《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第5章

第5章電力系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評價方法概述電力系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評價方法電氣設備可靠性分析方法發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評價流程電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性分析流程電氣主接線的可靠性分析流程第一頁，共三十五頁。5.1概述1.電力系統(tǒng)可靠性概念

可靠性理論是以產(chǎn)品的壽命特征作為主要研究對象的一門新興的邊緣學科，它涉及到基礎科學、技術科學和管理科學的許多領域。其產(chǎn)生和發(fā)展的背景是社會的需要，與科學技術的發(fā)展，尤其與電子技術的發(fā)展是分不開的。能帶來巨大的經(jīng)濟效益。

經(jīng)典定義：一個元件，一臺設備或一個系統(tǒng)在預定時間內(nèi)和規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。

第二頁，共三十五頁。電力系統(tǒng)可靠性：電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標準和所需的數(shù)量不間斷地向用戶提供電能的能力度量。電力系統(tǒng)的可靠性評價：通過一套定量指標，來度量電力供應企業(yè)向用戶提供連續(xù)不斷的、質(zhì)量合格的電力的能力，包括對系統(tǒng)充裕性和安全性兩方面的衡量。充裕性是指電力系統(tǒng)在同時考慮到設備計劃檢修停運及非計劃停運情況下，能夠保證供給用戶總的電能需求量的能力。也稱為靜態(tài)可靠性。安全性是指電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動并且不間斷地向用戶供電的能力，也稱為動態(tài)可靠性。在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段對規(guī)劃方案通常是作靜態(tài)可靠性評估。第三頁，共三十五頁。◎在電力系統(tǒng)規(guī)劃和改造建設過程中，通過對系統(tǒng)規(guī)劃設計方案的供電可靠性進行定量評估分析，并以此作為規(guī)劃方案之間的比較依據(jù)，可以有效地指導電力系統(tǒng)規(guī)劃工作?！蛲ㄟ^可靠性分析計算，不僅可以找出系統(tǒng)中存在的薄弱環(huán)節(jié)，還可以知道可能將要采取的、提高供電可靠性的措施實施的效果如何。通過對比措施實施前后系統(tǒng)的可靠性程度，才能為最后的決策提供更為科學的依據(jù)。第四頁，共三十五頁。2.電力系統(tǒng)可靠性評價指標：

用數(shù)值大小來表示各方面性質(zhì)的量。可以從成功的觀點也可以從失敗的觀點出發(fā)。概率指標：主要指系統(tǒng)正常工作或發(fā)生故障的概率。如：系統(tǒng)可用度，電力不足概率等。頻率指標：主要指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的平均次數(shù)。時間指標：主要指電力系統(tǒng)發(fā)生故障的平均持續(xù)時間。如系統(tǒng)首次故障的平均持續(xù)時間、兩次故障之間的平均持續(xù)時間、故障平均持續(xù)時間等。期望值指標：如電力系統(tǒng)在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的天數(shù)期望值，以及電力系統(tǒng)由于故障而減少供電量的期望值。第五頁，共三十五頁。3.可靠性分析計算基礎數(shù)據(jù)及來源1）電力系統(tǒng)結構及設備電氣參數(shù)。2）可靠性參數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)3）電力設備倒閘操作時間等4）電力系統(tǒng)自動化配置情況以上數(shù)據(jù)可向電力企業(yè)及管理相關部門獲取。第六頁，共三十五頁?！虬凑諗?shù)據(jù)的性質(zhì)可以分為：確定性數(shù)據(jù)和隨機性數(shù)據(jù)。確定性數(shù)據(jù)包括：線路阻抗和導納、載流容量、發(fā)電機組參數(shù)、系統(tǒng)矯正措施、負荷重要性等；隨機型數(shù)據(jù)包括：各種裝置的故障和維修參數(shù)等?！虬凑諗?shù)據(jù)的類型可以分為：電氣參數(shù)、可靠性參數(shù)、系統(tǒng)運行性參數(shù)和經(jīng)濟性參數(shù)等。

第七頁，共三十五頁。4.可靠性分析計算基礎方法解析法：將各種約束條件進行簡化，建立數(shù)學模型數(shù)值求解。模擬法：用統(tǒng)計學規(guī)律研究系統(tǒng)行為，利用采樣實驗等方法進行研究。第八頁，共三十五頁。電力系統(tǒng)可靠性評估：目的：對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進行分析，采取措施減少故障造成的影響。對可靠性投資與響應帶來的經(jīng)濟效益進行綜合分析，以確定合理的可靠性水平，并使電力系統(tǒng)的綜合效益達到最佳。

手段：確定可靠性目標，應用評估手段，確定故障準則，并對電力系統(tǒng)故障嚴重性作出估計。第九頁，共三十五頁。在工程實際中按照電力生產(chǎn)過程及結構特性，一般將電力系統(tǒng)分為發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)等主要環(huán)節(jié)。相應地，對電力系統(tǒng)可靠性進行評估也可以分為發(fā)電系統(tǒng)可靠性、輸電系統(tǒng)可靠性、配電系統(tǒng)可靠性、發(fā)電廠和變電站電氣主接線可靠性等方面。第十頁，共三十五頁。規(guī)劃系統(tǒng)的可靠性評估主要工作任務：1.對未來的電力系統(tǒng)和電能電量進行預測，收集設備的技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)；2.制定可靠性準則和設計標準，依據(jù)標準評估系統(tǒng)性能，識別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；3.選擇優(yōu)化方案。第十一頁，共三十五頁。5.2電氣設備可靠性分析方法1.設備故障特性及有關指標1）設備故障率λ(t)定義如下：

設備偶發(fā)故障期的故障率λ，一般為常數(shù)第十二頁，共三十五頁。2）設備可靠度定義如下：3）設備不可靠度及其概率密度函數(shù)定義如下：4）設備平均持續(xù)工作時間MTTF第十三頁，共三十五頁。2.設備的修復特性及其指標1）設備修復率μ(t)

2）設備未修復度3）設備平均修復時間設備修復度第十四頁，共三十五頁。3.設備的狀態(tài)概率在可靠性評估中，人們往往更加關注設備或系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時的可靠性狀況。根據(jù)實際需要，建立的設備狀態(tài)模型有二狀態(tài)模型：只考慮工作和故障兩種狀態(tài)。

三狀態(tài)模型：工作、故障和計劃檢修三種狀態(tài)。舉例：例5-1第十五頁，共三十五頁。馬爾科夫過程是一種典型的隨機過程。該過程是研究一個系統(tǒng)（如一個地區(qū)、一個工廠）的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移的理論。它是通過對不同狀態(tài)的初始概率及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率的研究，來確定狀態(tài)的變化趨勢，從而達到對未來進行預測的目的。也稱為“無后效性隨機過程”馬爾科夫過程有兩個基本特征：一是“無后效性”，即事物將來的狀態(tài)及其出現(xiàn)的概率的大小，只取決于該事物現(xiàn)在所處的狀態(tài)，而與以前時間的狀態(tài)無關；二是“遍歷性”，是指不管事物現(xiàn)在處于什么狀態(tài)，在較長時間內(nèi)，馬爾科夫過程逐漸趨于穩(wěn)定狀況，而且與初始狀況無關。第十六頁，共三十五頁。5.3發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評價流程一、基本概念1.發(fā)電系統(tǒng)可靠性，是指評估統(tǒng)一并網(wǎng)運行的全部發(fā)電機組，按可接受的標準及期望數(shù)量，滿足電力系統(tǒng)負荷需求的能力的度量。2.研究發(fā)電系統(tǒng)可靠性的主要目標

確定電力系統(tǒng)為保證充足的電力供應所需的發(fā)電容量。發(fā)電容量分為：靜態(tài)容量——指對系統(tǒng)所需容量的長期估計，可考慮為裝機容量。運行容量——為滿足一定負荷水平所需實際容量的短期估計。第十七頁，共三十五頁。3.孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)又稱單母線系統(tǒng)或單地區(qū)系統(tǒng)。

研究時采用單母線模型，即假定任一電源的可用發(fā)電容量都能夠不受限制地供到任一負荷點上，線路是完全可靠的，如同所有發(fā)電機和所有負荷都接在同一母線上。4.孤立系統(tǒng)的發(fā)電可靠性估計基本步驟①建立機組停運容量的概率模型——容量模型；②建立負荷的概率模型——負荷模型；③合并機組容量模型與負荷模型，（找出容量與負荷的差距）得到電力系統(tǒng)容量適應性的概率模型，求電力系統(tǒng)的可靠性指標。第十八頁，共三十五頁。二、發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評價指標1.電力不足時間概率LOLP：定義為一天(或一年)內(nèi)由于發(fā)電設備故障造成電力系統(tǒng)發(fā)電量不能滿足負荷需求量的時間概率。發(fā)電機容量模型可確定停運容量的概率，而負荷模型可確定不同停電容量導致的負荷停電時間。如負荷模型采用的是日最大負荷曲線，取的是一天中的最大負荷，則電力不足概率單位為“天/天”。如負荷模型采用的是年最大負荷持續(xù)曲線，取的是每天的最大負荷，則電力不足概率單位為“天/年”。第十九頁，共三十五頁。2.電力時間不足期望值LOLE（天/年）：表示某一時間內(nèi)(如一年)，由于發(fā)電設備故障造成發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量小于負荷需求量的天數(shù)期望值。3.電量不足期望值EENS（MWh/年）：負荷停電的停電量期望值，它是計算發(fā)電系統(tǒng)停電損失的一個重要指標。3.頻率指標（次/天或次/年）——某段時間內(nèi)負荷停電的平均次數(shù)。4.時間指標(小時/次)——負荷每次停電的平均持續(xù)時間。第二十頁，共三十五頁。發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃方案的可靠性評價流程第二十一頁，共三十五頁。5.4電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評價方法1.概念：電網(wǎng)包括輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。輸電系統(tǒng)可靠性是指發(fā)電廠和高壓輸電網(wǎng)絡，但不包括負荷點在內(nèi)的整個輸電系統(tǒng)及設備按照可接受標準及期望值滿足用戶電力及電能需求能力的度量。配電系統(tǒng)可靠性是指從供電點到用戶，包括變電所、高低壓線路及接戶線在內(nèi)的整個配電系統(tǒng)及設備按照可接受標準及期望值滿足用戶電力及電能需求能力的度量。輸配電系統(tǒng)可靠性評價中主要評估充裕度（靜態(tài)可靠性），它通過可靠性指標來體現(xiàn)。第二十二頁，共三十五頁。2.判別準則：主要是以電網(wǎng)能否將發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能安全可靠地送到電力用戶作為可靠性準則。在對電網(wǎng)規(guī)劃的靜態(tài)可靠性進行評價時，判別準則如下：(1)一條線路或變壓器故障停運時，電網(wǎng)沒有發(fā)生故障停電的情況。(2)兩條線路或兩臺變壓器同時發(fā)生故障或相繼停運時,電網(wǎng)沒有發(fā)生負荷停電的情況。(3)一條線路或一臺變壓器處于計劃檢修狀態(tài)的同時，另外一條線路或變壓器發(fā)生故障停運時，電網(wǎng)沒有發(fā)生負荷停電的情況。(4)一條母線故障停運時，電網(wǎng)沒有發(fā)生負荷停電的情況。(5)一臺發(fā)電機故障停運時，電網(wǎng)沒有發(fā)生負荷停電的情況。第二十三頁，共三十五頁。3.電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評價指標1）電力不足時間概率LOLP(單位：天/天)定義為：電網(wǎng)某日在某一負荷水平下由于電網(wǎng)結構不合理，或設備檢修及故障停運，而引起供電能力不足造成用戶停電的概率。2）平均供電可靠率ASAI定義為研究期間由電網(wǎng)供電的用戶的可用小時數(shù)與總的要求的供電小時數(shù)之比。3）電力時間不足期望值LOLE(單位：天/期間)定義為：研究期間內(nèi)，電網(wǎng)在不同負荷水平下由于電網(wǎng)結構不合理或設備檢修及故障停運而引起供電不足造成用戶停電時間的平均值。第二十四頁，共三十五頁。4）電力不足頻率LOLF（單位：次/期間）——研究期間內(nèi)，由于供電不足造成用戶停電的平均次數(shù)。5）電力不足持續(xù)時間LOLD（單位為:天/次）——研究期間內(nèi)，每次停電的平均時間。6）電網(wǎng)的電量不足期望值EENS（單位：kW·h/期間）——使用戶得不到供電的缺電量的平均值.第二十五頁，共三十五頁。電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評價流程第二十六頁，共三十五頁。5.5變電站電氣主接線可靠性評價◎發(fā)電廠和變電所的電氣主接線系統(tǒng)一般包括以下電力元件：母線、變壓器、斷路器、電壓互感器、隔離開關以及繼電保護和自動裝置等輔助設備?！虬l(fā)電廠和變電所的電氣主接線可靠性是指：在組成主接線系統(tǒng)的元件可靠性指標已知和可靠性準則給定的條件下，整個主接線系統(tǒng)按可靠性準則滿足供電點電力和電量需求能力的度量。第二十七頁，共三十五頁?！蜓芯堪l(fā)電廠和變電所的電氣主接線系統(tǒng)的可靠性時，一般假定：某一電源點為起點，且假定電源點完全可靠。以某二次母線(低壓母線)為終點，分析和計算由起點到終點的可靠性指標。因為電氣主接線系統(tǒng)的元件較多，為減少工作量通常需要作出以下假設：第二十八頁，共三十五頁。(1)元件的故障是獨立的；(2)元件的連續(xù)工作時間、修復時間、計劃檢修時間和倒閘操作時間均服從指數(shù)分布；(3)不考慮元件的過負荷；(4)一般只考慮單一故障，某些情況下至多考慮到二重故障，忽略二重以上故障；(5)繼電保護的影響計入到斷路器的可靠性數(shù)據(jù)中；(6)多數(shù)情況下，通常把電力元件作為可修復元件來處理，電氣主接線系統(tǒng)作為可修復系統(tǒng)來處理。第二十九頁，共三十五頁。電氣主接線可靠性估計的判別準則

可以根據(jù)具體情況，分別采用以下三種判別準則：(1)不出現(xiàn)全站停電事故，即變電站至少有一條出線能得到連續(xù)供電。(2)變電站中指定的若干條出線能得到連續(xù)正常(沒有負荷停電)供電。(3)變電站的所有出線都必須能得到連續(xù)正常(沒有負荷停電)供電。第三十頁，共三十五頁。電氣主接線可靠性評價的基本步驟(1)定義系統(tǒng)的范圍，列出它包含的元件；(2)給出每個元件的故障率、修復率、計劃檢修率和停運時間等參數(shù)；(3)定義系統(tǒng)故障的判別依據(jù)，即規(guī)定主接線系統(tǒng)正常和故障的條件。一般來說，降壓變電所主接線系統(tǒng)的可靠性判據(jù)主要是連續(xù)性，即停電為故障狀態(tài)，不停電為正常狀態(tài)。發(fā)電廠電氣主接線的判據(jù)除了連續(xù)性以外，還要求計算保證發(fā)出給定電力的概率；第三十一頁，共三十五頁。(4)建立數(shù)學模型，選擇要計算的可靠性指標，如概率、頻率、平均無故障工作時間、平均停電時間等。(5)計算主接線系統(tǒng)的可靠性。第三十二頁，共三十五頁。思考題1.敘述可靠性的確切定義。2.一般的可靠性指標有哪些？掌握基本的概率計算方法。3.可修復元件可用率、不可用率，衡量可修復元件工作壽命指標分別是什么？4.電力系統(tǒng)可靠性的基本概念是什么？電力系統(tǒng)可靠性評價的一般指標有哪些？5.電力系統(tǒng)規(guī)劃中進行可靠性分析的意義有哪些？6.掌握簡單的設備狀態(tài)概率計算。第三十三頁，共三十五頁。7.發(fā)電系統(tǒng)可靠性的基本概念。8.試簡述發(fā)電系統(tǒng)容量模型和負荷模型的建立過程。9.輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)可靠性的基本概念？10.簡述電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評價流程中的每一步。11.簡述電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性指標。12.電網(wǎng)規(guī)劃中可靠性成本—效益分析有何意義？13.供電總成本包括哪些？14.電氣主接線的基本概念是什么？15.簡述變電站可靠性評價流程。第三十四頁，共三十五頁