蓋由于參數(shù)值的不確定性而影響實(shí)際系統(tǒng)的可靠性所有可能情況。文獻(xiàn)13提出了根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元件對(duì)系統(tǒng)的影響關(guān)系直接建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)可靠性分析的方法。該方法不但能計(jì)算配電系統(tǒng)不同接線方式的可靠性指標(biāo)，而且對(duì)固定接線方式的配電網(wǎng)還能分析某個(gè)元件或相關(guān)元件對(duì)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的影響。文獻(xiàn)14在結(jié)合區(qū)間運(yùn)算和配電網(wǎng)可靠性評(píng)估網(wǎng)路等值法的基礎(chǔ)上，提出了一種可靠性區(qū)間評(píng)估方法，并根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)的特點(diǎn)采用了一些簡化措施，降低了評(píng)估的繁雜度，使它能適用于實(shí)際配電系統(tǒng)的可靠性分析。文獻(xiàn)15則將物元分析方法應(yīng)用到電力系統(tǒng)來解決電力系統(tǒng)的問題，是一種新的嘗試。該文獻(xiàn)通過建立配電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)的物元模型，運(yùn)用物元的發(fā)散性思維，對(duì)配電系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出配電系統(tǒng)評(píng)價(jià)的等級(jí)結(jié)果，從而為解決類似問題提供了一種新方法。5.電氣主接線系統(tǒng)可靠性發(fā)電廠變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，有時(shí)也對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)估。發(fā)電廠變電所電氣主接線可靠性是在組成主接線系統(tǒng)的元件（斷路器、變壓器、隔離開關(guān)、母線）可靠性的指標(biāo)已知和可靠性準(zhǔn)則給定的條件下，按可靠性準(zhǔn)則評(píng)估整個(gè)主接線系統(tǒng)滿足供電點(diǎn)電力及電能量需求能力的量度。在電氣主接線可靠性的定量分析中,常用邏輯表格法。根據(jù)電氣主接線的實(shí)際接線，考慮單重及雙重故障的所有可能情況，將其發(fā)生頻次及造成的停運(yùn)時(shí)間歸納列成一張表格，然后根據(jù)可靠性指標(biāo)的定義，求出各項(xiàng)指標(biāo)如停運(yùn)時(shí)間、停運(yùn)頻次等。文獻(xiàn)16通過確定設(shè)備與斷路器的關(guān)聯(lián)矩陣并借鑒邏輯表格法所采用的可靠性指標(biāo)的部分計(jì)算公式，來定量計(jì)算較復(fù)雜的電氣主接線的可靠性。該方法不必考慮接線的具體形式，這一點(diǎn)與邏輯表格法有本質(zhì)區(qū)別。文獻(xiàn)17 在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用矩陣技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的搜索最小路的方法進(jìn)行了改進(jìn)，得到一種鄰接終點(diǎn)矩陣方法。這種方法通過定義特殊的矩陣乘法規(guī)則，用矩陣的乘法運(yùn)算完成了對(duì)最小路的搜索過程，計(jì)算效率大大提高。結(jié)束語本文介紹了電力系統(tǒng)可靠性的基本概念，常用可靠性指標(biāo)以及相應(yīng)的計(jì)算方法。將電力系統(tǒng)分為五個(gè)子系統(tǒng)，分別給出了可靠性指標(biāo)及常用計(jì)算方法。評(píng)述了文獻(xiàn)中提出的一些改進(jìn)計(jì)算方法，指出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。探索新的算法或綜合已有的好方法來進(jìn)行電力系統(tǒng)可靠性分析，研究開發(fā)出更加完善的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估系統(tǒng)是各位研究工作者共同面對(duì)的重要課題。參考文獻(xiàn)1 郭勇基.電力系統(tǒng)及電力設(shè)備的可靠性J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，27(17)：53-562 王秀麗，陳皓勇，甘志等. 應(yīng)用隨機(jī)生產(chǎn)模擬的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23（17）3 王錫凡, 王秀麗, 別朝紅. 我國發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)研究J.中國電力,1999，32 (2)4 周君，丁堅(jiān)勇.一種基于模糊途徑的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估J.湖北電力，2001，25（4）5 周君，丁堅(jiān)勇.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法J.電力建設(shè)，2002，23（7）6 蔡亮，向鐵元，黃輝.發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的盲數(shù)模型和指標(biāo)J.電網(wǎng)技術(shù)，2003，23（8）7 丁明.發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性分析軟件綜述J.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（1）8 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