A-630_发电机组非计划停运容量的概率性评估

发电机组非计划停运容量的概率性评估夏春1，别朝红1，陈筱中11电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安交通大学电气工程学院Email: XiaChun@摘要：机组的非计划停运是发电厂安全可靠性指标管理中的一个重要指标，而非计划停运容量在电网运行中可以影响电力平衡，进而会影响电网的备用计划。

传统的非计划停运容量评估基本采用确定性方法，该方法操作简单，但不能反映电力系统大量中调机组非计划停运的不确定性和随机性。

本文从停运因素的不确定性角度，采用时序蒙特卡洛法模拟机组的运行状态，概率性地对中调机组的非计划停运容量进行评估。

除此之外，本文还考虑了不同因素对非计划停运容量的影响，并把该算法应用于南方某电网中，与实际统计结果进行对比，验证了算法的合理性。

关键词：非计划停运不确定性；非计划停运容量；随机故障；临时检修；消除缺陷Units’ Unplanned Outages Capacity EvaluationBased on ProbabilityXia Chun1, Bie Zhaohong1，Chen Xiaozhong11State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, College of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong UniversityEmail: XiaChun@Abstract: The unplanned outages capacity of generators is an important index in power grid’s operation. It can affect the operation of the grid power balance, thus can affect the arrangement of reserve. The traditional assessment of unplanned outage capacity is based on deterministic rules, which is easy to do but cannot reflect the uncertainty and randomness of units’ operation in power system. In this paper, we use Chronological Monte Carlo Simulation (CMCS) to evaluate unit's operating state from the perspective of uncertainty, and thus we can evaluate units’ unplanned outage capacity. In addition, the paper also considers different factors on the impact of unplanned outage capacity. At last, this algorithm is applied to a south regional power grid, and the results are compared with the actual statistics data, which shows the algorithm is reasonable.Keywords: the uncertainty of unplanned outrages; unplanned outages capacity; random failure; temporary maintenance; defects eliminate1 引言机组的非计划停运是发电厂安全可靠性指标管理中的一个重要指标，非计划停运既是安全问题，也是经济问题，非计划停运带来的电量损失、设备修复费用、燃油消耗、设备使用寿命损耗等都会给企业造成经济上的损失[1]。

电网运行人员在制定运行方式时，需要考虑整个系统的电力平衡。

中调机组的非计划停运容量在电力平衡受限容量中占了很大比例，非计划停运容量的大小将影响到受限容量，进一步地，受限容量的大小会对中调机组备用计划等产生影响。

因此，如何合理地确定中调机组的非计划停运容量，对于电力平衡计划的制定具有较大意义。

传统的机组非计划停运容量评估，主要依据的是确定性方法，即装机总量乘以固定的百分数作为机组的非计划停运容量。

确定性方法的优点是简单，便于操作，但缺乏理论支撑。

除此之外，随着电力系统的装机规模越来越大，确定性方法不能反映大量中调机组非计划停运的不确定性与随机性，这就有可能影响到备用容量的合理安排。

因此，为了更好地向电网工作人员提供运行建议，寻求新的非计划停运容量评估方法就显得很有必要。

本文从中调机组非计划停运不确定性角度出发，采用时序蒙特卡洛法[2,3,6]时序地模拟机组“运行-停运”状态，并考虑不同的非计划停运因素，概率性地评估中调机组非计划停运容量。

最后利用实际数据，把该方法应用于南方某区域电网中，并与电网实际统计结果进行比较，验证了算法的正确性。

A-6302南方某电网现行非计划停运容量评估方法介绍南方某电网主要是依据确定性方法来评估中调机组的非计划停运容量。

其中调机组的非计划停运容量确定原则为：按照煤电装机容量的一定比例考虑，一般情况下按5%左右取值，根据季节不同，安排非计划停运容量[7]。

按照上述原则，2013年该电网中调机组非计划停运容量确定如表1所示。

表1某电网中调机组2013年非计划停运容量表[8]单位：MW 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112非计划停运7900 3900 3900 1300 1300 1300 1700 1700 1700 130013001300采用确定性方法评估中调机组非计划停运容量，虽然简单易操作，但缺乏理论支撑，不能反映大量机组非计划停运的不确定性与随机性。

因此，有必要寻求新的方法来评估机组非计划停运容量。

3 发电机组非计划停运容量的概率性评估方法3.1原始数据统计首先对南方某省电网中调机组2010年-2012年运行记事记录进行统计。

根据运行记事记录中非计划停运因素出现的频次，主要考虑三种非计划停运因素，分别是：随机故障，临时检修，消除缺陷。

由此，我们统计了不同类型机组、不同容量等级下由以上三种因素各自造成的平均非计划停运持续时间，如下表所示：表2 非计划停运因素及其平均停运时间单位：小时非计划停运因素平均非计划停运时间随机故障T A1临时检修T B1消除缺陷T C1进一步地，统计每台机组正常运行的持续时间，记为T O。

这样，就完成了所需数据的统计与处理。

3.2发电机组非计划停运容量的概率性评估模型现以两台机组A，B为例，利用时序蒙特卡洛模拟法，建立机组非计划停运容量的概率性评估模型。

图1描述了机组A、B的运行与非计划停运两状态变化情况。

设机组A的容量为P A，机组B的容量为P B，在初始时刻两台机组都正常运行，满额发电。

下面介绍利用时序蒙特卡洛模拟法对A、B机组的运行状态进行模拟，过程如下：（1）在初始时刻分别对机组A、机组B的状态进行随机采样[9,10]。

由机组在该状态持续时间it为：lni O it T U=−×（1）其中：T O为机组平均运行正常时间，U i为抽取的服从[0,1]分布的随机数。

可以得到机组B在正常运行状态的持续时间t1，机组A在正常运行状态的持续时间为t2，如图1所示。

图1机组运行与非计划停运变化示意图（两台机组）（2）机组A、B各自正常运行一段时间（机组A 为t2，机组B为t1），表2介绍的3种因素都会造成机组A、B非计划停运。

此时机组非计划停运时间等于随机故障，临时检修，消除缺陷造成的非计划停运持续时间中最短的那个时间。

用数学等式表示为：123min{,,}i i i it t t t=（2）其中：111lni A it T U=−×，表示由随机故障造成的非计划停运持续时间；211lni B it T U′=−×，表示由临时检修造成的非计划停运持续时间；311lni C it T U′′=−×，表示由消除缺陷造成的非计划停运持续时间；111,,A B CT T T定义如表2所示，分别表示由随机故障、临时检修和消除缺陷造成的平均非计划停运持续时间；,,i i iU U U′′′均为服从[0,1]分布的随机数；A-630A-630这样，就完成了机组A 、B 非计划停运持续时间的随机抽取。

如图1所示，则机组A 的非计划停运持续时间为（t 4-t 2），在t 4时刻机组A 得到修复；机组B 的非计划停运持续时间为（t 3-t 1），在t 3时刻机组B 得到修复。

同时，记录机组A 、B 在各非计划停运时间段内的停运容量P A ，P B ，以及系统的非计划停运容量。

即：机组B 在（t 3-t 1）时间段非计划停运容量为P A ，机组A 在（t 4-t 2）时间段非计划停运容量为P B 。

从系统发电能力来看，在（t 2-t 1）时间段系统非计划停运容量为P A ，在（t 3-t 2）时间段系统非计划停运容量为P B +P A ，在（t 4-t 3）时间段非计划停运容量为P B 。

（3）机组A 、B 各自非计划停运一段时间，修复之后机组重新正常运行，此时继续按照式（1）ln i O i t T U =−×分别抽取机组A 、B 正常运行状态的持续时间。

（4）随着时间的推进，按照上述方法反复交替地对机组状态进行抽样模拟，这样就可以根据机组在不同时刻的状态，确定此时刻下系统的非计划停运容量。

由于电网非计划停运容量在一定时间段内都是一个确定值（如每月），计算单个时刻的非计划停运容量意义不大，因此，我们需要计算在一定时间段的非计划停运容量平均值，以此作为该时间段的非计划停运容量。

这里我们选取的时间段为1年，由此，在本文以下章节中所提到的非计划停运容量，指的就是非计划停运容量年均值，以后不再说明。

发电机组非计划停运容量的概率性评估计算流程如图2所示。

该方法能够计算得到：（1）机组的非计划停运总容量；（2）不同因素造成的机组非计划停运容量。

该算法的优点在于考虑了机组运行过程中的不确定性，这里不确定性有两层含义：（1）是机组在正常运行时，不能确定下次非计划停运是由临时检修、随机故障及消除缺陷中哪种因素造成的；（2）机组的每次正常运行时间及非计划停运时间预先并不能确定，需通过随机采样得到。

显然，这种不确定性状况与机组的实际运行状态相符，而确定性方法并不能描述机组的运行过程。