电力系统可靠性及其综述

东北石油大学电气工程技术文献综述 1 电力系统可靠性综述文献 引言：

电力系统可靠性[1]是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度，包括充裕度和安全性两个方面。充裕度是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运，又称为静态可靠性，即在静态条件下电力系统满足用户电力和电能量的能力；安全性是指电力系统承受突然发生的扰动，如突然短路或未预料到的失去系统元件的能力，也称为动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动且不间断地向用户提供电力和电能量的能力。电力系统可靠性是通过定量的可靠性指标来量度的。一般可以是故障对电力用户造成的不良后果的概率、频率、持续时间、故障引起的期望电力损失及期望电能量损失等，不同的子系统可以有不同的可靠性指标。电力系统规模很大，习惯上将电力系统分成若干子系统，根据这些子系统的功能特点分别评估各子系统的可靠性。

1.发电系统可靠性 发电系统可靠性是指统一并网的全部发电机组按可接受标准及期望数量满足电力系统的电力和电能量需求的能力的量度。发电系统可靠性指标可以分为确定性和概率性两类。过去曾广泛应用确定性可靠性指标来指导电力系统规划和运行，如百分数备用法和偶然故障备用法。这两种方法均缺乏应有的科学分析，目前已逐渐被概率性可靠性指标所代替。概率法常用的可靠性指标有：电力不足概率（LOLP）、频率及持续时间（F&D）、电量不足概率（L O E P）、电力不足期望（LOLE）。国际上曾一度采用LOLP（loss of load probability）作为发电系统可靠性指标，但该方法过于粗略，评估误差较大，且无法计算有关电量指标。后来人们又提出了更为详细的计算电力不足概率的指标和方法，即电力不足小时期望值LOLH（h/a）。该方法以每天24h的实际负荷变化情况为负荷曲线模型，计算出电力不足小时期望值。国际上关于发电系统可靠性计算的另一个常用的指标为电量不足期望值EENS [2]意义为在某一研究周期内由于供电不足造成用户减少用电量的期望值。该指标能同时反映停电的概率与停电的严重程度，而且更便于把可靠性与经济性挂钩，因此EENS指标日益受到重视。文献[3]针对我国电力系统的特点，以LOLH和EENS作为可靠性指标，计算了全国统一的指标参数，并绘出了综合最优发电系统可靠性指标曲线，对我国的电源规划及发电系统可靠性研究有重要的参考价值。其他可靠性指标虽有应用，但不普遍。发电系统可靠性评估传统的方法有两种：解析法和蒙特卡洛法。两种方法均存在缺点。解析法计算量随着元件数的增多呈指数增长，当系统规模大到一定程度时，采用此法有一定的困难；蒙特卡洛法计算误差与试验次数的平方根成反比，为降低误差必须显著增加计算时间。为了提高可靠性评估的准确性，减少计算时间，东北石油大学电气工程技术文献综述 2 人们先后提出了一些改进的新方法。文献[2]提出了随机生产模拟评估方法。这种方法的特点是在同时考虑机组的容量及电量约束的条件下, 确定系统的最优运行状态，可以计算出燃料费用等经济性指标和LOLH、EENS 等可靠性指标。与传统的发电系统可靠性计算方法相比，采用电力系统随机生产模拟的方法可以提供更多的信息量，更能反映电量约束等实际情况。文献[4]介绍了用模糊数学计算发电系统可靠性的一种新方法。该方法将系统负荷数据“模糊化”，同时在机组追加算法的基础上进行模糊修正，通过负荷的模糊聚类简化计算，提高了计算效率。文献[5]提出了基于神经网络的发电系统可靠性评估方法。该方法对于每一个可靠性参数而言，仅需要较少的训练样本而且，此方法对于可靠性计算的精确度很高，它可以改善可靠性评估的效益。文献[6]针对电网互连和市场的新环境下发电容量和负荷具有更强的不确定性的特点，利用盲数运算建立了可靠性评估模型，并给出了相应的两个指标：发电系统可靠性盲数期望GRBE和盲数可信度GRBC。该盲数模型对于发电系统充裕度评估具有一定的宏观参考价值。对应的两个指标能从量及其分布的角度对系统长期的电能供需情况作出近似的指示。

2.发输电系统可靠性 发输电系统可靠性是指由统一并网运行的发电系统和输电系统综合组成的发输电合成系统，按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电能量的能力。发输电合成系统可靠性包括充裕度（adequacy）和安全性（security）两方面。长期以来，发输电系统可靠性的主要研究仍集中在充裕度方面。安全性评估的计算复杂性远大于充裕度评估。由于问题的复杂性, 目前在模型、算法、软件等方面,国内外都是处于起步和探索阶段。近年来，国内外的高校、研究机构和电力部门已相继研制了各种发输电可靠性分析软件。文献[7]通过对国内外14种不同发输电可靠性分析软件的七个方面的比较，归纳出这些软件的主要功能和特点。文献认为现有软件的功能和所提供的风险指标能够基本满足现阶段电力系统规划和运行分析的需要，同时指出应在用户停电损失费用的统计分析、停电损失的计算机模拟和可靠性标准问题等方面作进一步的研究工作。国内研究者在这方面做了大量的工作。合肥工业大学设计的REBULK 软件[7]和清华大学设计的TH-BESREP软件[9]对IEEE—RTS79测试系统进行了安全性评估，结果表明算法均有效、可行。文献[10]中由广东工业大学设计的评估计算软件，可以计算不同方案的可靠性指标，为方案的比较提供了依据。在作规划时，每个方案都有具体的数量指标，克服了过去比较方案时只是定性分析的缺点。这些软件均具有重要的的学术意义和实用价值。

3.输电系统可靠性 输电系统可靠性是指从电源点输送电力到供电点，按可接受标准及期望数量满足供电负荷电力和电能量需求能力的量度。输电系统可靠性指标同发电系统一样也分为确定性和概率性两类。确定性指标有最大线路流、最大电力不足和最大电量不东北石油大学电气工程技术文献综述 3 足。概率指标同发电系统基本相同。输电系统可靠性的计算方法也很多。文献[18]通过使用离算事件系统仿真的原理方法对输电系统进行仿真研究，建立了可靠性仿真模型，编制了相应的计算程序。实例计算结果表明方法可行，效果令人满意。文献[19]提出了一种定量计算输电系统可靠性的新方法，通过合理改变电力系统中各元件

的容量以达到预定的可靠性指标EDNS，同时计算了各元件的可靠性灵敏度。算例证明该方法可行、实用。文献[20]通过建立大电力系统输电可靠性评估模型（TRELSS），对大型电力系统的可靠性进行评估。该方法基于偶然事故和负荷水平的计算，计算范围限制在偶然事故和对系统可靠性产生不利影响的负荷水平之间。此方法可计算可靠性、期望值、频率和大系统的持续可靠性指数，具有很高的实用价值。

4.配电系统可靠性 配电系统可靠性是指供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备，按可接受标准及期望数量满足用户电力及电能量需求能力的量度。配电系统可靠性分析常采用指标有：各负荷点及系统的平均停运率λ，平均停运持续时间r，年平均停运时间u；各负荷点及系统缺电时间期望值LOLE，电量不足期望值EENS；为了反映系统停运的严重程度和重要性，还采用以下指标：系统平均断电频率SAIFI ，平均断电持续时间SAIDI，用户平均断电持续时间CAIDI，供电可靠率ASAI，不可靠率ASUI，以及平均电量不足AENS。根据配电网络的结线方式的不同，配电系统可靠性评估可分为三种情况：简单辐射型配电系统的可靠性分析、环形配电系统可靠性分析及复杂配电系统的可靠性分析。配电系统可靠性评估常采用的方法有：故障式后果分析法，最小路法和网络等值法等。随着研究工作的进展，不少学者提出了一些改进的新方法。文献[11]提出了一种基于最小路的评估算法，该算法同时考虑最小路上元件和非最小路上元件对负荷点可靠性指标的影响，并能为工程技术人员找出网络中最薄弱环节及采取相应的增强措施提供了参考。文献[12] 提出了用区间理论计算配电系统可靠性的不确定性方法，区间运算考虑到所有参数的不确定性，灵敏度分析在指定元件参数区间范围时首先完成，每个元件的参数真值被视为区间中的数值，用区间运算得到的评估结果，将涵盖由于参数值的不确定性而影响实际系统的可靠性所有可能情况。文献[13]提出了根据配电网的实际拓扑结构和元件对系统的影响关系直接建立贝叶斯网络以实现配电系统可靠性分析的方法。该方法不但能计算配电系统不同接线方式的可靠性指标，而且对固定接线方式的配电网还能分析某个元件或相关元件对系统可靠性指标的影响。文献[14]在结合区间运算和配电网可靠性评估网路等值法的基础上，提出了一种可靠性区间评估方法，并根据实际电力系统的特点采用了一些简化措施，降低了评估的繁杂度，使它能适用于实际配电系统的可靠性分析。文献[15]则将物元分析方法应用到电力系统来解决电力系统的问题，是一种新的尝试。该文献通过建立配电系统可靠性评价的物元模型，运用物元的发散性思维，对配电系统的可靠性进行评价，得出配电系统评价的等级结果，从而为解决类似问题提供了一种新方法。 东北石油大学电气工程技术文献综述 4 5.电气主接线系统可靠性 发电厂变电所的电气主接线是电力系统的重要子系统，有时也对其可靠性进行评估。发电厂变电所电气主接线可靠性是在组成主接线系统的元件（断路器、变压器、隔离开关、母线）可靠性的指标已知和可靠性准则给定的条件下，按可靠性准则评估整个主接线系统满足供电点电力及电能量需求能力的量度。在电气主接线可靠性的定量分析中,常用逻辑表格法。根据电气主接线的实际接线，考虑单重及双重故障的所有可能情况，将其发生频次及造成的停运时间归纳列成一张表格，然后根据可靠性指标的定义，求出各项指标如停运时间、停运频次等。文献[16]通过确定设备与断路器的关联矩阵并借鉴逻辑表格法所采用的可靠性指标的部分计算公式，来定量计算较复杂的电气主接线的可靠性。该方法不必考虑接线的具体形式，这一点与逻辑表格法有本质区别。文献[17] 在相关研究成果的基础上，应用矩阵技术对传统的搜索最小路的方法进行了改进，得到一种邻接终点矩阵方法。这种方法通过定义特殊的矩阵乘法规则，用矩阵的乘法运算完成了对最小路的搜索过程，计算效率大大提高。

结束语 本文介绍了电力系统可靠性的基本概念，常用可靠性指标以及相应的计算方法。将电力系统分为五个子系统，分别给出了可靠性指标及常用计算方法。评述了文献中提出的一些改进计算方法，指出了各种方法的优缺点。探索新的算法或综合已有的好方法来进行电力系统可靠性分析，研究开发出更加完善的电力系统可靠性评估系统是各位研究工作者共同面对的重要课题。