1、電力系統(tǒng)可靠性評估指標體系譚慶科高志新陳紅坤武漢大學電氣工程學院湖北武漢 430072【摘要】電力系統(tǒng)可靠性研究離不開可靠性的指標,因為指標的設定和計算是可靠性評估的前提。在電力市場環(huán)境下,與可靠性相關的問題中無論是電源和電網的規(guī)劃、還是可靠性的收費問題,也都依托合理的指標對系統(tǒng)可靠性的反映和評估。本文總結和整理了近年來國內外關于電力系統(tǒng)可靠性評估指標體系方面的研究進展,探討了電力市場環(huán)境下對大電力系統(tǒng)可靠性的新要求,介紹了基于電力市場環(huán)境下的新的可靠性指標,比較了傳統(tǒng)可靠性指標和電力市場環(huán)境下可靠性指標,最后對該領域的研究進行了展望?！娟P鍵詞】可靠性電力市場指標體系經濟性評估電力系統(tǒng)Reli

2、ability Assessment Index System of Power SystemAbstract:Research on power system reliability can not be separated from reliability index,because index decision and calculation are premises of the reliability evaluation. In the deregulated market environment, problems related to reliability rely on r

3、easonable indexes that reflect and evaluate Power System reliability. In this paper,researches on the development of power system reliability index framework are reviewed at first,and then the new requirements on power system reliability index under deregulated market environment are discussed. New

4、reliability indexes based on deregulated market environment are introduced;traditional reliability indexes and New reliability indexes based on deregulated market environment are compared. A prospect on the research is this field is presented in the end.Key words:reliability;power market;index frame

5、work;economic assessment;1 前 言電力系統(tǒng)可靠性是對電力系統(tǒng)可接受的質量標準和所需數量不間斷地向電力用戶供應電力和電能量之能力的度量,隨著電力工業(yè)體制不斷改革,在實行多家發(fā)電、積極合理利用外資和多渠道資金,運用多種電價和鼓勵競爭等有效政策的激勵下,我國電力工業(yè)發(fā)展迅速,在發(fā)展規(guī)模、建設速度和技術水準上不斷刷新紀錄、跨上了新的臺階。然而隨著電力市場的不斷發(fā)展,輸電網的逐步開放以及獨立發(fā)電商的出現導致了新問題,新的需求不斷產生,傳統(tǒng)的可靠性指標已無法合理地評估現有的電力系統(tǒng),必須盡快建立適合我國電力市場環(huán)境下評估電網的新的可靠性指標。電力系統(tǒng)可靠性主要包括兩個方面,即充裕

6、度和安全性。充裕度主要指在靜態(tài)條件下系統(tǒng)容量滿足負荷電力和電能量需求的程度;安全性則主要是對系統(tǒng)的動態(tài)特性進行評價,目的是評估系統(tǒng)對突發(fā)故障的經受能力。作者簡介:譚慶科(1986,男,碩士研究生,主要研究方向為電力系統(tǒng)可靠性。Email:tqke高志新(1984,男,湖北武漢人,主要研究方向為電力系統(tǒng)可靠性與規(guī)劃。Email:zhixingao陳紅坤(1968,男,湖北黃岡人,主要研究分析為電能質量、電力系統(tǒng)可靠性與規(guī)劃。Email:chkinsz2 傳統(tǒng)可靠性評估的指標體系電力系統(tǒng)向高電壓、大容量方向的發(fā)展及電力市場的引入,使人們對電力系統(tǒng)的安全性和可靠性給予更多的關注,在對各種設計和調度方

7、案進行技術經濟比較過程中,可靠性指標已成為重要的判據,傳統(tǒng)的可靠性指標體系已不能滿足實際應用要求。指標體系13可分為系統(tǒng)指標、負荷點指標和組件可靠性指標。系統(tǒng)可靠性指標從全局的觀點描述了整個系統(tǒng)的行為,又可進一步分為概率充分性指標和概率穩(wěn)定性指標;負荷點可靠性指針描述的是各負荷點(一般指降壓變壓器低壓側的可靠性,同時也可作為配電可靠性計算的輸入數據;組件可靠性指標能夠反映一些重要的電氣設備對系統(tǒng)和負荷點可靠性的影響程度,實用性比較強。傳統(tǒng)可靠性理論的指標體系包括如下:(1電力不足概率(LOLP(Loss of Load Probability;(2電力不足期望值(LOLE(Loss of Lo

8、ad Expectation,d/期間;(3電力不足頻率(LOLF(Loss of Load Frequency,次/期間;(4電力不足持續(xù)時間(LOLD(Loss of Load Duration,d/次;(5電量不足期望值(EENS(Expected Energy Not Supplied,Kw·h/期間;(6系統(tǒng)停電指針(BPII(Bulk Power Interruption Index,MW/MW·a-1;(7系統(tǒng)削減電量指標(BPECI(Bulk Power Energy Curtailment Index,MW·h/MW·a-1;(8嚴重程

9、度指標(SI(Severity Index,系統(tǒng)分。SI為停電影響的嚴重性指標,用系統(tǒng)分來度量,一個系統(tǒng)分相當于在峰荷時全系統(tǒng)停電1min。系統(tǒng)程度級別越高,說明系統(tǒng)承受故障的能力越差,即可靠性水平越低。隨著我國電網規(guī)模的不斷擴大以及對可靠性問題的日益重視,SI指標將得到更為廣泛的應用。傳統(tǒng)性的指標沒有合理地考慮經濟因素,隨著電力工業(yè)的改革和發(fā)展,原有的可靠性指標體系不能滿足市場要求,迫切需要建立一個能夠將可靠性與經濟性緊密結合在一起的新指標體系。3 市場環(huán)境下可靠性指標體系3.1 電力市場環(huán)境下對電力系統(tǒng)可靠性的新要求電力工業(yè)市場化以后,發(fā)電廠和電網分離,電力市場發(fā)展所導致的合作與競爭方面的

10、不確定性,經濟的發(fā)展和環(huán)境的影響,以及相關法規(guī)和政策調整所導致的不確定性等,這些因素對輸電系統(tǒng)的可靠性提出了新的要求2。(1降低需求預測的不確定性電力交易計劃是要事先做出的,需求預測是電力交易計劃的核心,為此要使需求預測盡可能準確,要求把不確定性降到最低程度。(2可靠性要面對多種電力公司電力公司可以是擁有或運行發(fā)電、輸電、配電設施的公司、個人、代辦處授權或其他合法單位。電力公司的多樣性對電力系統(tǒng)可靠性評估和管理帶來新的挑戰(zhàn)和機遇。(3要考慮多種傳輸能力。頻繁的商業(yè)活動使電力系統(tǒng)的運行方式大范圍變化,因此需要考慮多種形式的傳輸能力。(4要求對風險進行預測、監(jiān)視,事先提出防范措施。電力市場中不確定

11、因素的增加,使得電力系統(tǒng)的運行方式經常大范圍變化,因此要求經常對風險進行預測以外,還要求以的確為基礎安裝擾動監(jiān)視設備。3.2 市場環(huán)境下大電力系統(tǒng)可靠性評估新的指標體系在市場環(huán)境下,由于電價的實時性、節(jié)點電價的存在、網絡阻塞等新的現象,迫切需要在傳統(tǒng)的靠性評估中引入新的指標來衡量系統(tǒng)的可靠性水平,這些指標要能同時反映可靠性和經濟性。同時,要考慮可靠性和經濟性的協(xié)調發(fā)展,即什么樣的可靠性水平是合理的,在什么樣的可靠性水平下經濟性最優(yōu)。因此國內外學者在可靠性與經濟性優(yōu)化方面做了大量的工作,并提出了一些新的指標48。(1社會效益損失期望值(LOSBE 傳統(tǒng)可靠性指標是在電價固定不變的基礎上來求取一段

12、時間內的期望值,而在市場環(huán)境下,電價是時刻變化的,用戶用電也必然受到影響。市場解除管制后,發(fā)電商獨立運營,有可能因為電價太低而選擇不供電。社會效益損失期望值(LOSBE 是基于社會收益最大化模型(SBM 和統(tǒng)計理論建立的,能夠衡量可靠性價值,將可靠性和經濟性緊密結合在一起。(2缺電損失評價率(RIEA 在市場環(huán)境下,用戶缺電與多種因素有關,其中包括許多不確定性因素,RIEA 指標可在考慮不確定性因素的情況下計算系統(tǒng)的缺電成本,它能夠精確地評估不確定因素給系統(tǒng)可靠性和經濟性所帶來的影響。但是RIEA 的求解是建立在大量用戶進行調查統(tǒng)計并作估算的基礎上,其準確性較差。(3未滿足出力期望(EUP t

13、 (t EUP 指標將可靠性要求作為不等式約束,加入原有的優(yōu)化模型中,考慮了系統(tǒng)中不同用戶間可靠性要求的差異,并據此將發(fā)電廠為維護系統(tǒng)可靠性水平所需的費用在有不同要求的用戶之間合理分配,使可靠性與經濟性的結合更緊密;但是它未能將可靠性的研究置于完全市場化的條件下,有時為了滿足系統(tǒng)運行可靠性的要求可能會以犧牲經濟性為代價。(4可用輸電能力(ATC 為了保證電網安全運行,減少阻塞發(fā)生的概率,給交易者提供電網使用狀況的信息,需要對可用傳輸容量進行計算.衡量系統(tǒng)可用輸電容量的ATC 指針主要反映輸電設備可用于能量交易的剩余容量,是輸電系統(tǒng)的一個重要指標。(5經濟傳輸容量(EATC 在電力市場環(huán)境下,電

14、網公司在充分使用現有的輸電設備輸送容量電力以便最大限度地降低成本的同時,為了帶來更多的效益,會要求其線路傳輸容量接近于EATC 運行。EATC 是一個與系統(tǒng)可靠性相關的指針,對保證整個系統(tǒng)的安全可靠經濟運行具有重要的技術價值。(6電壓穩(wěn)定可靠性指標電壓穩(wěn)定的靠性指針主要有電壓越限概率、年電壓越限持續(xù)時間和電壓越限切負荷概率。隨著大電網、超高壓、遠距離輸電已經不可避免,電壓穩(wěn)定問題越來越重要。但是,將電壓穩(wěn)定與系統(tǒng)可靠性評估相結合的方法卻沒有得到廣泛關注。(7靈敏度指標可靠性的靈敏度分析主要研究原件可靠性參數的變化對系統(tǒng)可靠性指針的影響。傳統(tǒng)的可靠性指標只能從總體上反映系統(tǒng)或負荷點可靠性的好壞程

15、度,而無法準確地找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),而可靠性的靈敏度分析能夠準確找到制約系統(tǒng)可靠性的瓶頸。(8增量可靠性指標增量可靠性指標(IRI 可以定義為每單位可靠性投資而獲得的可靠性改善。Cost RI RI IRI A B /(=式中,Cost 為規(guī)劃方案的費用(包括投資費用和運行費用,B RI ,A RI 分別是方案規(guī)劃前和規(guī)劃后的可靠性指標,這些指標可以為EENS 、概率性指針、頻率性指針或者持續(xù)性指標。4. 總 結傳統(tǒng)的可靠性指標和市場環(huán)境下的可靠性指標的主要區(qū)別在于是否有沒有合理地考慮經濟因素。傳統(tǒng)的可靠性指標基本上都是建立在市場未解除管制的基礎之上,其不能滿足市場要求,例如,傳統(tǒng)指標體系中的

16、LOLP和LOLE在市場環(huán)境下可能不再適用,因為其主要是通過在電價固定不變的基礎上求取一段時間內的期望值而得出的,而在電力市場環(huán)境下,電價是時刻變化的,用戶用電受到影響,這些問題在傳統(tǒng)可靠性指標中并沒有考慮;在電力市場環(huán)境的條件下,可靠性指標需要考慮經濟因EUP指標將電廠為提高可靠性所付出的費用分配對可靠性需求不同的客戶身上,使得可素,例如,(t靠性和經濟性緊密地聯(lián)系在一起。不同的國家甚至一個國家的不同地區(qū)都會設置一些適合本地特征的可靠性指標,用以評價當地的EUP t、EENS、LOLP?？煽啃运?在電力市場環(huán)境下,具有較強代表性的可靠性指標主要有:(但是到目前為止未有一個較理想的指標來全面

17、合理地衡量可靠性與經濟性。5. 未來研究的展望可靠性評估經過國內外學者近三十年的研究,已取得了一些成果,但是現已提出的新的可靠性指標沒有像傳統(tǒng)的可靠性評估指標一樣形成體系,還需要進一步地完善。根據當前研究的現狀,可靠性評價指標研究今后將主要在以下幾個方面展開。(1新的可靠性評價指標13應當能夠更緊密地把可靠性和經濟性聯(lián)系在一起,需要考慮可靠性和經濟性的協(xié)調發(fā)展,即什么樣的可靠性水平是合理的,在什么樣的可靠性水平下經濟性最優(yōu)。(2新的指標應能準確評估不確定因素給系統(tǒng)可靠性與經濟性所帶來的影響。(3隨著電力系統(tǒng)可靠性問題的重視,建立一套完善的靈敏度指標體系對于大電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃具有重要意義。(

18、4新的可靠性評價指標體系應當既能從系統(tǒng)層面上進行可靠性與經濟性評估,又能考慮不同用戶之間的差別,解決電力市場中可靠性付費的合理分配問題。(5確定和識別可靠性所蘊含的價值和風險,這為新的市場環(huán)境下制定正確的市場策略提供了理論支持,具有非常重要的實用價值。(6高壓直流輸電工程的可靠性對于電力系統(tǒng)的安全、可靠、經濟運行具有重要意義。目前,在我國隨著電網的互聯(lián),高壓直流輸電在整個系統(tǒng)中占有一定的比例,但HVDC系統(tǒng)的可靠性研究方面尚偏重于對直流系統(tǒng)的研究,因此對于交直流混合輸電系統(tǒng)的總體可靠性評估仍有待深入研究。參 考 文 獻1 郭永基.電力系統(tǒng)可靠性分析M. 清華大學出版社,2003年.2 王錫凡,

19、王秀麗,別朝紅. 電力市場條件下電力系統(tǒng)可靠性問題J. 2000(8:19-223 孫昕,丁明,黃福林. 大電力系統(tǒng)可靠性評價體系(I指標定義J. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版.1998:21:18-224 韓如月. 電力市場環(huán)境下的電力系統(tǒng)可靠性指標B. 東南大學碩士論文.20065 王超,徐政,高鵬,常勇. 大電網可靠性評估的指標體系探討J. 2007,19(1:42-486 Billinton R,zhang W. Cost Related Reliability Evaluation of Bulk Power Systems. International Journal ofElec

20、trical Power and Energy Systems.2001,23(2:99-1127 Wenyuan Li,Paul Choudury. Probabilistic Planning of Transmission Systems:Why,How and an ActualExample. IEEE. 20088 Satoru Niioka,Natsuko Okada,Ryuichi Yokoyama. Evaluation and allocation of supply reliability cost inelectricity market. IEEE,2000:703-7079 張祿琦,周家啟等. 高壓直流輸電工程可靠性指標統(tǒng)計分析. 電