電力系統(tǒng)可靠性評估若干問題研究

陳龍

摘 要：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).基于這種背景，本文對電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電可靠性和整個電力系統(tǒng)風(fēng)險問題進行探究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；可靠性；問題分析；

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-08-00-01

一、發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評估問題

發(fā)電-負荷需求系統(tǒng)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。

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。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。

二、發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估問題

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。

解析法即故障枚舉法，其物理概念明晰。但電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)會隨著著設(shè)備的增加而呈指數(shù)級增長，而且當系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜時，其狀態(tài)空間的狀態(tài)數(shù)劇增，這必然會造成計算災(zāi)問題。因此，解析法只適用于模擬一些小型的不太復(fù)雜的系統(tǒng)。為克服解析法產(chǎn)生的計算災(zāi)問題，一些學(xué)者試圖使用各種方法如故障重數(shù)限制、截斷概率、故障分類等技術(shù)以減少計算量。蒙特卡羅法采用抽樣的方式，模擬隨機出現(xiàn)的各種系統(tǒng)狀態(tài)，并從大量的模擬試驗結(jié)果中統(tǒng)計出系統(tǒng)的可靠性指標，蒙特卡羅法是一個波動的收斂過程，估計出的風(fēng)險指標總是有一個置信范圍，不能保證增加大量的樣本就一定會減小誤差。為模擬小概率事件（如全黑事故）而不得不使抽樣樣本非常巨大，這也導(dǎo)致了蒙特卡羅法的精度與計算時間之間的矛盾。

三、配電系統(tǒng)的可靠性評估

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[17～20]。另外，由于蒙特卡羅法的抽樣復(fù)雜性等不可避免的缺點，近年來也有學(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)，

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。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

四、風(fēng)險評估問題

競爭機制的引入，電力工業(yè)體系正在發(fā)生重大的變化，在市場的環(huán)境下，經(jīng)濟性和安全性不再表現(xiàn)為兩個獨立的指標，安全性將融入經(jīng)濟性中，事故后果評價不再單純地用負荷切除量、停電持續(xù)時間等電氣量表示，而需建立在經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)上，尋求安全可靠性與經(jīng)濟性的平衡。綜合考慮可靠性因素的電網(wǎng)規(guī)劃新方法將電網(wǎng)的可靠性指標轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟性指標，并將其作為目標函數(shù)一部分。該方法將缺電成本劃分為靜態(tài)和動態(tài)成本兩部分，使得電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型更加完善，體現(xiàn)更廣泛的社會經(jīng)濟效益，客觀上有利于電網(wǎng)防災(zāi)。但是該方法在計算缺電成本時主要采用統(tǒng)計法和調(diào)查估計法，由于受各電網(wǎng)公司、發(fā)電公司的制約較多，且計算方法過于簡單，實現(xiàn)起來與現(xiàn)實有差距，但其思路還是值得推廣和借鑒的。

基于實用動態(tài)安全域的電力系統(tǒng)安全性評估是基于PDSR電力市場環(huán)境下考慮暫態(tài)穩(wěn)定性約束、事故發(fā)生概率及系統(tǒng)失穩(wěn)損失的安全成本優(yōu)化（最優(yōu)安全控制）模型及其算法。依據(jù)該模型可求得預(yù)防性控制總成本最小的用戶備用容量和參與者的再調(diào)度功率，從而將系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟性結(jié)合起來。

電力系統(tǒng)可靠性評估將廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行、檢修等過程，用于檢測和監(jiān)管整個系統(tǒng)及其內(nèi)部設(shè)備潛在的危險，預(yù)計危險的可能性以及對人身、經(jīng)濟財產(chǎn)損失的嚴重性，并確定消除或減少危險的方法.

參考文獻：

[1]別朝紅，王錫凡.蒙特卡洛法在評估電力系統(tǒng)可靠性中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，1997，21（6）：68-75.

[2]馮永青，張伯明，吳文傳，等.基于可信性理論的電力系統(tǒng)運行風(fēng)險評估（二）理論基礎(chǔ)[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（2）：11-15.

[3]孫元章，程林，劉海濤.基于實時運行狀態(tài)的電力系統(tǒng)運行可靠性評估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（15）：6-15.