電力系統可靠性評估的發展理工論文
20 世紀50 年代,可靠性概念的提出開始于工業,并首先在軍用的電子設 備中得到應用。到了60 年代中期,美國、西歐和日本以及前蘇聯等國家電力系 統陸續出現穩定性的破壞事故,導致了大面積的停電,因此可靠性技術引入了 電力系統。
1968 年成立了美國電力可靠性協會,在美國的12 個區各自制定可 靠性準則,保證電力系統能經受較大事故的沖擊,避免由于連鎖反應導致大面積停電。
1981 年隨著加拿大和墨西哥的加入改名為北美電力可靠性協會。
20 世紀90 年代電力市場的出現和1996 年美國西部發生的兩次停電事故成為影響 電力系統可靠性進一步發展的因素[3]。
發輸電系統可靠性評估方法及發展 單一的對發電系統或輸電系統進行可靠性評估,結果在實際中就會有一定 的局限性。因此對發輸電系統整體進行研究是非常有必要的。由于評估中要考 慮元件的響應、網絡結構、電壓的質量等因素,所以計算量比較大計算也極其 復雜。目前的評估方法主要有解析法和蒙特卡洛(Monte-Carlo)模擬法兩種[4]。
在認真觀察過去的系統行為基礎上,建立元件和系統的可靠性評估模型并 采用相應的評估軟件。解析法基于馬爾可夫模型,通過數值計算方法獲得系統 各項指標,準確度較高,但計算量隨著元件數的增多呈指數增長,當系統的規 模大到一定的程度時,采用此法有一定的困難。 蒙特卡洛法是一種基于概率的數值計算方法,它通過計算機模擬產生系統 的所有隨機過程獲得足夠大的樣本量,然后統計得到系統的各類指標。
它以概 率統計的方法和理論為基礎,對問題的維數不敏感,所以蒙特卡洛法在大型電 力系統評估中更具明顯的優點。 隨著計算技術的日趨完善,理論分析水平不斷的提高,電力系統可靠性評 估手段也有了新進展。
主要體現在: (1) 提出將區間分析法,應用于電力系統可靠性評估。清華大學電力系統 可靠性研究小組首次將區間分析應用于電力系統可靠性評估,以處理元件數據 不確定時系統的可靠性評估,使得可靠性評估的深度和廣度都取得新突破。
(2) 對Monte-Carlo 模擬法的應用水平大大提高。近些年來,已經相繼開發 了能應用于大規模電力系統的充裕度和安全性評估軟件,使得充裕度和安全性 的學術水平大大提高。 除了評估手段和方法外,可靠性指標方面也有了新的發展。系統可靠性評估和判斷可靠性準則最重要和關鍵的就是合理的可靠性指標。1947 年 G..Calabrese 提出了發電系統的LOLP 指標以及相關的概念。1960 年,M.Boiteux 系統的提出了缺電量得概念[5]。目前,世界上許多國家和電力公司主要應用的 電力指標有:失負荷期望(LOLE)代表的是平均每年缺電的小時數;切負荷概率 LOLP 表示的是平均每年的缺電概率;切負荷頻率FLOL 代表每年平均停電次 數;電力不足期望EDNS 代表平均缺電力;電量不足期望EENS 表示平均每年 缺電量。除此之外還有很多,本文就不再一一列舉。
可靠性評估準則 因為在電力系統中所需要的可靠性水平應達到一定的條件,所以可靠性評 估應該對應相應的可靠性準則。在可靠性分析中有兩個準則分別是N-1 準則和 概率性指標或變量的準則。 在傳統的可靠性評估中主要采用的是N-1 準則。確定性的N-1 準則已經在 電力系統可靠性評估中廣泛的使用了許多年,該準則概念清晰,可操作性好。 N-1 準則是指正常運行方式下電力系統中任意一元件(如線路、發電機、變壓器 等)無故障或因故障斷開后,電力系統應能保持穩定運行和正常供電,并且其他 元件不過負荷,電壓和頻率均在允許的范圍內[6]。
這一準則要求單個系統元件 的停運不會造成任何損害或者負荷削減。但同時N-1 準則有兩個缺點:第一個 是沒有考慮多元件失效;第二是只分析了單一元件失效的后果,而沒有考慮其 發生的概率多大。如果選擇的故障事件不是非常嚴重,但是發生的概率比較高, 基于該類故障事件的確定性分析得出的結果仍然會使系統有較高的風險[7]。相 反,即使一個具有嚴重后果的故障事件發生但是它的的概率可忽略不計,基于 這類事件的確定性分析就會導致規劃評估中過分投資。
概率評估不僅可計及多重元件的失效事件,而且可以同時考慮事件的嚴重 程度和事件發生的概率,將二者適當結合可以得到如實反映系統可靠性的指標。 使用概率性指標評估的目的是在系統評估過程中增加新的考慮因素,而不是代 替已經在可靠性評估中使用了多年的N-1 準則,兩者之間并無沖突,將二者結 合起來可更加全面準確的反映系統的可靠性水平。
在計算電力系統可靠性概率指標或應用確定性可靠性準則評估電力系統 時,如果發生以下狀況則認為系統處于故障狀態:負荷越界、頻率越界、電壓 越限、有功或者無功不足、電壓下降、不可控解列、連鎖反應、電壓崩潰、頻 率崩潰。確定性行為或試驗是將預先考慮的突發事故加到設想的正常的系統中, 并模擬系統的響應和恢復過程[8]。以概率指標為基礎的系統可靠性預測要具有跟蹤系統進入故障狀態的能力,以便對突發事故造成的故障的嚴重程度做出估 計。
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