电力系统可靠性评估若干问题研究

陈龙

摘 要：电力系统正逐渐发展成为超大规模的复杂系统，具有容量上超大规模、空间上广域分布、扰动传播范围大等特征.电力系统越来越趋于复杂化，这种飞速发展给其稳定运行和控制带来了严峻挑战.基于这种背景，本文对电力系统的发电、输电、配电可靠性和整个电力系统风险问题进行探究。

关键词：电力系统；可靠性；问题分析；

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-08-00-01

一、发电系统的可靠性评估问题

发电-负荷需求系统常常被称为发电系统，由于忽略发电与负荷之间的电网部分，发电系统的可靠性评估内容相对简单，专门针对发电系统的可靠性评估文献也相对较少，主要是针对发电系统备用容量的评估。电力系统可靠性与备用容量紧密相关，可通过评估可靠性水平与调整备用容量以满足可靠性的要求。评估发电系统备用容量的方法主要可分为确定性评估方法和概率性评估方法两类。确定性备用容量评估方法，不能反映系统当前机组的数量、性能、出力变化以及负荷的不确定性等因素，同时也没有明确的指标衡量备用水平。

近年来主要采用概率性评估方法，概率法能较全面地反映系统的状况，而且在国外已经有成熟的实际运行经验。各国经过长期实践，大都制订了相对成熟的发电系统备用容量评估方法及标准。我国关于发电系统可靠性评估方面的研究相对较少，周家启教授等人提出过一种多元件备用系统可靠性分析。该评估方法把多元件备用系统分为不可修复系统和可修复系统两种，可修复系统的可靠性分析采用泊松分布，不可修复系统采用马尔可夫随机模型。然而，元件失效概率采用泊松分布来描述尚缺统分的理论依据，因此，该文通过泊松随机过程解决多元件可修复备用系统的可靠性问题还有待检验。

二、发输电系统的可靠性评估问题

由于输电系统受发电系统的种种约束和限制，单独评估输电系统是不合理的。因此，输电系统可靠性评估实际上往往是发输电系统可靠性评估，也是电力系统可靠性评估中最复杂的一个问题。发输电系统中的发电机和负荷位于不同地点，并通过输电网连接。在这种系统中，即使发电机全部可用，仍有可能要削减负荷。其原因在于多重线路失效可能引起一个或多个母线从系统分离，并且一些失效事件还可能引起线路过载或电压越限而强迫削减负荷。换句话说，发输电系统可靠性评估的系统分析并非是简单的连通性问题，它涉及到潮流计算、故障分析以及诸如消除过载、发电重新调度、负荷削减和切换操作等校正措施。系统状态选择中许多问题的考虑也导致了评估更复杂。发输电系统可靠性评估的方法大致可以分为解析法和蒙特卡罗模拟法。

解析法即故障枚举法，其物理概念明晰。但电力系统的故障状态会随着着设备的增加而呈指数级增长，而且当系统变得越来越复杂时，其状态空间的状态数剧增，这必然会造成计算灾问题。因此，解析法只适用于模拟一些小型的不太复杂的系统。为克服解析法产生的计算灾问题，一些学者试图使用各种方法如故障重数限制、截断概率、故障分类等技术以减少计算量。蒙特卡罗法采用抽样的方式，模拟随机出现的各种系统状态，并从大量的模拟试验结果中统计出系统的可靠性指标，蒙特卡罗法是一个波动的收敛过程，估计出的风险指标总是有一个置信范围，不能保证增加大量的样本就一定会减小误差。为模拟小概率事件（如全黑事故）而不得不使抽样样本非常巨大，这也导致了蒙特卡罗法的精度与计算时间之间的矛盾。

三、配电系统的可靠性评估

配电系统的可靠性评估起步较早、发展较快，由于配电系统直接面对用户，研究范围相对较小，研究方法也比较通用，已有大量的文献针对配电系统（包括辐射状配电系统和环网配电系统）进行了可靠性评估等方面的研究。对于配电系统，可靠性评估常用的解析法和蒙特卡罗法是可以通用的。多年来，解析法已在配电系统可靠性评估中获得广泛应用，国内外大部分文献采用的是解析法，使用这种方法计算负荷点和系统的平均性能指标十分方便。蒙特卡罗法与应用于发输电系统的可靠性评估相似，均是对系统每一元件出现的状态的概率进行抽样来确定失效概率及频率等风险指标[17～20]。另外，由于蒙特卡罗法的抽样复杂性等不可避免的缺点，近年来也有学者提出将解析法与蒙特卡罗法结合起来应用的混合法。例如，任震等人提出先用解析法将网络等值简化成简单的主馈线系统，

用蒙特卡罗法求解各可靠性指标，解决了复杂配电网模拟过程中在故障点遍历搜索麻烦的难题。一种将最小路径法与等值法相结合的配电网可靠性评估算法，该算法首先通过对网络的分层处理，应用可靠性等值原理将复杂配电系统逐步等值为简单的辐射形配电网，再应用最小路径方法计算系统的可靠性指标，从而提高了评估效率

四、风险评估问题

竞争机制的引入，电力工业体系正在发生重大的变化，在市场的环境下，经济性和安全性不再表现为两个独立的指标，安全性将融入经济性中，事故后果评价不再单纯地用负荷切除量、停电持续时间等电气量表示，而需建立在经济性分析的基础上，寻求安全可靠性与经济性的平衡。综合考虑可靠性因素的电网规划新方法将电网的可靠性指标转换为经济性指标，并将其作为目标函数一部分。该方法将缺电成本划分为静态和动态成本两部分，使得电网规划的数学模型更加完善，体现更广泛的社会经济效益，客观上有利于电网防灾。但是该方法在计算缺电成本时主要采用统计法和调查估计法，由于受各电网公司、发电公司的制约较多，且计算方法过于简单，实现起来与现实有差距，但其思路还是值得推广和借鉴的。

基于实用动态安全域的电力系统安全性评估是基于PDSR电力市场环境下考虑暂态稳定性约束、事故发生概率及系统失稳损失的安全成本优化（最优安全控制）模型及其算法。依据该模型可求得预防性控制总成本最小的用户备用容量和参与者的再调度功率，从而将系统的安全性与经济性结合起来。

电力系统可靠性评估将广泛地应用于电力系统规划、设计、运行、检修等过程，用于检测和监管整个系统及其内部设备潜在的危险，预计危险的可能性以及对人身、经济财产损失的严重性，并确定消除或减少危险的方法.

参考文献：

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