電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性--可靠性

1、,多類型新能源發(fā)電綜合消納的關鍵技術,電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性,電力系統(tǒng)可靠性概述,本 節(jié) 提 綱,1. 電力系統(tǒng)可靠性基本概念,2. 電力系統(tǒng)可靠性評估任務,3. 電力系統(tǒng)可靠性評估指標與準則,4. 系統(tǒng)可靠性評估的基本方法,1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念,電力系統(tǒng)規(guī)劃是保證一定可靠性的情況下，滿足用戶需求，并盡可能減緩和減少投資。,盡可能經濟地向用戶提供持續(xù)的、符合一定質量標準的電能和電力,經濟性,可靠性,可靠性,費用,1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念,1）什么是可靠性？,可靠性：是指一個元件、設備或系統(tǒng)在預定時間內，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力（概率）。 2）可靠性的四個要素 對象：要弄

2、清所研究的問題是指元件還是系統(tǒng)。 功能：要弄清元件、系統(tǒng)的功能是什么，喪失功能又是如何具體規(guī)定的？ 正?；蚬收希ㄊВ?，把不可修復元件終止執(zhí)行規(guī)定的功能稱為失效， 把可修復元件終止執(zhí)行規(guī)定的功能稱故障。 時間： 在研究可靠性時，對時間要有明確的規(guī)定。 時間范圍確定，同時研究的時效性。比如，調度和規(guī)劃等研究可靠性的時間尺度不同。 使用條件：如戶內外、溫度、適度等，這些都對可靠性有很大影響。,1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念,3）元件與系統(tǒng)可靠性,對象：要弄清所研究的問題是指元件還是系統(tǒng)。 元件：構成系統(tǒng)的基本單位，在一個具體的系統(tǒng)中，元件不能再分割。 系統(tǒng)：由元件組成，它被看成是元件組成的總體。有

3、時，系統(tǒng)包容的范圍太大，又可分為若干個子系統(tǒng)。這樣劃分的結果，若干元件組成一個子系統(tǒng)，若干個子系統(tǒng)組成一個系統(tǒng)。 例如配電系統(tǒng)可以看成電力系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，而斷路器、線路則是構成子系統(tǒng)的一些元件。 系統(tǒng)和元件是相對的。 4）可靠性工程 可靠性工程：涉及元件失效數(shù)據的統(tǒng)計和處理、系統(tǒng)可靠性的定量評定、運行維護、可靠性和經濟性的協(xié)調等方面。,1. 電力系統(tǒng)可靠性的基本概念,5）電力系統(tǒng)可靠性,把可靠性工程應用于電力系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)可靠性，它滲透到電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、運行和管理等各個方面。 電力系統(tǒng)可靠性是對電力系統(tǒng)按可接受的質量標準和所需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應電力和電能質量之能力的度量。所謂質

4、量合格，就是指電能的頻率和電壓必須保持在規(guī)定的范圍。 充裕性（adequacy）是指電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力需求和總得電能量的能力，同時考慮到系統(tǒng)元件的計劃停運及合理的期望非計劃停運。 安全性（security）是指電力系統(tǒng)承受突然發(fā)生的擾動，例如突然短路或未預料到的系統(tǒng)元件丟失的能力。,元件可靠性,系統(tǒng)可靠性,已知,未知,2. 電力系統(tǒng)可靠性評估的目的,意義：在電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、運行的全過程中，堅持系統(tǒng)全面的可靠性定量評估制度，是提高電力系統(tǒng)能效的有效方法。 用途：在可靠性評估中，除了對可能出現(xiàn)的故障進行故障分析，采取相應措施，以減少故障造成的影響外，還可對可靠性投資與相應的經濟

5、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。 方法：為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)可靠性評估，首先要確定可靠性目標，然后應用評估手段，依據可靠性準則確定故障準則并對故障嚴重性做出估計。 為保證電力系統(tǒng)可靠性達到期望的水平，在各階段都必須實現(xiàn)以下目標：保證電力系統(tǒng)的充裕度；保證電力系統(tǒng)的安全性，采取措施使系統(tǒng)能經受住可能的偶發(fā)事故而不必消減負荷或停電，并避免對系統(tǒng)和元件造成嚴重損壞；保持電力系統(tǒng)的完整性，限制故障擴大，減小大范圍停電；保證停電后系統(tǒng)迅速恢復運行。,2. 電力系統(tǒng)可靠性評估的目的,各階段可靠性評估的任務是： 規(guī)劃階段-規(guī)劃系統(tǒng)的可靠性評估有以下幾個任務：對未來的電力

6、系統(tǒng)和電能量需求進行預測；收集設備的技術經濟數(shù)據；制定可靠性準則和設計標準，依據準則評估系統(tǒng)性能，識別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；選擇最優(yōu)方案。 設計階段-重點是發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估，其可靠性設計原則是：當遭受超過設計規(guī)程規(guī)定的大擾動時，不利影響擴散的風險最?。粦瓜到y(tǒng)有足夠備用容量來限制擾動后果的蔓延，避免停電范圍擴大，保護運行人員免遭傷害，保護設備免遭損壞。 運行階段-對運行系統(tǒng)進行可靠性評估，以便在可接受的風險度下建立和實施各種運行方式，確定運行備用容量，安排計劃檢修，以確定購入和售出電量，確定互聯(lián)系統(tǒng)的輸送電力和電能量。,3. 電力系統(tǒng)可靠性指標與準則,2）電力系統(tǒng)可靠性指標分類（規(guī)劃） 為在電

7、力系統(tǒng)中達到所需可靠性水平應滿足的條件，可靠性評估應以相應的可靠性準則為基礎。可靠性準則分為： 概率性和確定性指標。 舉例：概率性的：電力期望不足；確定性的：N-1 概率性指標分類： 設備類可靠性指標：發(fā)（火電、水電、風電）、輸電（交流、直流） 系統(tǒng)可靠性指標分為發(fā)輸電和配電 -系統(tǒng)可靠性指標（110以上）-發(fā)輸電模型 -配電系統(tǒng)用戶供電可靠性指標（定義了系統(tǒng)和設備可靠性）； 如：供電可考慮99.99%,1）一般的可靠性指標： 概率：不可修復-可靠度(Reliability)；可修復系統(tǒng)可靠度、可用度Availability 頻率：單位時間里發(fā)生故障的平均次數(shù)。 平均持續(xù)時間：首次故障的平均時

8、間，故障的平均持續(xù)時間。 期望值： 如一年中電力系統(tǒng)發(fā)生故障的期望天數(shù)。,3. 電力系統(tǒng)可靠性指標與準則,2）電力系統(tǒng)可靠性指標分類 確定性指標分類(系統(tǒng)) 國內的：電力系統(tǒng)穩(wěn)定導則 規(guī)定電力系統(tǒng)應能承受的發(fā)電系統(tǒng)或輸電系統(tǒng)計劃和非計劃停運組合的條件。每種故障組合的定義應包括擾動本身以及擾動錢的系統(tǒng)運行狀態(tài)。 例如目前中國及許多國家在電力系統(tǒng)中采用的N-1準則，就是考慮在N個元件的系統(tǒng)中失去一個元件后，系統(tǒng)必須正常供電。不允許因故障而導致消減用戶的電力和電能量的供應。 國外的 ：穩(wěn)定導則、安全導則，介紹國外導則 概率性和確定性指標比較 N-1準則概念清晰，可操作性好，應用很廣。 概率小的、后果

9、不嚴重-網絡不經濟 概率大、后果不嚴重-網絡不可靠 概率性的既考慮發(fā)生的概率，也顧及了后果,3. 電力系統(tǒng)可靠性指標與準則,3）電力系統(tǒng)可靠性指標 元件可靠性指標,3. 電力系統(tǒng)可靠性指標與準則,3）電力系統(tǒng)可靠性指標 元件可靠性指標,3. 電力系統(tǒng)可靠性指標與準則,3）電力系統(tǒng)可靠性指標 系統(tǒng)可靠性指標,4. 電力系統(tǒng)可靠性評估的基本方法,電力系統(tǒng)可靠性的評估（檢驗）都是根據元件故障-分析系統(tǒng)可靠程度。 由于系統(tǒng)的復雜性，把可靠性劃分為幾個環(huán)節(jié)。 （發(fā)電、輸電、變電站接線、配電）：每部分都有確定性驗證和概率性評估。,4. 電力系統(tǒng)可靠性評估的基本方法,電力系統(tǒng)可靠性的評估（檢驗）都是根據元件

10、故障-分析系統(tǒng)可靠程度。 由于系統(tǒng)的復雜性，把可靠性劃分為幾個環(huán)節(jié)。 （發(fā)電、輸電、變電站接線、配電）：每部分都有確定性驗證和概率性評估。,4. 電力系統(tǒng)可靠性評估的方法,電力系統(tǒng)可靠性的評估手段,電力系統(tǒng)可靠性的評估過程,電力系統(tǒng)可靠性評估基本方法,4. 電力系統(tǒng)可靠性評估方法,4.1 概率解析法,4.1.1 串聯(lián)模型,式中，A為可用率；U為不可用率； 為失效率。,獨立事件：如果某一事件的發(fā)生不影響另一事件發(fā)生的概率，則這兩個事件成為獨立事件。 若有N個獨立事件，各事件發(fā)生的概率分別為P1P2P3Pn, 則所有事件都同時發(fā)生的概率為：,4. 電力系統(tǒng)可靠性評估方法,4.1.2 并聯(lián)模型,式中

11、，A為可用率；U為不可用率 為修復率。,發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估的本質是計算服從一定概率分布的兩個隨機變量（即發(fā)電容量和負荷需求）之間的差值。這就是數(shù)學上的卷積概念。,則隨機變量 的均值由下式計算：,設兩個隨機變量X和Y具有下述離散概率密度函數(shù)：,此即數(shù)學上的離散卷積概念,4.1.3 概率卷積模型,對發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估,風險指標通常是在給定條件下的Z的均值。例如，如果X代表負荷需求，Y代表發(fā)電容量，則期望缺供電力為在給定X大于Y的條件下的Z的均值。 對離散卷積，公式為： 即使X和Y是連續(xù)隨機變量，他們的概率密度函數(shù)也可離散化，以便于使用上式。,4.2 其他方法,4.3 隨機模擬法,4.3.1 狀態(tài)枚

12、舉法,式中：Pi和Qi分別是第i個元件工作和失效的概率；N是系統(tǒng)中的元件數(shù)。,系統(tǒng)狀態(tài)概率由下式給出 ：,式中，Nf 和N-Nf 分別是狀態(tài)s中失效和未失效的元件數(shù)量。,4.3.2 非序貫蒙特卡羅模擬法,4.3.3 序貫蒙特卡羅模擬法,也稱時序蒙特卡羅模擬法，通過模擬系統(tǒng)運行的歷史過程，然后對所抽取的系統(tǒng)狀態(tài)進行分析，它是按照時序進行元件的“運行-修復-運行-修復”的狀態(tài)交替過程進行模擬，得到每個元件的運行修復狀態(tài)持續(xù)時間，通過組合每個元件的運行和修復過程就能夠得到一個有時間先后順序的系統(tǒng)狀態(tài)序列，因此時序蒙特卡羅法能夠考慮復雜電力系統(tǒng)運行策略（如經濟調度、水庫用水策略等）的優(yōu)點，缺點是編程困難且計算時間較長。,4.3.2 序貫蒙特卡羅模擬法,4.3.4 蒙特卡羅模擬法的特點,1.產生每一個元件的隨機數(shù)序列是必要的一步，這些隨機數(shù)必須滿足三個基本條件：均勻性、獨立性和足夠長的重復周期。 2.蒙特卡羅法是一個波動收斂的過程，因此估計出的可靠性指標總是有一個相應的置信范圍。 3.方差系數(shù)常被用作終止抽樣的判據。 4.狀態(tài)模擬過程僅需要元件的失效概率或者轉移率作為抽樣過程的輸入數(shù)據。這個特點使我們能夠容易地同時模擬不同的失效過程所引起