第六章電力系統可靠性評價主要內容6.1概述6.2電力系統可靠性評價數學根底6.3發輸電系統可靠性評價6.4配電系統可靠性評價6.1概述

6.1.1根本概念電力系統可靠性是對電力系統按可接受的質量規范和所需數量不延續地向電力用戶供應電力和電能才干的度量。包括富余度和平安性兩個方面。富余度〔adequancy，也稱靜態可靠性〕，是指電力系統維持延續供應用戶總的電力需求和總的電能量的才干，同時思索系統元件的方案停運及合理的期望非方案停運。平安性〔security，也稱動態可靠性〕，是指電力系統接受忽然發生的擾動的才干。根本概念〔續〕電力系統可靠性可分成：發電系統可靠性〔HL1〕、發輸電系統可靠性〔HL2〕、輸電系統可靠性、配電系統可靠性及發電廠變電所電氣主接線可靠性；6.1.2開展過程國外：20世紀50年代，可靠性概念開場用于工業；1968年美國電力可靠性協會〔NationalElectricReliabilityCouncil,NERC〕成立；1981年加上加拿大和墨西哥，北美電力可靠性協會〔NERC〕成立；1997、1998年NERC推出<規劃規范>和<執行細那么>〔電力系統可靠性執行規范〕；西歐和俄羅斯也相繼制定各自規范。國內：1981年中國水利電力部公布<電力系統平安穩定導那么>；1983年成立中國電機工程學會可靠性專業委員會；1996年成立電力行業可靠性管理委員會。6.1.3電力系統可靠性評價

1)目的和義務目的：保證電力系統的富余度；保證電力系統的平安性；保證電力系統的完好性；保證停電后系統迅速恢復運轉。電力系統可靠性評價義務：規劃階段：對未來電力系統和電能需求進展預測；搜集設備的技術經濟數據；制定可靠性準那么和設計規范，根據準那么評價系統性能，識別系統的薄弱環節；選擇優化方案。設計階段：當蒙受超越設計規程規定的大擾動時，不利影響分散的風險最小；應使系統有足夠備用容量來限制擾動后果的蔓延，防止停電范圍擴展，維護運轉人員免遭損傷，維護設備免遭損壞。運轉階段：以便在可接受的風險度下建立和實施各種運轉方式，確定運轉備用容量，安排方案檢修，確定購入和售出電量，確定互聯絡統的保送電力和電能量。評價手段主要有4種：建立可靠性評價模型目前主要有解析法和蒙特卡羅法〔模擬法〕建立可靠性信息管理系統建立艱苦事故監測安裝區間分析3)缺點準那么及缺點嚴重性評價缺點認定準那么一旦發生以下情況，便以為系統處于各種缺點形狀：負荷越界；頻率越界；電壓超越極限；有功功率缺乏；無功功率缺乏，電壓下降；不可控的解列；連鎖反響；電壓解體；頻率解體；缺點嚴重性評價進展可靠性預測時，應思索一切能夠的缺點方式，并對系統嚴重性作出評價。6.2電力系統可靠性評價數學根底6.2.1概述可靠性評價需求兩個關鍵過程：第一是選擇系統形狀并計算形狀概率；第二是針對選擇的形狀所引起的系統問題及其校正措施進展分析。系統選擇主要有兩種主要方法：形狀枚舉法和蒙特卡羅模擬法。6.2.2簡單系統發電系統可靠性評價的本質是計算服從一定概率分布的兩個隨機變量〔即發電容量和負荷需求〕之間的差值。這就是數學上的卷積概念。6.2.2簡單系統設兩個隨機變量X和Y具有下述離散概率密度函數：那么隨機變量的均值由下式計算：概率卷積此即數學上的離散卷積概念簡單系統——概率卷積〔續〕對發電系統可靠性評價,風險目的通常是在給定條件下的Z的均值。例如，假設X代表負荷需求，Y代表發電容量，那么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是延續隨機變量，他們的概率密度函數也可離散化，以便于運用上式。串聯和并聯網流法由串聯網絡的定義可得出如下關系：串聯網絡等效圖式中，A為可用率；U為不可用率；為失效率。串聯絡統：→簡單系統——串聯和并聯網流法〔續〕由并聯網絡的定義可得出如下關系：并聯絡統：→并聯網絡等效圖式中，A為可用率；U為不可用率為修復率。馬爾可夫方程馬爾可夫方程是以形狀空間圖為根底，也被稱為形狀空間法。這種方法的主要優點是一切形狀及其相互轉移有著很明晰的圖形表示；缺陷是對大系統的運用相當困難。對于由N個兩形狀〔運轉和停運〕元件組成的系統，其系統形狀數為2N。當N較大時，形狀空間圖的建立幾乎是不能夠的。頻率-繼續時間法頻率-繼續時間法是由形狀頻率和轉移率計算頻率和繼續時間的根本方法，雖然頻率平衡的概念也可用于建立極限形狀概率的形狀空間方程式，但可將其看成馬爾可夫方法的派生。6.2.3復雜系統對于大規模系統的可靠評價，主要有兩類方法：形狀枚舉和蒙特卡羅仿真，后者可分成序貫和非序貫抽樣方法。對于復雜系統運用的方法，其根本思緒是經過包括以下四個步驟的迭代過程實現可靠性評價：選擇一個系統形狀；分析系統形狀，判別其能否是失效形狀；計算失效形狀的風險目的；修正累計目的。復雜系統〔續〕形狀枚舉法和蒙特卡羅模擬法是兩種不同的選擇系統形狀的主要方法。兩種方法的目的計算公式有不同的表達式，但這兩種方法中的系統分析是一樣的，而且不依賴于系統形狀的選擇方法。發電、配電、變電站和輸電系統的系統分析技術不同。通常用于發電和配電系統的分析技術相對簡單明了，用于變電站電氣接線的分析技術那么更復雜一些，而最復雜的是用于輸電網的分析技術。以下將結合算例詳細引見。6.3發輸電系統可靠性評價6.3.1概述發輸電系統可靠性是指一致并網運轉的發電系統和輸電系統綜合組成的發輸電系統，按可接受規范和期望數量向供應點供應電力和電能量的才干的度量。包括富余性和平安性兩個方面。富余性是對系統的靜態特性進展概率評價；平安性那么是對系統的動態特性進展評價。發輸電系統風險評價的系統分析并非是簡單的連通性問題,它涉及到潮流計算、缺點分析以及諸如消除過載、發電重新調度、負荷削減和切換操作等校正措施。其系統形狀選擇中需求思索的問題有：系統元件的獨立停運，共因、電站相關和其他相關停運，氣候影響，母線負荷的不確定性和相關性，降額形狀模擬，以及系統的其他約束條件等。6.3.2富余度評價的目的體系富余度目的分成負荷點目的和系統目的兩類。切負荷概率PLCS是有切負荷的系統形狀集合；是系統形狀i的繼續時間，T為總模擬時間。切負荷頻率EFLC是有切負荷的形狀數。富余度評價的目的體系(續〕切負荷繼續時間EDLC每次切負荷繼續時間ADLC負荷切除期望值ELC電量缺乏期望值EENS6.3.3評價方法1)根本步驟2)元件失效模型3)負荷曲線模型4)缺點分析5)負荷削減的最優化模型)6形狀枚舉)7形狀抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真1)根本步驟發輸電系統風險評價主要包括四個方面：確定元件失效模型和負荷模型；選擇系統形狀；識別并分析系統問題；進展可靠性目的計算。方法：形狀枚舉和蒙特卡羅仿真2)元件失效模型發電機組運用兩態〔運轉和停運〕或多態〔計入降額形狀〕模型來模擬。當運用蒙特卡羅模擬法時，一切發電機的形狀或形狀轉移都可直接抽樣而無需簡化；當運用形狀枚舉法時，系統形狀數隨發電機臺數及其降額形狀數呈指數增長；輸電元件包括架空線路、電纜、變壓器、電容器和電抗器等，通常用兩形狀〔運轉和停運〕模型來模擬這些元件；高壓直流輸電〔HVDC〕線路有時要求用多態模型來計入一個或多個降額形狀；3)負荷曲線模型當運用序貫蒙特卡羅仿真時，直接利用時序負荷曲線作為負荷模型；對于形狀枚舉法或形狀抽樣法，那么利用非時序負荷曲線。運用單一負荷曲線；某些母線上的負荷能夠在全部研討時間內堅持恒定；將各個母線負荷按其遵照的不同負荷曲線分類為相應的母線組；4)缺點分析發電機組的料想缺點分析簡單直觀。假設在每個發電機母線上余下的發電容量可以彌補同一母線上由于失去發電機而引起的不可用容量，那么無需削減負荷；否那么，就該當運用最優化潮流模型來研討發電容量的重新調度。輸電料想缺點分析較為復雜。其目的是計算一個或多個元件失效后的線路潮流和母線電壓，以識別能否引起線路過載、電壓越限、母線孤立或系統分別成孤島等問題。發輸電系統風險評價中常用的分析輸電缺點的兩個根本方法。基于交流潮流的靈敏度法研討一個輸電系統中線路i—j停運情況，假設i—j停運前兩端的潮流是和，停運前母線i和j上有兩個外加注入功率，用和表示。假設外加注入功率完全與線路i—j的停運等效。可以證明，線路i—j的潮流和停運前形狀的外加注入功率存在以下關系：在母線i和j的這一外加注入功率可經過求解上述方程得出。然后可求解下式獲得由線路i—j停運引起的母線電壓幅值增量和相角增量：式中，是停運前形狀的潮流方程雅克比矩陣；是電壓幅值增量，它的元素；是電壓相角增量矢量，其元素是，定義如下：得到母線電壓后，即可計算線路i—j停運后的線路潮流。類似方法可以適用于多條線路停運的情況。基于交流潮流的靈敏度法〔續〕基于直流潮流的缺點分析基于直流潮流的料想缺點分析提供線路停運后快速而有足夠精度的有功潮流，風險評價中需求思索大量的這種停運情況。多重線路停運后的節點阻抗矩陣可以由停運前的節點阻抗矩陣直接計算：式中，、分別是線路停運前和停運后的節點阻抗矩陣，其中忽略了全部線路的電阻；括號中的0和S分別表示系統正常和停運形狀；W是對角線矩陣，其中的對角線元素是停運線路的電抗；M是由節點-線路關聯矩陣中對應于停運線路的列所組成的子矩陣。基于直流潮流的缺點分析線路停運后的潮流可由下式計算：是停運形狀的有功潮流矢量；PG和PD分別是發電輸出和負荷功率矢量；是停運形狀S的有功潮流和注入功率間的關系矩陣，其第m行可計算如下：是線路m的電抗；下標r和q分別表示線路m的兩端節點編號；和分別是的第r和第q行。5〕負荷削減的最優化模型當停運引起系統問題時，經過專門的最優潮流〔OPF〕模型進展發電重新調度，以消除系統約束違限；同時盡能夠防止負荷削減，或者在無法防止時使負荷削減最小。有兩種模型：基于交流潮流的最優潮流模型基于直流潮流的最優潮流模型基于交流潮流的最優潮流模型是母線i的負荷削減量；ND、NG、N和L分別是系統中負荷母線、發電母線、一切母線以及一切支路的集合。基于直流潮流的最優潮流模型與基于交流潮流的最優潮流模型相比，直流模型中略去了全部與無功功率相關的量。大量計算闡明，對發輸電系統風險評價而言，這是一個可接受的合理簡化。6〕形狀枚舉法主要步驟如下：建立多級程度負荷模型，對每一級負荷程度進展枚舉；利用枚舉技術選擇系統形狀；進展料想缺點分析；風險目的計算公式：負荷削減概率PLC是形狀s的概率；是多級負荷模型中第i個負荷程度下系統全部失效形狀的集合；是第i個負荷程度的時間長度；NL是負荷程度分級數；T是負荷曲線的時間期間全長。期望缺電電量EENS是形狀s的負荷削減量。形狀枚舉法〔續〕期望負荷削減頻率EELC是元件分開形狀s的第j個轉移率；是分開形狀s的轉移率總數。負荷削減平均繼續時間ADLC實踐運用形狀枚舉法應留意：〔1〕一切被枚舉的系統形狀之間必需是互斥的；〔2〕對于包含有大量元件的系統，要枚舉一切的系統形狀在計算上是不現實的。〔3〕形狀枚舉法不能模擬時序相關事件。7〕形狀抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真形狀抽樣法經常用于發輸電系統風險評價，尤其是適用于研討復雜運轉措施和模擬負荷不確定性和相關性，或研討氣候影響等特殊要求的情況。主要步驟如下：建立多級程度負荷模型，對每一級負荷程度進展枚舉；利用蒙特卡羅模擬選擇系統形狀；利用正態分布隨機變量以計及母線負荷的不確定性；元件形狀〔運轉、停運或降額〕利用均勻分布隨機變量來模擬；進展料想缺點分析，假設必要那么還要進展最優潮流分析，以估計所選擇形狀需求削減的負荷量；形狀抽樣法——非序貫蒙特卡羅仿真〔續〕主要風險目的計算公式負荷削減概率PLC是抽樣中形狀s的發生數；是抽樣總數。期望缺電電量EENS期望負荷削減頻率EELC負荷削減平均繼續時間ADLC6.3.4算例分析——形狀枚舉法例子例〔輸電系統可靠性分析〕：系統接線圖如以下圖所示，各母線節點的發電、負荷數據和輸電線路數據如表。發電和負荷母線數據母線號發電負荷額定容量MW調度出力MW%MW110010010.58020031.624032002005.24040021.116050031.6240675046000總計1050760100760輸電線路數據線路號母線節點起至號長度Km阻抗最大傳輸容量MWRX11--2400.10.410021--4600.150.68031--5200.050.210042--3200.050.210052--4400.10.410062--6300.080.310072--6300.080.310082--6300.080.310093--5200.050.2100103--5200.050.2100114--6300.080.3100124--6300.080.3100135--6610.150.61100停運線路號母線節點號LSC系統供電能力不足MW正常——875011--2867021--4865031--5879042--3879052--4874062--67362472--67362482--67362493--58030103--58030114--6649111124--6649111135--67910確定導致系統缺點的事件停運線路號原始數據MTTR(h)MTBF(h)停運率正常————00.6450021——182000.040.02687510.0033593928133.30.060.04117040.00514629384000.020.01316330.00164541484000.020.01316330.00164541582000.040.02687510.0033593968266.70.030.01994850.0024935778266.70.030.01994850.0024935788266.70.030.01994850.00249357984000.020.01316330.001645411084000.020.01316330.00164541118266.70.030.01994850.00249357128266.70.030.01994850.00249357138133.30.060.04117040.00514629系統停運數據及形狀概率、形狀頻率算例分析——形狀枚舉法例子計算結果(續1)確定性可靠性目的發電利用系數輸電貯藏系數最小負荷供應才干MW最大電力缺乏MW最大電量缺乏kW·h概率性可靠性目的電力缺乏概率〔LOLP〕電力缺乏頻率〔FLOL〕電量缺乏期望值〔EENS〕單位負荷缺電率〔BPII〕單位負荷電量缺乏率〔BPECI〕算例分析——形狀枚舉法例子計算結果(續2)6.3.4算例分析——形狀抽樣法算例IEEE-RTS年度化目的蒙特卡羅法和形狀枚舉法計算結果比較可靠性指標蒙特卡羅仿真狀態枚舉樣本數目發電機停運層次100001000004層5層ENLC54.7534257.9268147.9665354.21938EDLC698.88737.23102657.78259711.28967PLC0.080.084390.07530.08142EDNS13.9704514.8720811.9938313.76009EENS122045.8828129922.4688104778.1046120208.1172BPII3.336523.640422.613513.21786BPECI42.8231145.5868336.7642642.17828PBACI173.67123179.10896155.28572169.14433MBPCI0.00490.005220.004210.00483SI2569.386722735.209472205.855222530.69702CPUtime（min）0.6236.5518.353.3IEEE-RTS79、IEEE-RTS96和TH-RTS2000引見IEEE-RTS79和IEEE-RTS96是美國電氣電子工程師學會〔IEEE〕公布的兩個發輸電測試系統。

TH-RTS2000是清華大學為了在國內建立起完好的電力系統可靠性研討和運用體系，而于2000年建立的系統。序號項目名稱IEEE-RTS79IEEE-RTS961發表年份197919962單機容量/MW12400124003發電機臺數32964總裝機容量/MW3405102155母線條數24736線路條數331047變壓器臺數5168電抗器臺數139年最大負荷/MW2850855010電壓等級/kVAC:138/230AC:138/230加DC輸電線3.1IEEE-RTS79、IEEE-RTS96和TH-RTS2000引見6.4配電系統可靠性評價

6.4.1概述配電系統主要指10~110kV網絡。配電網的一些特點：配電系統是由許多特有的元件所組成，例如，架空裸線、架空電纜、地理電纜、斷路器、空氣開關、熔斷器、變壓器、調壓器等；根據現有設計規范，配電系統為冗余系統，即任一元件的缺點均可采用手動或自動的切換方式運用戶不致長期斷電。由于配電系統的構造往往比較復雜，為了運轉方便，普通采用環形網絡開環運轉〔構成輻射型〕概述配電系統可靠性是指供電點到用戶，包括變電所、高低壓線路及接戶線在內的整個配電系統及設備按可接受規范及期望數量滿足用戶電力及電能量需求才干的度量。配電系統可靠性主要評價富余度，它經過可靠性目的來表達。對用戶而言，任何一個用戶均希望對它能充分保證供電，不遭到停電的影響，因此他們感興趣的可靠性目的顯然是效力質量；對供電部門而言，感興趣的目的是對系統一切用戶的平均效力質量或最差供電目的。6.4.2配電系統可靠性目的以一個例子引出各目的。設某一配電系統從六段母線引出六條主饋電線，共有55000個用戶。每條饋電線的用戶數見表1，統計到某年的用戶停電數據見表2，由表2推算出的系統停運數據見表3。母線從母線引出的饋電線供電用戶數A5000B15000C10000D10000E7000F8000總計55000表1配電系統數據停電情況用戶停電次數持續時間/h1A50001D10000.22C500023B40000.54D20001.75總的用戶停電次數17000

受停電影響的用戶數16000

停電情況用戶停電次數持續時間/min用戶停電時間/min1A500060300000D100012120002C50001206000003B4000301200004D2000105210000總計17000

1242000表格2用戶停電數據表格3系統停運數據配電系統可靠性目的計算1、系統平均停電頻率目的每個由系統供電的用戶在每單位時間內的平均停電次數2、用戶平均停電頻率目的每個受停電影響的用戶在每單位時間里經受的平均停電次數。3、系統平均停電繼續時間目的每個由系統供電的用戶在一年內經受的平均停電繼續時間。4、用戶平均停電繼續時間目的一年中被停電的用戶經受的平均停電繼續時間。5、平均供電可用率目的一年中經受的不停電小時總數與用戶要求的總供電小時數之比。6、平均供電不可用率目的一年中用戶的積累停電小時總數與用戶要求的總供電小時數之比。或6.4.3配電系統可靠性分析算例

1)根本公式平均缺點率、平均停運時間和平均年停運時間的計算公式：2)算例設簡單的輻射型系統如下圖，假設線路A、B和C的缺點率和維修時間如表1所示。圖2簡單的三負荷點輻射型系統線路（次數/年）（小時）A0.26B0.15C0.158表1元件數據負荷點用戶數平均負荷需求（千瓦）L12001000L2150700L3100400總計4502100表2負荷數據負荷點（次數/年）（小時）(小時/年)L10.261.2L20.35.71.7L30.456.42.9表格3負荷點可靠性目的負荷點用戶數平均負荷需求（千瓦）L12001000L2150700L3100400總計4502100表格2負荷數據6.4.4各種影響要素分析算例及計算結果分支線維護的影響隔分開關的影響維護系統缺點的影響轉移負荷的影響〔轉移不受限制〕1.算例及計算結果算例系統接線圖元件長度（公里）（次/年）（小時）線段

120.24210.14330.34420.24分支線

a10.22b30.62c20.42d10.22系統可靠性參數負荷點用戶數連接的平均負荷（千瓦）A10005000B8004000C7003000D5002000系統的用戶和負荷可靠性目的：斷電次數/用戶·年；小時/用戶·年；小時/用戶；千度/年，度/用戶·年；計算結果元件故障負荷點A負荷點B負荷點C負荷點DrUrUrUrU線段

10.240.80.240.80.240.80.240.820.140.40.140.40.140.40.140.430.341.20.341.20.341.20.341.240.240.80.240.80.240.80.240.8分支線

a0.220.40.220.40.220.40.220.4b0.621.20.621.20.621.20.621.2c0.420.80.420.80.420.80.420.8d0.220.40.220.40.220.40.220.4總計2.22.7362.22.7362.22.7362.22.7362.分支線維護的影響在每條分支線的T接點加裝熔斷器。這時，分支線短路使相應的熔絲燒斷，這將會在缺點去除前使這一負荷點開斷，但不影響即不會導致其他任何負荷點開斷。在這種情況下，一切負荷點的可靠性目的都得到了改善，雖然對每個負荷點改善的程度是不同的。最不可靠的負荷點是B，這是由于缺點主要影響該分支線。系統可靠性目的為：斷電次數/用戶·年；小時/用戶·年；小時/用戶；千度/年，度/用戶·年；分支線維護的影響元件故障負荷點A負荷點B負荷點C負荷點DrUrUrUrU線段

10.240.80.240.80.240.80.240.820.140.40.140.40.140.40.140.430.341.20.341.20.341.20.341.240.240.80.240.80.240.80.240.8分支線

a0.220.4b0.621.2c0.420.8d0.220.4總計1.03.63.61.43.144.41.23.334.01.03.63.63.隔分開關的影響沿主饋電線在某些敏感的點裝設隔分開關即隔離器。通常，這些不是切斷缺點的開關，從而饋電線上的任何短路都將引起主斷路器動作。然而，在監測到缺點以后，可以開斷開關的隔分開關并重合斷路器。這個方法能使在電源點和隔離點之間的一切負荷點在去除缺點的過程完成之前就恢復供電。布置隔離點的系統如圖4所示，并設總的隔離和操作時間為0.5小時。圖4用隔分開關及熔斷器后的電網隔分開關的影響(續1)在這種情況下，負荷點A、B、C的可靠性目的都得到了改善，其改善的程度距電源點近的那些點較大，而距電源點遠的那些點那么較小。負荷點D的目的堅持不變，這是由于隔離不會消除缺點對這個負荷點的影響。系統可靠性目的為：斷電次數/用戶·年；小時/用戶·年；小時/用戶；千度/年，度/用戶·年；隔分開關的影響(續2)元件故障負荷點A負荷點B負荷點C負荷點DrUrUrUrU線段

10.240.80.240.80.240.80.240.820.10.50.050.140.40.140.40.140.430.30.50.150.30.50.150.341.20.341.240.20.50.100.20.50.100.20.50.100.240.8分支線

a0.220.4b0.621.2c0.420.8d0.220.4總計1.01.51.51.41.892.651.22.753.31.03.63.6具有分支線維護和隔分開關的可靠性目的4.維護系統缺點的影響在2和3中，每個負荷點的可靠性目的是在這樣的假定下計算得出的，即運轉的分支線上的熔斷器無論分支線在什么時候發生缺點時，它們都起到維護作用。然而，主維護系統有時候也會失效，這時后備維護就要動作。假定圖4所示系統中熔斷器動作的概率為0.9，即熔絲在所要求的10次動作中有9次是勝利的。維護系統缺點的影響(續)元件故障負荷點A負荷點B負荷點C負荷點DrUrUrUrU線段

10.240.80.240.80.240.80.240.820.10.50.050.140.40.140.40.140.430.30.50.150.3