蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用

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蒙特卡洛评估电压采样误差

蒙特卡洛评估电压采样误差

蒙特卡洛评估电压采样误差1. 引言1.1 背景介绍电压采样是电力系统中常见的一项重要操作,它对电力系统的运行稳定性和安全性起着至关重要的作用。

在实际应用中,为了保证电力系统运行的可靠性,需要对电网中的电压进行准确可靠的采样。

由于电网中存在各种噪声和干扰,采样误差不可避免地会出现,影响着电压测量的准确性和精度。

蒙特卡洛评估电压采样误差是一种常用的方法,通过模拟多次电压采样实验,统计分析采样误差的分布特性,从而评估采样系统的性能。

在电力系统领域,蒙特卡洛方法已被广泛应用于电压采样误差的分析和评估。

本文旨在通过蒙特卡洛方法对电压采样误差进行深入研究,分析其产生的原因和影响因素,并探讨提高电压采样精度的方法。

通过数值模拟实验,验证分析结果的有效性,并对结果进行讨论和总结,为进一步提高电压采样系统的性能提供参考和指导。

【200字】1.2 研究目的本研究的目的是通过蒙特卡洛评估电压采样误差,从而深入探讨在电力系统中电压采样的准确性问题。

在电力系统中,电压采样是控制和保护系统正常运行的重要环节,准确的电压采样数据对于系统稳定性和安全性起着至关重要的作用。

由于各种因素的影响,电压采样误差会导致对系统状态的错误判断和控制误差,从而可能导致系统发生故障或事故。

本研究旨在使用蒙特卡洛方法对电压采样误差进行全面评估,探讨各种因素对电压采样误差的影响,并提出相应的改进方法和措施。

通过深入分析电压采样误差的来源和特点,我们希望能够为提高电力系统电压采样的准确性和稳定性提供理论支持和技术指导。

通过本研究的实验和结果分析,我们可以更好地认识电压采样误差的根本原因,为今后的电力系统控制和保护技术提供重要的参考依据。

2. 正文2.1 蒙特卡洛方法简介蒙特卡洛方法是一种基于概率统计的数值计算方法,其核心思想是通过随机采样来估计复杂问题的数值解。

这种方法起源于二战时期的原子弹研究,由于原子弹爆炸的过程非常复杂,无法通过传统的数学方法进行准确描述,于是科学家们利用随机采样的方法模拟了大量核裂变的过程,从而得到了原子弹爆炸的概率分布。

蒙特卡洛法在评估电力系统可靠性中的应用

蒙特卡洛法在评估电力系统可靠性中的应用

蒙特卡洛法在评估电力系统可靠性中的应用别朝红 王锡凡(西安交通大学电力系 710049 西安)摘 要 介绍蒙特卡洛法的基本原理及其在电力系统可靠性评估中的应用。

通过蒙特卡洛法与解析法的分析比较,阐述了蒙特卡洛法的特点及其适用范围,然后从提高蒙特卡洛法收敛速度的方法、蒙特卡洛法与解析法的结合、蒙特卡洛法中负荷的处理等几个方面较为全面地介绍了蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用现状,并指出了今后的研究方向。

关键词 电力系统 可靠性 蒙特卡洛法 规划1996-12-19收稿。

0 前言随着生产力的飞速发展,现代社会对电力的依赖性日益增加,这对电力系统本身的发展也提出了更高的要求。

电力系统的可靠性研究正是从电力系统规划、设计和运行等实践活动中提出来的课题。

经济的发展,使人们对供电质量的要求越来越高,这就迫使电力部门寻求提高供电可靠性的途径,电力系统的可靠性也随之成为电力工程技术人员最关心的问题。

发输电组合系统的可靠性研究是电力系统可靠性研究的重要组成部分。

其任务是:在考虑电源到负荷之间各种设备的实际运行条件和系统的约束下,对发输电组合系统的可靠性进行定量评估。

其目的是:为电力系统的规划及运行提供决策依据,使电力系统能够经济地、连续地和保证电能质量地供应电力[1]。

通常,发输电组合系统的研究可分为充裕度和安全度的研究,充裕度的研究主要是分析稳态情况下系统满足用户电力需求的能力;安全度的研究主要是分析动态情况下系统的抗扰动能力[2,3]。

本文主要是从充裕度角度讨论蒙特卡洛法在发输电组合系统可靠性评估中的应用。

下面一些问题的解决需要以发输电组合系统的可靠性定量评估为基础[4]:(1)确定联络线的最佳传输功率;(2)进行输电网络的长期规划;(3)评价特定输电线路扩建方案;(4)比较不同的输电规划方案;(5)分析负荷管理(控制)对输电系统的影响;(6)确定大型发电厂的安装地点;(7)确定蓄能电站的安装地点;(8)进行输电和发电的综合平衡。

蒙特卡洛方法的原理和应用

蒙特卡洛方法的原理和应用

蒙特卡洛方法的原理和应用1. 简介蒙特卡洛方法是一种基于随机采样的数值计算方法,被广泛应用于解决各种复杂的数学问题和科学工程中。

它的原理是利用随机抽样进行近似计算,通过大量的重复实验来逼近真实结果。

蒙特卡洛方法通常适用于无法通过解析方法或传统数值计算方法求解的问题,在金融、物理、计算机科学等领域都有重要应用。

2. 原理蒙特卡洛方法的核心思想是通过随机采样来模拟实际问题,并基于统计学原理对采样结果进行分析。

其基本步骤包括:2.1 随机采样蒙特卡洛方法通过随机生成符合特定概率分布的随机变量来模拟问题。

这些随机变量可以是在特定区间内均匀分布的随机数或服从其他概率分布的随机数。

通过生成大量的随机样本,可以在一定程度上表示整个概率分布或问题的特性。

2.2 模拟实验通过将生成的随机样本带入问题的模型或函数中,进行一系列的模拟实验。

模拟实验的目的是模拟真实情况下的不确定性和随机性,并通过大量实验的结果来近似问题的解。

2.3 统计分析在得到大量模拟实验的结果后,使用统计学方法对实验结果进行分析。

常见的统计分析方法包括均值估计、方差估计、置信区间计算等,来评估模拟实验的准确性和可靠性。

3. 应用蒙特卡洛方法在各个领域都有广泛的应用,以下列举几个典型的应用场景:3.1 金融领域在金融风险管理和衍生品定价中,蒙特卡洛方法被广泛用于评估投资组合的风险和收益。

通过模拟股票价格和市场变化,可以对不同投资策略的风险和收益进行评估,帮助投资者做出决策。

3.2 物理学领域在复杂的物理模型中,蒙特卡洛方法可以用来解决各种难以求解的问题。

例如,在高能物理中,蒙特卡洛方法被广泛用于模拟粒子的行为和相互作用,以及探测器的性能评估等。

3.3 计算机科学领域在计算机科学中,蒙特卡洛方法常被用于优化问题的求解。

通过随机搜索和采样,找到问题的可行解并进行优化。

此外,在机器学习中也有一些算法使用蒙特卡洛方法进行模型训练和推断。

3.4 工程领域在工程领域,蒙特卡洛方法可以用来模拟和优化不同的系统。

蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用

蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用

3 蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用3.1电力系统可靠性评估的内容与意义可靠性指的是处于某种运行条件下的元件、设备或系统在规定时间内完成预定功能的概率。

电力系统可靠性是指电网在各种运行条件下,向用户持续提供符合一定质量要求的电能的能力。

电力系统可靠性包括充裕度(Adequacy)和安全性(seeurity)两个方面。

充裕度是指在考虑电力元件计划与非计划停运以及负荷波动的静态条件下,电力系统维持连续供应电能的能力,因此又被称为静态可靠性。

安全性指的是电力系统能够承受如突然短路或未预料的失去元件等事件引起的扰动并不间断供应电能的能力,安全性又被称为动态可靠性。

目前国内外学者对充裕度评估的算法和应用关注较多,且在理论和实践中取得了大量的研究成果,但随着研究的深入也出现了很多函待解决的新课题。

电力系统的安全性评估以系统暂态稳定性的概率分析为基础,在原理、建模、算法和应用等方面都处于起步和探索阶段.由于电力系统的规模很大,通常根据功能特点将其分为不同层次的子系统,如发电、输电、发输电组合、配电等子系统,对电力系统的可靠性评估通常也是对上述子系统单独进行。

不同层次的子系统的可靠性评估的任务、模型、算法都有较大区别。

电力系统在正常运行情况下,系统能够正常供电,不会出现切负荷的事件.如果系统受到某些偶发事件的扰动,如元件停运(包括机组、线路、变压器等电力元件的计划停运与故障停运)、负荷水平变化等,可能会引起系统功率失衡、线路潮流越限和节点电压越限等故障状态,进而导致切负荷。

电力系统可靠性研究的主要内容是基于系统偶发故障的概率分布及其后果分析,对系统持续供电能力进行快速和准确的评价,并找出影响系统可靠性水平的薄弱环节以寻求改善可靠性水平的措施,为电力系统规划和运行提供决策支持。

3.2电力系统可靠性评估的基本方法电力系统可靠性评估方法可分为确定性方法和概率性方法两类。

确定性方法主要是对几种确定的运行方式和故障状态进行分析,校验系统的可靠性水平.在电源规划中,典型的确定性的可靠性判据有百分备用指标和最大机组备用指标;电网规划中,确定性的可靠性判据主要是校验负荷的最小供电回路数。

电力系统可靠性评估

电力系统可靠性评估

电力系统可靠性评估电力系统可靠性评估是保障电力供应的重要环节。

通过对电力系统的分析和评估,可以了解系统的可靠性水平,进而采取相应的措施来提高系统的可靠性,保障电力供应的连续性和稳定性。

本文将从电力系统可靠性评估的概念、方法、应用和挑战等方面进行论述。

一、概念电力系统可靠性评估是指对电力系统在给定条件下保持正常运行的能力进行定量或定性评估的过程。

通常以故障概率、恢复概率和系统的可用性等指标为基础,对电力系统的可靠性进行衡量。

二、方法1. 故障树分析(FTA)故障树分析是一种常用的可靠性评估方法,通过将系统的故障状态以树状结构进行表示,进而分析故障的传播路径和可能的失效原因。

它能够定量地评估系统的可靠性,并找出系统中存在的风险点。

2. 事件树分析(ETA)事件树分析是一种用于评估系统失效的概率的方法,通过将系统的失效模式和可能的事件以树状结构进行表示,分析事件的发生概率和系统的可靠性。

与故障树分析相比,事件树分析更加适用于评估系统失效后的后果。

3. 蒙特卡洛方法蒙特卡洛方法是一种基于概率和统计的可靠性评估方法,通过随机抽样的方式模拟系统的不确定性,并根据抽样结果计算系统的可靠性。

该方法能够全面考虑各种不确定性因素对系统可靠性的影响,是一种相对较为精确的方法。

三、应用1. 电力系统规划电力系统可靠性评估在电力系统规划中起着重要的作用。

通过对电力系统的可靠性进行评估,可以确定适当的电力设备配置和容量,并提供规划决策的依据。

2. 优化设备维护策略电力系统可靠性评估还可以用于优化设备维护策略。

通过分析设备的可靠性指标和维修记录,可以确定合理的维护策略,提高设备的可靠性和维护效率。

3. 应急响应和恢复在电力系统故障或自然灾害等突发事件发生时,电力系统可靠性评估可以帮助相关部门和企业做出应急响应和恢复计划,迅速恢复电力供应,减少损失。

四、挑战电力系统可靠性评估面临一些挑战,包括以下几个方面:1. 数据不确定性在进行可靠性评估时,数据的不确定性是一个重要的问题。

电力系统的可靠性分析

电力系统的可靠性分析

电力系统的可靠性分析电力系统是现代社会的重要基础设施之一,对于保障国家经济发展和人民生活的正常运行至关重要。

因此,评估电力系统的可靠性非常重要。

本文将从可靠性分析的方法、评估指标和影响因素等方面展开论述,旨在全面了解和提升电力系统的可靠性。

一、电力系统可靠性分析的方法1. 故障树分析法故障树分析法是一种常用的电力系统可靠性分析方法,通过将系统故障事件分解为多个基本故障事件,并利用逻辑门进行组合,最终计算出系统故障事件发生的概率。

该方法可以清晰地定位故障的根本原因,帮助我们寻找系统改进的方向。

2. 事件树分析法事件树分析法是一种定性和量化相结合的分析方法,用于对电力系统中的事故事件进行系统性的评估。

它可以分析事件的发展、转变和结果,帮助我们全面了解系统的强度和脆弱性,从而采取相应的措施,提高系统的可靠性。

3. 可用性分析法可用性分析法主要用于评估电力系统的运行可用性,即将系统可用时间与不可用时间进行比较。

该方法主要通过对设备的运行数据进行统计分析,计算系统的平均运行时间和平均故障时间,从而评估系统的可靠性水平。

二、电力系统可靠性评估指标1. 蒙特卡洛法蒙特卡洛法是一种通过随机抽样的方法来进行可靠性评估的数学模拟方法。

在电力系统可靠性分析中,通过生成一系列随机数,模拟系统的各种可能性,进而计算系统的可靠性指标,例如电力系统的平均停电时间和平均无电时间等。

2. 故障指标故障指标主要用于衡量电力系统的可靠性,在评估系统的可靠性水平时起到重要的作用。

常见的故障指标包括电力系统的平均故障时间、电力系统的故障频率、故障率等。

三、影响电力系统可靠性的因素1. 设备老化设备老化是电力系统可靠性降低的主要原因之一。

长期运行和恶劣的工作环境会导致设备的老化和损坏,从而降低了系统的可靠性。

因此,定期的设备检修和维护是保障电力系统可靠性的关键。

2. 人为因素人为因素的失误和疏忽也是影响电力系统可靠性的重要因素之一。

例如,操作人员的错误操作、工艺控制不当等都可能导致系统的故障和事故的发生。

电力行业的电力系统可靠性评估与改进方法

电力行业的电力系统可靠性评估与改进方法

电力行业的电力系统可靠性评估与改进方法电力是现代社会的重要基础设施之一,保证电力系统的可靠性对于国家经济发展和人民生活具有至关重要的意义。

然而,由于电力系统的复杂性和多样性,其可靠性评估和改进面临着一系列的挑战。

本文将介绍电力行业电力系统可靠性评估的方法,并探讨如何改进电力系统的可靠性。

一、电力系统可靠性评估方法1.1 故障树分析(FTA)故障树分析是一种常用的电力系统可靠性评估方法,它通过建立故障树来确定系统发生故障的概率。

故障树由逻辑门和事件组成,逻辑门表示故障发生的逻辑关系,事件表示系统中可能出现的故障。

通过计算逻辑门与事件的组合,得到系统出现故障的概率。

1.2 可靠性块图(RBD)可靠性块图是另一种常用的电力系统可靠性评估方法,它通过将系统划分为不同的可靠性块,并建立其之间的逻辑关系来评估系统的可靠性。

可靠性块图利用图形化的方式清晰地展示系统的结构和组成部分,并通过计算不同块之间的关系,得出系统的可靠性指标。

1.3 蒙特卡洛模拟蒙特卡洛模拟是一种基于随机数的计算方法,通过生成大量的随机数来模拟电力系统的运行情况,从而评估系统的可靠性。

蒙特卡洛模拟可以考虑到系统中的各种不确定性因素,如设备的故障率、负荷的变化等,从而提供更准确的可靠性评估结果。

二、电力系统可靠性改进方法2.1 多样化电源为了提高电力系统的可靠性,可以采用多样化电源的策略。

通过引入不同的电源,如传统火力发电、风能、太阳能等,可以有效降低系统遭受单一电源故障带来的风险。

此外,多样化电源还可以提高电力系统的灵活性和适应性,应对复杂的电力市场环境。

2.2 异地备份异地备份是一种常用的电力系统可靠性改进方法,它通过在不同的地理位置建立备用电源来提供故障情况下的供电保障。

如果一处电源故障,备用电源可以及时接替供电,避免系统中断。

2.3 智能设备和自动化技术随着科技的发展,智能设备和自动化技术在电力系统中得到广泛应用。

通过引入智能监测设备和自动化控制技术,可以实时监测电力系统的运行状态,及时处理故障并调整运行策略。

基于多场景技术的有源配电网可靠性评估

基于多场景技术的有源配电网可靠性评估

基于多场景技术的有源配电网可靠性评估一、本文概述随着能源结构的转型和电力需求的日益增长,有源配电网的可靠性问题日益凸显。

有源配电网不仅涵盖了传统的无源配电网,还融入了可再生能源发电、储能系统以及电力电子设备等多种元素,使得配电网的运行和控制变得更为复杂。

因此,对有源配电网的可靠性进行准确评估,对于保障电力系统的稳定运行、提高供电质量以及推动可再生能源的发展具有重要意义。

本文旨在探讨基于多场景技术的有源配电网可靠性评估方法。

文章将对有源配电网的基本概念和特点进行介绍,明确评估的目标和意义。

接着,文章将详细介绍多场景技术的原理及其在有源配电网可靠性评估中的应用,包括场景生成、场景缩减、场景分析等多个环节。

在此基础上,文章将构建一套完整的有源配电网可靠性评估模型,并提出相应的评估指标和评估流程。

文章将通过案例分析,验证所提评估方法的有效性和实用性,为有源配电网的规划、设计、运行和管理提供决策支持。

通过本文的研究,期望能够为有源配电网的可靠性评估提供一种新的思路和方法,推动有源配电网技术的发展和应用,为电力系统的安全、可靠、经济、高效运行做出贡献。

二、有源配电网可靠性评估理论基础有源配电网是指配电网中包含分布式电源(Distributed Generation, DG)的系统。

分布式电源包括风电、光伏、燃料电池等多种类型,其接入配电网后,会对配电网的潮流分布、电压水平、短路容量等产生影响,进而影响到配电网的可靠性。

因此,对有源配电网进行可靠性评估时,需要充分考虑分布式电源的影响。

有源配电网可靠性评估的理论基础主要包括配电网可靠性评估的基本方法、分布式电源接入对配电网可靠性的影响分析、以及考虑分布式电源接入的配电网可靠性评估方法。

配电网可靠性评估的基本方法主要包括故障模式与影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、蒙特卡洛模拟(MCS)等。

这些方法通过对配电网中可能发生的故障进行建模和分析,评估配电网的可靠性水平。

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3 蒙特卡洛法在电力系统可靠性评估中的应用3.1电力系统可靠性评估的内容与意义可靠性指的是处于某种运行条件下的元件、设备或系统在规定时间内完成预定功能的概率。

电力系统可靠性是指电网在各种运行条件下,向用户持续提供符合一定质量要求的电能的能力。

电力系统可靠性包括充裕度(Adequacy)和安全性(seeurity)两个方面。

充裕度是指在考虑电力元件计划与非计划停运以及负荷波动的静态条件下,电力系统维持连续供应电能的能力,因此又被称为静态可靠性。

安全性指的是电力系统能够承受如突然短路或未预料的失去元件等事件引起的扰动并不间断供应电能的能力,安全性又被称为动态可靠性。

目前国内外学者对充裕度评估的算法和应用关注较多,且在理论和实践中取得了大量的研究成果,但随着研究的深入也出现了很多函待解决的新课题。

电力系统的安全性评估以系统暂态稳定性的概率分析为基础,在原理、建模、算法和应用等方面都处于起步和探索阶段。

由于电力系统的规模很大,通常根据功能特点将其分为不同层次的子系统,如发电、输电、发输电组合、配电等子系统,对电力系统的可靠性评估通常也是对上述子系统单独进行。

不同层次的子系统的可靠性评估的任务、模型、算法都有较大区别。

电力系统在正常运行情况下,系统能够正常供电,不会出现切负荷的事件。

如果系统受到某些偶发事件的扰动,如元件停运(包括机组、线路、变压器等电力元件的计划停运与故障停运)、负荷水平变化等,可能会引起系统功率失衡、线路潮流越限和节点电压越限等故障状态,进而导致切负荷。

电力系统可靠性研究的主要内容是基于系统偶发故障的概率分布及其后果分析,对系统持续供电能力进行快速和准确的评价,并找出影响系统可靠性水平的薄弱环节以寻求改善可靠性水平的措施,为电力系统规划和运行提供决策支持。

3.2电力系统可靠性评估的基本方法电力系统可靠性评估方法可分为确定性方法和概率性方法两类。

确定性方法主要是对几种确定的运行方式和故障状态进行分析,校验系统的可靠性水平。

在电源规划中,典型的确定性的可靠性判据有百分备用指标和最大机组备用指标;电网规划中,确定性的可靠性判据主要是校验负荷的最小供电回路数。

电力系统是一个具有随机特性的系统,负荷水平的波动、元件故障等都具有随机性,确定性方法难以考虑各种状态的概率分布特性,评估结果存在较大偏差,因此概率性方法在电力系统的可靠性评估领域得到更加广泛应用,并在理论和实践方面取得很大的进展。

概率性可靠性评估方法主要有解析法和模拟法两大类,后者一般又被称作蒙特卡洛法。

两者的共同点是都以系统随机状态发生的概率对随机状态的后果(切负荷功率)进行加权,即不仅考虑故障的严重性,同时考虑其概率性,且对随机状态的分析方法是一致的。

两者的根本区别在于获取系统随机状态及其概率值的方法不同,解析法通过故障枚举来获得系统随机状态,通过解析计算获得系统随机状态发生的概率;蒙特卡洛法通过随机抽样的方法获得系统随机状态,采用统计的方法以随机状态的频率来估算概率。

解析法的数学模型精确,得到的可靠性指标计算精度高,但该方法的缺点也非常突出。

首先,采用解析法要分析的系统状态数目随着系统元件数目的增长呈指数规律增长,因此难以应用于大规模电力系统可靠性评估的场合。

采用忽略多重故障状态的“故障筛选技术”来解决这一问题,但显然会在一定程度上削弱解析法在计算精度方面的优势。

其次,采用解析法难以获得频率和持续时间指标,而这些又是非常重要的可靠性信息。

最后,解析法难以处理系统中随机因素的影响,如负荷的波动、水库水位的变化等,也不易模拟运行人员对系统的控制措施及其后果,因此影响到了计算结果的可信度。

由于解析法存在上述难以克服的缺点,在大型电力系统可靠性评估的场合应用较少,而蒙特卡洛法则得到了广泛的应用。

蒙特卡洛方法(又被称作统计试验方法)或随机抽样技术,其提出可以追溯到19世纪末期,20世纪40年代中期之后随着科学技术的发展和电子计算机的发明,该方法得到了快速的发展和应用。

几十年来,随着计算技术的迅速发展,蒙特卡洛方法的应用范围日趋广阔。

目前它已经被广泛应用到包括电力系统可靠性分析在内的各类科学研究与工程设计领域中,成为计算数学的一个重要分支。

采用蒙特卡洛方法评估电力系统可靠性,存在着明显的优势。

第一,在一定的精度要求下,蒙特卡洛方法的抽样次数与系统的规模无关,因此特别适用于大型电力系统的评估计算。

第二,采用蒙特卡洛方法评估可靠性,不但能够获得概率性指标,而且能够得到频率和持续时间指标,得到的可靠性信息更加丰富、实用。

第三,基于蒙特卡洛方法的程序数学模型相对简单,且容易模拟负荷变化等随机因素和系统的校正控制措施,因此计算结果更加符合工程实际。

电力系统规模日趋扩大、元件众多、控制策略复杂,因此蒙特卡洛法在其可靠性评估中获得了日益广泛的应用。

3.3蒙塔卡洛法的基本内容3.3.1基本参数介绍电力系统元件众多,在可靠性评估中可根据计算需要对发电机组、输电线路、变压器、电抗器、电容器、保护元件、自动重合闸装置、母线等可修复元件进行状态模拟。

假定某可修复元件的故障率和修复率分别为λ、μ,平均无故障工作时间和平均维修时间分别为MTTF、MTTR,则存在以下重要关系式)1.3(/1λ=MTTF )2.3(/1μ=MTTR可修复强迫失效可以通过“运行-停运-运行”的循环过程来模拟,如图一所示:图3.1 可修复元件运行和停运循环过程平均不可用率,其数学形式可由下列三个定义 之一来表达:)3.3(8760MTTR f MTTR MTTF MTTR U ⨯=+=+=μλλλ为失效率(失效次数/年);μ为修复率(修复次数/年);MTTR 为平均修复时间(小时);MTTF 为失效前平均时间(小时);f 为平均失效频率(失效次数/年)。

d = MTTF/8760及r = MTTR/8760,则d 和r 是以年为单位计的MTTF 和MTTR 。

λ、μ是蒙特卡洛算法中模拟元件持续时间与状态转移特性的基本参数。

其反映的元件状态转移特性如图3一2所示,其数值可通过对元件长期运行的寿命过程和随机状态信息统计得到。

图3.2 可修复元件状态空间图3.3.2非序贯蒙特卡洛模拟法非序贯蒙特卡洛模拟法常常被称为状态抽样法,它被广泛用在电力系统风险评估中。

这个方法的依据是:一个系统状态是所有元件状态的组合,且每一元件状态可由对元件出现在该状态的概率进行抽样来确定。

每一元件可用一个在[0,1]区间的均匀分布来模拟。

假设每一元件有失效和工作两个状态,且元件失效是相互独立的。

令s i 代表元件i 的状态,Q i 代表其失效概率,则对元件i 产生一个在[0,1]区间均匀分布的随机数R i , 使)4.3(0)(1)(0⎩⎨⎧≤≤>=i i ii i Q R if Q R if s 失效状态工作状态具有N 个元件的系统状态由矢量s 表示:S=(s 1,…,s i ,…s N ) (3.5)一个系统状态在抽样中被选定后,即进行系统分析以判断其是否是失效状态,如果是,则对该状态的风险指标函数进行估计。

当抽样的数量足够大时,系统状态s 的抽样频率可作为其概率的无偏估计,即)6.3()s ()(M m s P =式中:M 是抽样数;m (s )是在抽样中系统状态s 出现的次数。

当每一个系统状态的概率通过抽样估计以后,就可计算系统失效概率、系统失效频率、系统失效平均持续时间、以及系统其它风险指标。

非序贯蒙特卡洛法和状态枚举法之间明显的区别在于:如何选择系统状态和如何计算单个系统状态的概率。

在实际应用中,应注意以下几个方面:(1)必要的一步是产生每一个元件的随机数序列,这些随机数必须满足三个基本条件:均匀性、独立性和足够长的重复周期。

(2)蒙特卡洛法是一个波动收敛过程,因此估计出的风险指标总是有一个相应的置信范围。

不能保证增加少量的样本就一定会减少误差,但置信范围确实会随样本数的增加而变窄。

(3)适当的收敛判据是确保蒙特卡洛模拟法精度的关键之一。

方差系数常被用作为终止抽样的判据。

在电力系统风险评估中,不同的风险指标有不同的收敛速度。

已经发现,期望缺供电量(EENS)指标的方差系数收敛速率最低,因此应作为多个指标研究时的收敛判据。

另一种方法是用预定的最大抽样数作为终止抽样的判据。

当模拟过程结束时,校验方差系数是否足够小,如果否,则需要增加样本数再进行新的抽样。

当用户并不知道需要用多少计算时间才能达到足够小的方差系数时,可用这种替代方法。

(4)非序贯模拟过程仅需要元件的失效概率作为抽样过程的输入数据。

这个特点使我们能够容易地同时模拟可修复和老化失效引起的不可用率。

为元件建立两个独立的随机数,一个是模拟可修复失效引起的不可用率,另一个是模拟老化失效引起的不可用率。

(5)状态抽样的理念不仅适用于元件失效事件,而且也可推广应用到电力系统风险评估中其它参数的状态抽样,例如:负荷水平、水文和气候状态等。

而且,这个方法并不局限于年度为基础的模拟,还可很方便地用于进行任意时间段(周、月、季或年度)的模拟。

(6)较之状态枚举法,状态抽样法更适用于规模较大的系统或具有较高元件失效概率的系统评估。

在这些情况下,为获得相同的精度,状态枚举法需要大得多的CPU 时间。

(7)与状态枚举法相似,非序贯蒙特卡洛模拟法不能计及时间相关事件的时序信息,因而得出的系统失效频率和平均失效持续时间乃是近似估计。

3.3.3 序贯蒙特卡洛模拟法序贯蒙特卡洛法是按照时序,在一个时间跨度上进行的模拟。

其中对建立虚拟系统状态转移循环过程有不同的方法。

最通用的是在这里讨论的所谓状态持续时间抽样法。

状态持续时间抽样法是基于对元件状态持续时间的概率分布进行抽样,它分为以下几步:第1步:指定所有元件的初始状态,通常是假设所有元件开始处于运行状态。

第2步:对每一元件停留在当前状态的持续时间进行抽样。

应当设定状态持续时间的概率分布。

对不同的状态,如运行或修复过程,可以假设有不同的状态持续时间概率分布。

例如,下式给出指数分布的状态持续时间的抽样值:)7.3(ln 1i ii R D λ= 式中,R i 是对应于第i 个元件在[0,1]区间均匀分布的随机数。

如果当前的状态是运行状态,则λi 是第i 个元件的失效率;而如果当前的状态是停运状态,则λi 是第i 个元件的修复率。

服从不同概率分布的随机变量的产生方法是不同的。

相关书籍有详细论述。

第3步:在所研究的时间跨度(大量的抽样年)内重复第2步,并记录所有元件的每一状态持续时间的抽样值,即可获得给定时间跨度内每一元件的时序状态转移过程,如图3.3所示。

图3.3 元件时序状态转移过程第4步:组合所有元件的状态转移过程,以建立系统时序状态转移循环过程,如图3.4所示。

图3.4 系统时序状态转移过程第5步:通过对每一个不同系统状态的系统分析,计算风险指标函数。

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