電力系統(tǒng)可靠性評估

發(fā)電一負荷需求系統(tǒng)(generation}}emand sys-tem)常常被稱為發(fā)電系統(tǒng).由于忽略發(fā)電與負荷之間的電網(wǎng)部分，發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評估內(nèi)容相對簡單，專門針對發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評估文獻也相對較少，主要是針對發(fā)電系統(tǒng)備用容量的評估。

電力系統(tǒng)可靠性與備用容量緊密相關(guān)，可通過評估可靠性水平與調(diào)整備用容量以滿足可靠性的要求.評估發(fā)電系統(tǒng)備用容量的方法主要可分為確定性評估方法和概率性評估方法兩類。確定性備用容量評估方法，不能反映系統(tǒng)當(dāng)前機組的數(shù)量、性能、出力變化以及負荷的不確定性等因素，同時也沒有明確的指標衡量備用水平.因此，近年來主要采用概率性評估方法.概率法能較全面地反映系統(tǒng)的狀況，而且在國外已經(jīng)有成熟的實際運行經(jīng)驗。

各國經(jīng)過長期實踐，大都制訂了相對成熟的發(fā)電系統(tǒng)備用容量評估方法及標準。美國有PJM電力市場系統(tǒng)，澳大利亞有國家電力市場管理公司(NEMMCO)。在我國，關(guān)于發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估方面的研究相對較少，周家啟教授等人提出過一種多元件備用系統(tǒng)可靠性分析。該評估方法把多元件備用系統(tǒng)分為不可修復(fù)系統(tǒng)和可修復(fù)系統(tǒng)兩種，可修復(fù)系統(tǒng)的可靠性分析采用泊松分布，不可修復(fù)系統(tǒng)采用馬爾可夫隨機模型。然而，元件失效概率采用泊松分布來描述尚缺統(tǒng)分的理論依據(jù)，因此，該文通過泊松隨機過程解決多元件可修復(fù)備用系統(tǒng)的可靠性問題還有待檢驗 。

由于輸電系統(tǒng)受發(fā)電系統(tǒng)的種種約束和限制，單獨評估輸電系統(tǒng)是不合理的.因此，輸電系統(tǒng)可靠性評估實際上往往是發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估，也是電力系統(tǒng)可靠性評估中最復(fù)雜的一個問題。

發(fā)輸電系統(tǒng)中的發(fā)電機和負荷位于不同地點，并通過輸電網(wǎng)連接。在這種系統(tǒng)中，即使發(fā)電機全部可用，仍有可能要削減負荷。其原因在于多重線路失效可能引起一個或多個母線從系統(tǒng)分離，并且一些失效事件還可能引起線路過載或電壓越限而強迫削減負荷.換句話說，發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估的系統(tǒng)分析并非是簡單的連通性問題，它涉及到潮流計算、故障分析以及諸如消除過載、發(fā)電重新調(diào)度、負荷削減和切換操作等校正措施。系統(tǒng)狀態(tài)選擇中許多問題的考慮也導(dǎo)致了評估更復(fù)雜。發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估的方法大致可以分為解析法和蒙特卡羅模擬法。

電力系統(tǒng)正逐漸發(fā)展成為超大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，具有容量上超大規(guī)模、空間上廣域分布、擾動傳播范圍大等特征。電力系統(tǒng)越來越趨于復(fù)雜化，這種飛速發(fā)展給其穩(wěn)定運行和控制帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。另外，隨著電力市場的發(fā)展，電力系統(tǒng)各供應(yīng)商更注重電網(wǎng)長期效益，即在一定的可靠性下維持較低的運行成本，而迄今為止，尚未在系統(tǒng)層次形成一整套完整的可靠性評估體系。

由于電力系統(tǒng)復(fù)雜性，在現(xiàn)有的計算能力和精度要求條件下，對包括發(fā)電、輸電和配電在內(nèi)的整個系統(tǒng)進行可靠性評估是不現(xiàn)實的 。

國內(nèi)外對于電力系統(tǒng)可靠性評估的研究由來已久，從上個世紀60年代起，大致經(jīng)歷了3個階段，分別為確定性評估、概率評估和風(fēng)險評估。確定性方法只重視最嚴重的事故如“N-1”事故檢測，其確定的系統(tǒng)運行點顯得過于保守。概率評估方法考慮了事故發(fā)生的概率，但并未考慮事故造成的經(jīng)濟損失，沒有很好地協(xié)調(diào)安全與經(jīng)濟二者的關(guān)系。風(fēng)險評估方法的優(yōu)勢在于將事故發(fā)生的概率與產(chǎn)生的后果(如經(jīng)濟損失等)相結(jié)合，將風(fēng)險與效益聯(lián)系起來，定量地反映了系統(tǒng)的經(jīng)濟安全指標。

系統(tǒng)可靠性的評估通常分為充裕度和安全度的評估.充裕度是指電力系統(tǒng)在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)、輸、變電設(shè)施額定容量和電壓波動容許限度內(nèi)，考慮元件的計劃和非計劃停運以及運行約束條件下連續(xù)地向用戶提供電力和電能量需求的能力。安全性是指電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動并不間斷地向用戶提供電力的能力，突然擾動包括突然短路和失去非計劃停運的系統(tǒng)元件等情況。

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)可靠性評估是將充裕度與安全度分開進行研究的，隨著分析方法的發(fā)展和對問題討論的深入，出現(xiàn)了將兩者結(jié)合起來趨勢。

配電系統(tǒng)的可靠性評估起步較早、發(fā)展較快。由于配電系統(tǒng)直接面對用戶，研究范圍相對較小，研究方法也比較通用，已有大量的文獻針對配電系統(tǒng)(包括輻射狀配電系統(tǒng)和環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng))進行了可靠性評估等方面的研究。

對于配電系統(tǒng)，可靠性評估常用的解析法和蒙特卡羅法是可以通用的.多年來，解析法已在配電系統(tǒng)可靠性評估中獲得廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外大部分文獻采用的是解析法，使用這種方法計算負荷點和系統(tǒng)的平均性能指標十分方便.蒙特卡羅法與應(yīng)用于發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估相似，均是對系統(tǒng)每一元件出現(xiàn)的狀態(tài)的概率進行抽樣來確定失效概率及頻率等風(fēng)險指標。

另外，由于蒙特卡羅法的抽樣復(fù)雜性等不可避免的缺點，也有學(xué)者提出將解析法與蒙特卡羅法結(jié)合起來應(yīng)用的混合法.例如，任震等人提出先用解析法將網(wǎng)絡(luò)等值簡化成簡單的主饋線系統(tǒng)，然后用蒙特卡羅法求解各可靠性指標，解決了復(fù)雜配電網(wǎng)模擬過程中在故障點遍歷搜索麻煩的難題。其他學(xué)者也在簡化故障遍歷狀態(tài)方面作出了努力，例如李志民等人提出故障模式與后果分析法(FMEA)，該算法根據(jù)配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，將樹的先根優(yōu)先遍歷和后根優(yōu)先遍歷技術(shù)分別用于配電網(wǎng)潮流的功率前推和回代計算，充分利用了配電網(wǎng)自身的結(jié)構(gòu)特點，使潮流計算很好地潛入到了可靠性評估算法中。別朝紅等人提出了一種將最小路徑法與等值法相結(jié)合的配電網(wǎng)可靠性評估算法，該算法首先通過對網(wǎng)絡(luò)的分層處理，應(yīng)用可靠性等值原理將復(fù)雜配電系統(tǒng)逐步等值為簡單的輻射形配電網(wǎng)，再應(yīng)用最小路徑方法計算系統(tǒng)的可靠性指標，從而提高了評估效率 。2100433B

電力系統(tǒng)可靠性涉及可靠性管理和可靠性評估兩個領(lǐng)域。電力可靠性管理主要是對已運行的電力系統(tǒng)及主要設(shè)備進行統(tǒng)計與管理，包括擬定電力行業(yè)可靠性管理的標準、準則；電力行業(yè)各項可靠性信息的采集、統(tǒng)計、分析；電力系統(tǒng)運行可靠性的監(jiān)督等。

可靠性評估主要是研究電力系統(tǒng)可靠性評價的方法、模型，對電力系統(tǒng)擴展的設(shè)計方案進行可靠性與經(jīng)濟性比較分析等。 2100433B

電力系統(tǒng)的可靠性是電力系統(tǒng)運行情況的一種屬性，而電力系統(tǒng)的可靠性水平則通過一系列可靠性指標來評價，人們也把這些作為電網(wǎng)穩(wěn)定的判定依據(jù)。另外在電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中，尤其是增設(shè)電廠、擴建電網(wǎng)規(guī)劃過程中，可以通過使用可靠性指標體系評估出的電力系統(tǒng)運行情況，作為指導(dǎo)依據(jù)。

就我國現(xiàn)有的電力監(jiān)管體系，電力系統(tǒng)的可靠性是以供電企業(yè)的社會承諾的形式對外公布的，并且受政府的一些文件規(guī)定的制約。為了實現(xiàn)這個可靠性指標，電力企業(yè)往往需要投入大量的人力和物力對電力系統(tǒng)進行更新改造，以最大限度上保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，然而各個地區(qū)、各種用戶對可靠性要求的水平不一樣，可靠性承諾可能不滿足各個地區(qū)的實際需求，回在一定范圍和一定程度上造成社會資源的浪費。

在完全市場化的情況下，各種電力企業(yè)將以追求自身利益最大化為目標，而用戶消費單位電能也將考慮減少費用和獲取最優(yōu)的服務(wù)。政府部門也將不會強制電力企業(yè)在加強可靠性方面進行投資，這種情況下，如何保證供電可靠性就需要一個合理的、完善的市場機制或者說是電價定價機制。

我認為可以把電力系統(tǒng)的可靠性認為是一種資源或者說產(chǎn)品，一種區(qū)別于傳統(tǒng)資源的特殊資源。通過市場來調(diào)節(jié)可靠性資源的供需關(guān)系，以實現(xiàn)社會價值最大化。電力系統(tǒng)的可靠性資源供需關(guān)系還會對社會產(chǎn)生較大的影響，如果供大于需，則是電力投資的浪費;如果供小于需，則可能對其他電力需求行業(yè)會造成較大影響;只有供需平衡才是最有型態(tài)。 2100433B

可靠性是指在預(yù)定條件下，一個組件、設(shè)備或系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘奶匦灾笜朔Q之為可靠度，可靠度越高，意味原件可靠運行的概率越高，故障少，維修費用低，工作壽命長；可靠性低，意味著電力設(shè)備壽命短暫，出現(xiàn)過多的故障，維修成本高，直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟利益。電力發(fā)展在整個開發(fā)過程中，可靠性貫穿于產(chǎn)品和系統(tǒng)每一個環(huán)節(jié)?？煽啃怨こ躺婕暗焦收辖y(tǒng)計和數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)的可靠性定量評估對電力設(shè)備的操作和維護具有重要作用，下面從充裕性和安全性兩個方面來進行闡述。