电力系统运行可靠性最优控制研究

陈宇　吴俊鹏

摘要：电力系统在社会经济发展过程中占据着极其重要的地位，且伴随着电力能源在我国能源中所占的比重越来越大，其发挥的作用也越来越重要。对电力系统运行可靠性的最优控制进行探讨，有着重要的意义。文章首先对电力系统运行可靠性的影响因素与评价方法进行分析，然后对电力系统运行可靠性的最优控制技术进行阐述。

关键词：电力系统；运行可靠性；最优控制；电力能源；设备故障；线路故障 文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2015）31-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.012

随着我国社会经济的快速发展以及现代化进程的不断加快，我国电力事业获得了极大的发展，电力系统的规模也不断扩大。同时，我国电力系统已向互联网方向发展。一方面，满足了我国社会经济高速发展的需求；另一方面，出现了一系列问题，其中电力系统运行的可靠性问题是其最为突出的问题之一。电力系统运行的可靠性直接影响了供电的稳定和质量，从而对人们的日常生活和生产造成严重的影响。因此，对电力系统运行可靠性最优控制进行探讨已成为当前研究的重要课题

之一。

1 电力系统运行可靠性的影响因素与评价方法

1.1 影响电力系统运行可靠性的因素

一般而言，影响我国电力系统运行可靠性的因素主要包括设备故障、线路故障以及外力影响这三点。其具体内容如下：

1.1.1 设备故障。在本质上，电力系统运行可靠性即是元件、设备以及系统在规定的条件和时间的范围内完成相应功能的能力。由于电力系统较为复杂，导致其在运行的过程中必然会出现各种故障问题，严重影响了电力系统的正常运行和用户的日常生活用电和生产用电。同时，在电力系统中，不同类型的电气设备故障其表现也大不相同。

1.1.2 线路故障。由于我国电力系统中的大部分线路均需长期暴露在野外，导致其在正常运行的过程中常出现各种线路故障，从而严重影响了电力系统运行的可靠性。除此之外，导致线路出现故障的原因还主要包括线路的劣化与绝缘的损坏。

1.1.3 外力影响。在外力影响方面，一方面，因城市化进程的不断加快而严重破坏了许多架空线路和线缆；另一方面，因部分电力设施架设的环境较为复杂而严重影响了电力设施。同时，电力设备在使用的过程中出现被盗的情况也是影响电力系统运行可靠性的外力因素之一。

1.2 评估电力系统运行可靠性的方法

在电力系统正常的运行过程中，可靠性是其主要的一个评价指标。一般而言，电力系统运行状况的评价主要是通过评价其可靠性来完成的。基于此，对电力系统可靠性进行评价对整个电网的正常运行而言至关重要。目前，评价电力系统运行可靠性的方法主要包括两种，即解析方法和故障模式与后果分析法。其中解析方法是评价电力可靠性最常用的方法之一，它主要是以系统结构与元件之间的联系来对系统可靠性模型进行构建的。同时，解析方法中的可靠性指标是以数值对比的方式来获得的。此种电力系统可靠性评价方法不仅物理概念较为清晰，而且其构建模型的精度也较高，现已被广泛应用于评价电力系统运行可靠性中。虽然如此，但是解析方法在实际具体的使用过程中必然会出现一系列新的问题，从而大大增加了计算的难度，进而影响了评价工作的顺利进行。故障模式与后果分析法也是电力系统运行可靠性评价最常用的方法之一，能够有效地解决电力系统运行中出现的可靠性问题。一般而言，故障模式与后果分析法主要应用于较为简单的辐射状配电系统。但是在具体实际的使用过程中，若拓扑结构较为复杂，则会增加此种评价方法应用的复杂性。基于此，电力部门必须采取行之有效的措施来对此电力系统运行可靠性评价方法进行改进，以此来确保评价结果的准确性和可靠性。值得注意的是，在使用故障模式与后果分析法对电力系统运行可靠性进行评价时，应总结故障后果和分析配电网的计算指标。同时，还需模拟各种故障来对事件进行预想，并对与之相应的负荷进行转移分析。

2 电力系统运行可靠性的最优控制技术

电力系统是电网中的重要组成部分，其运行可靠性不仅直接影响了电网正常运行的安全性和稳定性，而且也严重影响了供电的质量。因此，电力部门必须对电力系统运行可靠性的最优控制技术进行分析，以此来确保其运行的可靠性。一般而言，电力系统运行可靠性的最优控制技术主要包括四个方面，即评估电力系统运行可靠性的指标、控制电力系统运行可靠性的模型、电力系统中元件的可靠性模型以及电力系统运行可靠性算法及其实现。其具体内容如下：

2.1 评估电力系统运行可靠性的指标

一般而言，电力系统运行可靠性水平是通过以切负荷指标来度量实现评估的。由此可知，切负荷指标即为电力系统运行可靠性的重要评估指标之一。同时，这些指标对于电力系统中的电源规划或输电规划而言，发挥着极其重要的作用。而在电力系统具体实际的正常运行过程中，调度人员必须在关注系统电量和节点的同时，重视关注运行的状态量。此外，为了实现对电力系统薄弱环节的准确定位，笔者在包含了度量故障严重程度的传统度量指标（如线路过负荷、母线电压超限、系统功率不平衡等）的基础上，并结合相关的工作经验提出了一个电力系统运行可靠性控制指标体系。该可靠性控制指标体系的内容主要包括系统状态的概率指标、运行状态量处理安全状态下的概率指标以及电量不足期望

指标。

2.2 控制电力系统运行可靠性的模型

之所以要在计算结果满足相应精度的基础上来提高计算的速度，主要是为了能够实现大系统计算的实时性。因此，电力部门可以采用直流潮流的方式来对电力系统中的潮流进行分析。同时，在对电力系统运行可靠性的控制模式进行建立时忽视无功与电压的约束条件。此外，该控制模型所包括的内容主要包括三个方面的内容，即约束条件、目标函数以及控制标量。endprint

2.3 电力系统中元件的可靠性模型

由于电力系统中的元件是其重要的组成部分，其故障的出现严重影响了电力系统运行的可靠性。各个元件故障的产生是随机的，且在一定程度上影响了整个电力系统的正常运行。因此，电力部门要对电力系统进行最优控制，就必须对电力系统中的各元件进行可靠性建模，以此来短期预测其运行能力。目前，建模的方式主要采用元件瞬时概率，它能够全面地对元件进行描述。

2.4 电力系统运行可靠性算法及其实现

在评估电力系统运行可靠性时，其内容主要包括分析运行后果的可靠性指标、分析相关计算的可靠性指标、选择系统运行状态以及确定元件可靠性模型。其中，分析运行后果与相关计算的可靠性指标是电力系统运行可靠性评估的重中之重。一般而言，在对运行后果与相关计算的可靠性指标进行分析时主要采用的可靠性计算方法是动态潮流分析法，在对系统运行状态进行选择时主要采用的可靠性计算方法是快速排序法，并以状态概率的大小来确定排序规则。

在电力系统运行可靠性算法的实现方面，若以数学角度来对其进行分析，则电力系统运行可靠性是一种约束规划问题。同时，其特点主要突出表现为随机约束条件必须在一定的置信水平上才能成立。据相关文献资料研究和实践结果可知，在求解电力系统随机机会规划问题时，若采用的电力系统运行可靠性算法为遗传算法时，则能够取得更好的计算效果。

3 结语

综上所述，电力系统是电网的重要组成部分，其运行可靠性与否直接影响了电网运行的安全性和稳定性。因此，电力部门必须采取行之有效的措施来确保电力系统运行的可靠性，并在具体实际进行可靠性技术时制定相关的标准和准则。由于本文篇幅有限，必然存在不足之处，故而还需要我们进一步对电力系统运行可靠性控制技术进行探讨和研究。

参考文献

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作者简介：陈宇（1970-），男，陕西宝鸡人，海南电力设计研究院系统规划部主任，工程师，研究方向：电力系统一次设计和规划设计。

（责任编辑：周 琼）endprint