電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性--發(fā)電系統(tǒng)幻燈片.ppt

1、,多類型新能源發(fā)電綜合消納的關(guān)鍵技術(shù),電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性,發(fā)電系統(tǒng)充裕性可靠性評(píng)估,本 節(jié) 提 綱,1. 發(fā)電系統(tǒng)充裕性可靠性評(píng)價(jià)概述,2 . 卷積法-發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算方法,3. 狀態(tài)抽樣法,4. 狀態(tài)持續(xù)時(shí)間評(píng)價(jià)方法,提供的是一個(gè)充裕性總體測(cè)度指標(biāo)，而不是單個(gè)變電站或負(fù)荷點(diǎn)的指標(biāo),1. 發(fā)電-負(fù)荷需求系統(tǒng)可靠性概述,發(fā)電-負(fù)荷需求系統(tǒng)（generation-demand system）常常 被稱為發(fā)電系統(tǒng)。,評(píng)估的內(nèi)容：評(píng)估統(tǒng)一并網(wǎng)運(yùn)行的全部發(fā)電機(jī)組按可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量來滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷電力和電量需求的能力的度量。,量化分析發(fā)電機(jī)隨機(jī)失效引起的風(fēng)險(xiǎn)。將系統(tǒng)所有可能狀態(tài)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷削

2、減及其發(fā)生的概率進(jìn)行組合，建立起發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。,發(fā)電-負(fù)荷需求系統(tǒng)模型,這個(gè)模型處理發(fā)電和負(fù)荷兩個(gè)隨機(jī)變量，兩者均包括對(duì)應(yīng)各自發(fā)生概率的多級(jí)功率水平,評(píng)價(jià)目標(biāo)：確定電力系統(tǒng)為保證充足的電力供應(yīng)所需的發(fā)電容量。 發(fā)電容量分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)；靜態(tài)-長期-容量，必須滿足機(jī)組計(jì)劃檢修、非計(jì)劃檢修等因素。用來確定最佳的裝機(jī)容量。動(dòng)態(tài)-短時(shí)-開機(jī)方式等運(yùn)行問題。 系統(tǒng)充裕性指標(biāo)：發(fā)電在額定值和電壓水平限度內(nèi)，扣除由機(jī)組計(jì)劃和非計(jì)劃停運(yùn)造成的降低處理后，向用戶提供總的電力和電量需求的能力。,發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo),確定性的：通常用來衡量系統(tǒng)裝機(jī)容量充裕度方法的是百分?jǐn)?shù)備用閥或最大機(jī)組備用法，或?qū)烧呓Y(jié)合使用。

3、概率性的 電力不足概率（LOLP- Loss of load probability） 電力不足期望（LOLE- Loss of Load Expectation） 電量不足期望（EENS-Electricity Expectation Not Satisfied) 故障頻率、持續(xù)時(shí)間,2.卷積法,發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，在數(shù)學(xué)上就是對(duì)發(fā)電容量和負(fù)荷這兩個(gè)隨機(jī)變量進(jìn)行卷積運(yùn)算。,卷積分析方法包括以下四步：,1. 建立離散發(fā)電概率分布,2. 建立負(fù)荷離散概率分布,3. 兩個(gè)分布之間的卷積運(yùn)算,0. 設(shè)定發(fā)電機(jī)元件模型,1）.離散發(fā)電概率分布,利用狀態(tài)枚舉法可得出發(fā)電容量的概率分布。,例,一個(gè)系統(tǒng)有兩臺(tái)

4、10 兆瓦和一臺(tái)15 兆瓦容量的機(jī)組，其不可用率均為0.03。利用式(4-40)得到：,0）.發(fā)電機(jī)元件模型,采用可修復(fù)、兩狀態(tài)模型及參數(shù)：MTTR, MTTF , , ,f,枚舉出這個(gè)系統(tǒng)的全部容量等級(jí)及其相應(yīng)的概率，即發(fā)電容量的離散概率分布，示于下表5.1 中：,當(dāng)發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)很多時(shí)，發(fā)電容量的等級(jí)數(shù)呈指數(shù)增長，這個(gè)表就會(huì)變得十分冗長。有兩種用于減少發(fā)電容量等級(jí)數(shù)的主要措施，如下：,1. 使用某個(gè)小概率門坎值，從表中去掉概率小于這個(gè)門坎值的所有容量級(jí)別。,2. 規(guī)定一個(gè)合理的發(fā)電容量級(jí)差，將落入級(jí)差內(nèi)的容量級(jí)別舍入到最接近的一個(gè)規(guī)定級(jí)別。,2）離散負(fù)荷概率分布,原始負(fù)荷曲線可用如下圖（5-2

5、）所示的多級(jí)模型來表示：,負(fù)荷水平級(jí)別越多，模型越精確,給定負(fù)荷水平分級(jí)后，就可將各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)分配到最接近的一個(gè)級(jí)別，得到一個(gè)離散負(fù)荷概率分布。就可列于下表中：,Lk 是第k級(jí)負(fù)荷水平,T 是負(fù)荷曲線的時(shí)間總長度，Tk 是第k級(jí)負(fù)荷水平的時(shí)間長度,若計(jì)入負(fù)荷的不確定性，可以建立一個(gè)廣義負(fù)荷水平分級(jí)表。通常用正態(tài)分布來表征負(fù)荷的不確定性。,以7個(gè)分段為例，每一分段用它的中點(diǎn)，如圖5-3,將表5.2和5.3進(jìn)行組合，即獲得如下表5.4所示的廣義負(fù)荷水平分級(jí)及其概率。,表中的k是標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)第k級(jí)原始負(fù)荷水平之比,3）.指標(biāo)計(jì)算,當(dāng)發(fā)電容量和負(fù)荷水平概率表建立起來以后，即可用卷積法估計(jì)發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

6、,缺電時(shí)間期望LOLE（Loss Of Load Expectation）,(5-1),其中：,(5-2),單位是“小時(shí)/期間”,單位是“兆瓦時(shí)/期間”,電量不足期望LOEE（Loss Of Energy Expectation）,(5-3),式中：Li 是第i級(jí)負(fù)荷水平； Pi是第i級(jí)負(fù)荷水平的概率； NL是負(fù)荷水平概率表中的負(fù)荷水平分級(jí)數(shù)； Gj是第j級(jí)發(fā)電容量； Pj 是第j級(jí)發(fā)電容量的概率； NG是發(fā)電容量分級(jí)表中的發(fā)電容量分級(jí)數(shù)； T 是負(fù)荷持續(xù)曲線時(shí)間總長度；,注意,不可能使用卷積方法來計(jì)算頻率和持續(xù)時(shí)間指標(biāo),2.狀態(tài)抽樣法-非貫序蒙特卡洛,基本思路：,使用狀態(tài)抽樣技術(shù)選擇發(fā)電機(jī)的

7、狀態(tài)，而負(fù)荷曲線仍然利用多級(jí)水平模型。,對(duì)每臺(tái)發(fā)電機(jī)和示于圖多級(jí)負(fù)荷模型中相應(yīng)的每一級(jí)負(fù)荷水平，在0，1區(qū)間抽取均勻分布隨機(jī)數(shù)Rj。第j臺(tái)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)為：,(5-4),式中：PFj 是停運(yùn)狀態(tài)的概率（即不可用率）；PPj 是降額狀態(tài)的概率。,按照發(fā)電機(jī)的狀態(tài)確定每臺(tái)機(jī)組的可用容量，從而可獲得系統(tǒng)總的發(fā)電容量。,對(duì)某一給定的負(fù)荷水平，在第k次抽樣中的電力不足DNS (Demand Not Supplied)計(jì)算如下：,(5-5),式中：Li是第i級(jí)水平的負(fù)荷；Gjk 是第j臺(tái)發(fā)電機(jī)在第k次抽樣中的可用容量；m是系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)。,考慮負(fù)荷不確定性,計(jì)算電力不足時(shí)，只要將式(5.5)中的Li 應(yīng)

8、換成Li 即可。,負(fù)荷水平Li 是具有不確定性的負(fù)荷之均值，其不確定性用標(biāo)準(zhǔn)差 i (Li的百分比)表示。用近似逆變換法建立標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)Xk ，則第k次抽樣的抽樣值如下：,(5-6),指標(biāo)計(jì)算,(5-7),1. 缺電時(shí)間期望：,其中：,(5-8),2.電量不足期望：,(5-9),式中：NL 是圖5-2所示多級(jí)負(fù)荷模型中的負(fù)荷水平分級(jí)數(shù)；Ti是第i級(jí)負(fù)荷水平的時(shí)間長度；Ni 是第i 級(jí)負(fù)荷水平的抽樣數(shù)。,每一負(fù)荷水平的抽樣數(shù)有時(shí)相同，有時(shí)不同。一般來說，為了有相同的精度，較低負(fù)荷水平需要更多的抽樣。,狀態(tài)抽樣法不可能提供頻率和持續(xù)時(shí)間指標(biāo)。,注意,3.狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣法-貫序蒙特卡洛,在狀

9、態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣法中，需要建立一個(gè)虛擬的系統(tǒng)發(fā)電容量曲線，并在時(shí)序負(fù)荷曲線上疊加得到模擬的運(yùn)行過程。,第一步：,獲取發(fā)電機(jī)組失效前時(shí)間和修復(fù)前時(shí)間的抽樣值，從而生成每臺(tái)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行循環(huán)。組合全部發(fā)電機(jī)的運(yùn)行循環(huán)即可得到系統(tǒng)發(fā)電容量曲線。如下圖：,第二步：,在時(shí)序的小時(shí)負(fù)荷曲線上疊加系統(tǒng)發(fā)電容量曲線，從而得到一個(gè)系統(tǒng)可用裕度模型。負(fù)裕度表明必須削減系統(tǒng)負(fù)荷。疊加過程如下圖。,如果需要計(jì)入負(fù)荷不確定性，則必須用式(5-6)對(duì)負(fù)荷曲線按小時(shí)逐點(diǎn)修改負(fù)荷值，來修改負(fù)荷曲線。,但是,如果在該小時(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)可用容量大于原始小時(shí)負(fù)荷加三倍標(biāo)準(zhǔn)差，則這個(gè)點(diǎn)被跳過去，負(fù)荷曲線上大多數(shù)負(fù)荷點(diǎn)都屬這種情況。使用正態(tài)分布

10、抽樣時(shí)，需要修改的大多數(shù)負(fù)荷點(diǎn)應(yīng)當(dāng)靠近修正前的負(fù)荷削減點(diǎn)，如上圖5-5 中標(biāo)有ENS的位置。,第三步：,通過對(duì)疊加裕度模型的觀察，可直接得到每一抽樣年i中 發(fā)生的缺電次數(shù)LLOi (Loss of Load Occurrence)； 以小時(shí)計(jì)的缺電持續(xù)時(shí)間LLDi (Loss of Load Duration)； 以及以兆瓦時(shí)計(jì)的電量不足ENSi (Energy Not Supplied) 。,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),所以對(duì)應(yīng)于N 個(gè)抽樣年的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)可以下公式估計(jì)：,1.缺電時(shí)間期望LOLE (Loss Of Load Expectation，小時(shí)/年),(5-10),2.電量不足期望 LOEE (Loss Of Energy Expectation，兆瓦時(shí)/年),(5-11),3.缺電頻率LOLF (Loss Of Load Frequency，次/年),(5-12),4.缺電持續(xù)時(shí)間 LOLD (Loss Of Load Du