（电力系统及其自动化专业论文）基于可靠性评估的电网规划研究.pdf

浙江大学硕上学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t n e t w o r kp l 籼i n gi sa ni m p o r t a n tp a r to fp r e l i m i n a 巧w o r ko fe l e c t r i c a l e n g i n e e m g i ti sad e c i s i v ef a c t o ro fn e t w o r ko p e r a t i o nl e v e l 1 1 1 e r e f o r e ，i no r d e rt o i m p r o v et h er e l i a b i l i t ) ，l e v e lo fp o w e rg r i do p e r a t i o n ，i ti sm u c he f r e c t i v et oc o n s i d e r t l l er e l i a b i l i t ) ，e 盆f e c t i v e n e s sa n de v a l u a t et h er e l i a b i l 时o fp r o 伊a m si nt h en e m o r k p l a l l l l i n gs t a g e i i lt h i st h e s i s ，s t u d yo ft h e o r e t i c 甜a n dp r a c t i c a lm e t h o d s f o rn e t 、r k p l a l 1 i n g b a s e do nr e l i a b i l i 哆a s s e s s m e n tw a sm a d e s t u d yo fp r a c t i c a lr e l i a b i l i t ) r e v a l u a t i o nm o d e l sa i l dp r o c e s s e si np o w e rs y s t e mp l 础gw a sa l s om a d e f i r s t l y ，l et h e s i sc o n d u c t sr e s e a r c ho np o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n t h e o r ya n dp r a c t i c a lp r o c e d u r e s ，a n dd e s c 曲e st h ea p p l i c a t i o no fm el a r g e s c a l e c o m m e r c i a ls o f 时a r er a m s e so np o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t ) ，e v a l u a t i o na tt h e p l 锄i n gs t a g e t h ep 印e rp r o p o s e dat i m e - w e i g h t e da v e r a g em e t h o db a s e do nt h e s c u r v ed e a l i n gw i t hs 锄p l ed a t a ，w h i c hh a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t s t h et h e s i sp r e s e n t sap r a c t i c a lp l a nf o rp o w e rg r i dc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t s y s t e m a j l de x t r a c t st h em a t h e m a t i c a lm o d e l sa j l dp r o c e s s e so fp o w e rn e t 、v o r k p l 锄i n gb a s e do nr e l i a b i l 时 e v a l u a t i o n t h es y s t e mt o o ki n t oa c c o u l l tt h e r e l i a b i l i t y ，s e c 面t ya n de c o n o m y ，a n de a c hi n d e xc a nb es o l v e db yc o m m e r c i a l s o r w a r e b a s e do nt h ec o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n ts y s t e m ， am u l t i l e v e l ， m u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o nm a t h e m a t i c a lm o d e lf o rn e 铆o r kp l a n n i n gi sp r o p o s e d t h et i l e s i s 如c u s e so nt h e 印p l i c a t i o no fr e l i a b i l i t ) ，e v a l u a t i o no na s s e s s i n gt h e a c t u a lp o w e rg “d f o rt h eb a s i cd a t as t a t i s t i c a lm e t h o d so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，a f o m u l a d e r i v i n g t h em a i n t e n a n c ed a t aw a s p u tf o n ，a r d ， w h i c ht r a n s f o r m s m a i n t e n a n c ee v e n t so fs w i t c ha n dc i r c u i tb r e a k e ri n t om a i n t e n a n c ee v e n t so f o v e r h e a dl i n e sa n dc a b l e as t u d yo fa na c t u a ld i s t b u t i o nn e t w o r kw a sm a d ea sa i l e x 锄p l e ， a l s op r a c t i c a lr e c o m m e n d a t i o np r o g r 锄sf o rn e t w o r kp l a n n i n gw e r e s u m m a r i z e d f o ru h va ca n dd ct 啪s m i s s i o ns y s t e m ，r e l i a b i l i t ym o d e l i n gw a s p u tf o r w a r d as t u d yo ft h ei m p a c tw i t ht h er e l i a b i l i t yo ft h em a i nn e t w o r kb e f o r e a n da r e ru h vs y s t e m sa c c e s st ot h e5 0 0 k vn e t w o r kw a s m a d ea sa ne x a m p l e f i n a l l y ，t h et h e s i ss t u d i e st h ea p p l i c a t i o no fr e l i a b i l i t ya s s e s s m e n to nc h o o s i n g i i i 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t r e c o m m e n d e dp l 籼i n gp r o g r 锄s t h et h e s i sc o n d u c tr e s e a r c ho nc o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so fr e l i a b i l i 哆a i l de c o n o m yo ft h em e d i 啪v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t 、v o r k s s e l e c t i o na n do v e r h e a dl i n es w i t c ho p t i m i z a t i o n ，锄dp u tf i o 刑a r dr e c o m m e n d e d p r o 铲锄 k e y w o r d s ： p o w e r s y s t e m p l a n n i n g ， r e li a b ili t y a s s e s s m e n t ， c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ， a c t u a lp o w e rn e t w o r k ， t y p i c a lg r i d ， s w i t c h o p t i m iz a ti o n l v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿态堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘鲎 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 浙江人学硕- i ：学位论文 致谢 致谢 本文是在导师黄民翔教授的精心指导下完成的。从论文选题到论文完成的 每一个阶段，都倾注了导师大量的心血。在两年半的研究生学习生活中，得到 了导师在科学研究方法上细致严谨的指导和生活上无微不至的关怀，使我得以 顺利完成学业。黄老师求是的作风、渊博的知识、严谨的治学态度以及崇高的 敬业精神和道德风范给我留下了深刻的印象。三年来导师不仅指导我做学问的 正确方法，更教导我对待人生的正确态度，给予我的关怀和鼓励将使我终生难 忘。在此谨向黄老师致以深深的谢意! 论文的编写和学习期间，还得到了教研室许诺等各位老师的热心指导，以 及电机工程楼3 0 4 实验室各位师兄师姐师弟师妹的热心帮助，在此向他们表示 诚挚的谢意。在3 0 4 实验室的近4 年时光里，我与诸位同仁共同拼搏，共同进 步，每一天都充满了欢声笑语，给我留下了许多美好的回忆。难忘这个温馨的 集体，难忘每一位兄弟姐妹，祝大家一帆风顺! 此外，论文的研究和编写工作还得到了浙江省电力设计院、福建省电力公 司、福州供电局、莆田供电局、瑞安供电局、丽水供电局的许多领导和专家的 大力支持，在此表示感谢! 最后要特别感谢我的父母和亲人，感谢我的女友王潇，他们在我大学近七 年的学习生活中无数次给予我鼓励和支持，温馨的亲情是我克服困难时强大的 精神动力，陪伴我顺利完成学业! 韩辉 2 0 1 0 年1 月于求是园 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 1 1 课题的背景和意义 第l 章绪论 2 0 0 9 年5 月，中国国家电网公司宣布将建设以特高压电网为骨干网架的“坚 强智能电网”。我国对“坚强智能电网”的定义是，以坚强网架为基础，以通信信 息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、 用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的 高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的 现代电网。 可见，在“智能电网”逐渐成为电力系统研究主流的今天，对电力系统可靠 性的研究仍然具有重要的意义。特别是作为骨干网架的特高压电网和作为用户 交互平台的配电网，其可靠性高低直接决定着网架的坚强程度，对智能电网的 大局有着至关重要的影响。 电网规划是电力工程前期工作的重要部分，是电网的运行水平和经济社会 效益的决定性因素。因此，为了提高电网运行的可靠性，在电网规划阶段考虑 可靠性效益并进行方案可靠性量化评估有着事半功倍的效果。 目前，国际上关于特高压电网对超高压电网可靠性影响的研究尚属于起步 阶段，而对规划电网进行可靠性量化评估，并对规划方案提出改进意见的研究 也尚未有过。 2 0 0 5 年颁布的国家电网公司农网规划内容深度规定及规划范本对配电 ： 网规划的内容和规划流程做出了详尽的说明，但是并没有考虑配电网可靠性的 要求。 本文拟对基于可靠性评估的电网规划理论和实用方法展开研究。研究电网 规划中实用的可靠性评估模型和流程，探索规划网架的评价体系。本文的部分 结论已应用于实际电网规划之中，具有较强的实际意义。 浙江大学硕 ：学位论文第1 章绪论 1 2 课题研究现状 1 2 1 电力系统可靠性基本概念 可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，或 者说是产品能保持其功能的时间。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高、 高精度与高科技产业数量的增加，用户对电网的供电能力和供电可靠性的要求 越来越高。 电力系统可靠性包括充裕性和安全性两个方面【1 】 充裕性( a d e q u a c y ) 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。充 裕性又称静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电能能量 的能力。 安全性( s e c u r i t ) r ) 是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未 预料短路或预料到的失去系统元件的能力。安全性也称动态可靠性，即在动态 条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电能量的能力。 电力系统规划阶段更关注充裕性的指标，本文所研究的可靠性范围为充裕 性。 1 2 2 可靠性评估方法 电力系统可靠性评估分为确定性评价和概率性评估。 1 2 2 1 可靠性确定性评价 可靠性的确定性评价方法即通过对电网的定性描述评价其可靠性的方法， 常见的方法有：多电源供电评价，n - l 校验，n 2 校验等。一般认为多电源供电 的网络可靠性较高，通过n 2 校验的网络比通过n 1 校验的网络可靠性更高。 可靠性的确定性评价的优点是：直观，容易实现，通过简单的潮流计算等 方法即可得到结果，能在一定程度上反映系统的可靠性。 可靠性的确定性评价的缺点是：不能精确的反映系统内部的可靠性差异， 无法量化，其评价结果不一定切合实际。 如图1 1 所示，该网络各节点均能满足n 1 校验，可靠性的确定性评价无 法反映出各节点之间的可靠性差异，而通过概率性的计算则可以精确的量化各 ， 浙江大学 位论文第l 章绪论 节点的可靠性水平。从圉l 一2 可以清楚的看到各节点可靠性水平的差异 图1 1 典型n 1 网络 田l * 2 典型网络概率性计算结果示意围 ( 蓝色可靠性水平高，红色可靠性水平低) l 上五2 可章性概率性评估 概率性电力系统可靠性评价是指基于概率方法来评价电力系统的可靠性， 主要分为解析法和模拟法。概率性评价方法能够反映概率的量化影响，计算出 可靠性的量化水平，因而更加切合实际，其缺点是工作量较大。 解析法的基本思想是：根据系统的结构、系统和元件的功能以及两者之间 的逻辑关系，建立系统的可靠性概率模型。通过递推或迭代等过程精确求解此 模型，从而计算出系统的可靠性指标。解析法利用故障枝举进行状态的选择和 估计，用数学模型描述系统，并用数学方法从数学模型中估计可靠性指标，包 括状态空间法、近似法和故障树等 最基本的解析法是故障模式与后果分析法( f m e a ) 。该方法采用基于预想事 故后果分析的方法，以每台设备为对象，分析各种可能的故障事件及其后果， 然后根据得到的预想事故集进行电网可靠性指标的计算。但实际评估过程中需 要模拟大量的枝举故障，而每次模拟故障后又都需进行相应的负荷转移分析。 网络等值法( n e t w o r l ( e q u i v a l e n t ) 可以用来简化带复杂分支馈线的输电系 统。该方法的基本思想是利用一个等效元件来代替一部分输电网络，从而将复 杂结构的输电网逐步简化成简单辐射状主馈线系统。对辐射状输电网而言，该 等效方法具有很好的适应性。 最小路径法( m i n i m a lp a t hm e 山0 d 曲，通过对配网中每个负荷点求取最小 路，并将非最小路上元件故障对负荷点可靠性的影响，根据网络的实际情况， 一3 一 浙江人学硕卜学位论文第1 章绪论 折算到相应的最小路的节点上，从而对于每个负荷点，仅对其最小路上的元件 与节点进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标。 此外还有基于数据结构的故障遍历算法等改进故障遍历法，引入了数据结 构中的深度优先搜索、广度优先搜索以及邻接表的概念，加快故障遍历的速度。 尽管输电系统可靠性评估的网络可靠性等值法、最小路径法等已经提出并 具有相对的优越性，但对最小路径的求取和对子系统的多次连续等效均需花费 大量的时间，而且它们均做了很大程度的近似。例如，网络等值法的等值过程 需对元件进行多次重复遍历，使算法存在一定的冗余计算；最小路很难进行负 荷转移路径的搜寻等问题。 解析法的优点是物理概念清晰，模型精度高；其中各种方法共同的缺点是 其计算量随系统规模的增大而急剧增大，故只能考虑有限的负荷水平【2 3 】 蒙特卡罗模拟法由于能够真实地模拟实际物理过程，故解决问题与实际非 常符合，可以得到很圆满的结果。 蒙特卡罗方法的基本原理及思想如下： 当所要求解的问题是某种事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值 时，它们可以通过某种“试验”的方法，得到这种事件出现的频率，或者这个随 机变数的平均值，并用它们作为问题的解。这就是蒙特卡罗方法的基本思想。 蒙特卡罗方法通过抓住事物运动的几何数量和几何特征，利用数学方法来加以 模拟，即进行一种数字模拟实验。 它是以一个概率模型为基础j 按照这个模型所描绘的过程，通过模拟实验 的结果，作为问题的近似解。可以把蒙特卡罗解题归结为三个主要步骤：构造 或描述概率过程；实现从已知概率分布抽样；建立各种估计量【4 5 】 优点： 1 该方法属于统计试验方法，比较直观，易于工程技术人员掌握和理解； 2 可以发现一些人们难以预料的事故，便于处理负荷的随机变化特性； 3 易于处理各种实际运行控制策略以及系统按时间顺序进行的操作 4 采样次数与系统规模无关，在进行复杂系统的可靠性评估时更具优越性； 缺点： 一4 一 浙江大学硕l - 学位论文第1 章绪论 1 计算时间与计算精度紧密相关，为获取精度较高的可靠性指标，需要很 长的计算时间。 2 解析法在系统组合故障数目较少时更加有效，解析法可以发挥其物理概 念清楚、模型准确的优点。一般来说解析法适合于网络规模较小而网络结构较 强的系统，如发电系统、输电系统和电气主接线系统【6 】 1 2 3 电力系统可靠性分类 电力系统是由发电机、变压器、输电线路、开关和配电网等主要元件组成 的。现在被电力系统广泛接受的分类方法是将电力系统的可靠性评估分为三个 层次：第一层为发电系统可靠性评估，又叫电源可靠性评估。第二层为发输电 合成系统可靠性评估，又叫大电力系统可靠性评估( b u l kp o w e rs y s t e m i 沁l i a b i l i 哆a s s e s s m e n t ) 或主网架可靠性评估。第三层是包括发输配电系统在内 的电力系统可靠性评估。其原理框图如图1 3 所示。 第二层电力系统口】靠性评估 【。一，。j 图1 3 电力系统可靠性评估原理框图 其中，发电系统可靠性评估最为简单，该评估忽略发电与负荷之间的电网 部分，主要是针对发电系统备用容量的评估【7 1 发输电合成系统可靠性评估是电力系统可靠性评估中最为复杂的问题，涉 及到潮流计算、故障分析、消除过重、发电重新调度、负荷削减和切换操作等 校正磋商【8 1 ，统状态繁多，一般采用1 2 3 2 中的解析法和模拟法解决。在实际 应用中，一般使用大型商业软件计算。目前，在文献资料中尚未看到考虑特高 压交直流输电系统的可靠性评估。 发电厂变电所电气主接线可靠性评估一般只需考虑网络连通性，通过开关 开断策略的设定模拟实际操作过程。在文献资料中尚未看到综合考虑可靠性， 一一 浙江人学硕 ：学位论文第1 章绪论 经济性和操作复杂度的特高压厂站综合评价研究。 配电网可靠性评估一般利用配电网辐射状结构的特性，在潮流计算和负荷 转移等方面做出简化分析，理论上较为成熟。文献9 1 1 1 对配电网可靠性评估算 法做出了深入的研究，提高了评估效率。 1 2 3 1 可靠性评估算法流程 经典的可靠性分析算法由三部分组成：状态筛选，状态评估，指标计算。 状态筛选包括元件和系统状态，目前一般直接考虑系统状态。系统状态筛选是 算法的关键，可以通过解析法或模拟法实现。状态评估的重要内容是潮流计算 和概率暂态稳定分析。指标计算一般采用概率统计方法实现。经典的可靠性评 估原理性流程如图l - 4 所示。 f 丽瓦藕藏虿一) 中 ：二：銎垒壅 一一一、一 _ j _ ，一，一，一。一一 r 7 二一蠢人教霸霉i 图1 4 经典可靠性评估的原理性流程 1 2 4 基于可靠性的电网规划 鉴于可靠性对电网规划的重要性，很多学者在研究如何将可靠性作为电网 规划数学模型的目标函数方面做了大量的工作。文献【1 2 4 1 将电网的可靠性指标 转化为经济性指标，并作为目标函数一部分，使得电网规划的数学模型更加完 善。文献【b 】着眼于电网规划与电力市场环境的结合，对不确定信息处理、可靠 性准则分析、输电投资收益分析、输电规划目标和准则分析、输电环节与发电 环节协调问题、输电规划数学模型以及输电规划模型求解算法等七个方面展开 论述。文献1 6 。7 1 针对考虑可靠性的电网规划算法展开研究。目前的研究瓶颈在 于可靠性量化评估，上述文献更侧重目标函数和算法，其可靠性评估模块的算 一6 一 浙江人学硕士学位论文第l 章绪论 法并不适于大规划网架的评估，没有提出完整的基于可靠性评估的电网规划流 程和体系。 1 3 本文的主要工作和内容安排 本文提出了实用电网综合评价体系，使之适应基于可靠性评估的电网规划 要求，并在此基础上提出基于可靠性评估的电网规划数学模型和流程。从规划 的角度，对电网可靠性评估做了深入的研究，并应用于实际电网规划中。 针对大电网和配电网分别建立了相应的可靠性模型，应用数学方法对可靠 性基础数据作出了相应的处理，并使用大型商用软件对实际电网进行评估，计 算结果与实际相符。 在前人研究的基础上，对配电网典型网架及设备选型和架空线开关优化设 置进行了综合评价，提出了针对电网规划的推荐方案和建设原则。 在基于可靠性评估的电网规划中，可靠性评估主要应用于以下几个方面 l 、在规划的前期阶段，寻找现有网架可靠性分布规律，找出电网薄弱环节， 总结出符合电网运行实际的规划原则。 2 、在规划的中期阶段，对比分析典型网架和接线模式，对其可靠性和经济 性做出评价，选出推荐接线模式。 3 、在规划的后期阶段，寻找规划网架可靠性薄弱环节，分析其原因，并做 出相应改进。 由此思路，论文的安排如下： 第二章对电力系统可靠性评估理论和实用流程展开研究，介绍了适用于电 力系统规划阶段的可靠性评估大型商用软件r a m s e s ，提出了基于r a m s e s 的可靠性评估流程。对电力系统可靠性指标体系做出总结，提出了适用于电网 规划阶段的可靠性指标体系。提出使用时间加权平均法处理样本数据，在评价 规划电网时取得了较好的效果。 第三章提出了电网综合评价体系，提炼出基于可靠性评估的电网规划数学 模型和流程，作为全文研究的基础。 第四章对可靠性评估在实际电网评价中的应用展开研究。针对配电网可实 际运行情况，特别是可靠性基础数据统计方法，推导出检修数据转化公式，将 开关和断路器的检修事件转化为架空线和电缆检修事件，对原始数据进行了处 一，7 浙江大学硕n ：学位论文第l 章绪论 理。并实际配电网进行实例分析，总结出电网规划实用推荐方案。 第五章对可靠性评估在规划网架评价中的应用展开研究，针对特高压交直 流输电系统进行可靠性建模，并对特高压系统接入某省前后对某省主网的可靠 性影响作出量化分析。 第六章对可靠性评估在规划推荐方案选择中的应用展开研究，对中压配电 网典型网架及设备选型和架空线开关优化设置方案做出可靠性和经济性综合分 析，并提出了推荐方案。 一8 浙江大学硕一l ? 学位论文第2 章可靠性评估理论 第2 章可靠性评估理论 本章对电力系统可靠性指标体系做出总结，提出了适用于电网规划阶段的 可靠性综合指标体系；提出使用时间加权平均法处理样本数据，在评价规划电 网时取得了较好的效果。本章对可靠性评估理论的最新进展做出描述，介绍了 适用于电力系统规划阶段的可靠性评估大型商用软件洲s e s ，提出了基于 r a m s e s 的可靠性评估流程。 2 1 可靠性指标体系 2 1 1 输变电设施可靠性指标 中华人民共和国电力行业标准输变电设施可靠性评价规程，对我国输 变电设施可靠性的统计、分析、评价规定了相应的技术要求和方法。 统计的输变电设施包括：变压器、电抗器、断路器、电流互感器、电压互感 器、隔离开关、避雷器、耦合电容器、阻波器、架空线路、电缆线路、g i s 、母 线等。对各类设施的计划停运系数、非计划停运系数、可用系统、运行系数、计 划停运率、非计划停运率、强迫停运率、连续可用小时、暴露率等做出统计【1 8 】。 中电联组织全国电力企业对所属设备可靠性数据做统计，截至目前已积累 了大量的数据，为基于可靠性评估的电力系统规划打下了坚实的数据基础。 2 1 2 传统可靠性指标 目前，电力系统可靠性指标体系分为负荷点指标和系统指标两类1 9 】，前者 针对具体负荷而言，后者针对系统而言。具体指标如下【2 0 1 ： 2 1 2 1 基本充裕性指标： 1 电力不足时间概率l o l p ( l o s so fl o a dp r o b a b i i i 够) ：在假定日尖峰负荷 持续一整天的条件下，系统负荷需要超过可用发电容量的时间概率的总和。 2 电力不足时间期望值l o l e ( l o s so fl o a de x p e c t a t i o n ) ：指在被研究的一 段时间内，负荷需要超过可用发电容量的时间期望值 3 缺电频率l o l f ( 1 0 s so fl o a df r e q u e n c y ) ：指给定时间区间内系统不能满 足负荷要求的次数。 4 缺电持续时间l o l d ( i o s so f i o a dd u r a t i o n ) ：指给定时间区间内系统不能 满足负荷要求的平均每次持续时间。 5 期望缺供电力e d n s ( e x p e c t e dd e m a n dn o ts u p p l i e d ) ：指系统在给定时间 一q 浙江大学硕士学位论文第2 章可靠性评估理论 区间内因发电容量短缺或电网约束造成负荷需求电力削减的期望数。 6 期望缺供电量e e n s ( e x p e c t e de n e r 影n o ts u p p i i e d ) ：指系统在给定时间 区间内因发电容量短缺或电网约束造成负荷需求电量削减的期望数。 2 1 2 2 输电系统可靠性指标： 1 缺供负荷( 1 0 a dn o ts u p p l i e d ) ：电力系统容量限制未能供电的负荷量。 2 停电负荷( i o a di n t e r 咖p t e d ) ：大电力系统停运或母线解列中断供电的负荷 量。 3 切负荷( 1 0 a ds h e d ) ：电力系统响应给正常工况为保持系统非故障部分的整 体性而人为安排切除的负荷量。 4 减负荷( 1 0 a dr e d u c t i o n ) ：电力系统响应非正常工况，人为安排降低电压运 行减少的负荷量。 5 等效平均停电持续时间( e q u i v a l e n tm e a ni n t e r r u p t i o nd u r a t i o n ) ：电力系 统缺供电量与年平均负荷之商。 6 等效峰荷停电持续时间( e q u i v a l e n tp e a ki n t e r 川p i o d u r a t i o n ) ：电力系统 中给定事故引起的系统缺供电量除以年峰荷之商。 7 等效峰荷累加停电持续时间( a g g r e g a t ee q u i v a l e n tp e a ki n t e r r u p i o n d u r a t i o n ) ：给定时间区间内等效峰荷停电持续时间之和。 8 大电力系统电流削减指标b p e c i ( b u l kp o w e re n e r 科c u r t a i l m e n ti n d e x ) ： 一年内等效峰荷停电持续时间之和。 2 1 2 3 供电系统可靠性指标： 1 用户平均停电时间a i h c ( a v e r a g ei n t e r r u p t i o nh o u r so fc u s t o m e r ) ：供电 用户在给定时间区间内的平均停电小时数。 2 供电可靠率s a ( s e n ，i c ea v a i l a b i i i t ) ，) ：在给定时间区间内用户用电需求得 到满足的时间百分比。 3 用户平均停电次数a i t c ( a v e r a g ei n t e r r u p t i o nt i m e so fc u s t o m e r ) ：用户 在给定时间区问内的平均停电次数。 4 故障停电平均持续时间a i d ( a v e r a g ei n t e r 阳p t i o nd u a t i o n ) ：故障停电的 每次平均停电小时数。 5 平均停电缺供电量a e n s ( a v e r a g ee n e r g yn o ts u p p l i e d ) ：在给定时间区间 一1 0 一 浙江大学硕1 ：学位论文第2 章可靠性评估理论 内，平均每一用户因停电缺供的电量。 输电系统和供电系统在可靠性指标上有一些不同，但都是基本充裕性指标 的具体形式。在电网规划阶段，评价电网可靠性更注重全网和节点在停电时间 和停电频率的分布规律。 2 1 3 可靠性指标体系的研究进展 随着科技的进步和电力市场改革的发展，传统的可靠性指标体系无法满足 要求，近年来国内外在可靠性评估指标体系的研究也有了较大的进展【1 9 】 在市场环境下，可靠性研究的新方向是将可靠性和经济性结合起来考虑， 因此可靠性指标的主要进展体现在停电损失的计算中【2 1 2 4 1 随着可靠性灵敏度分析研究的发展，可靠性指标体系有了新的分支。文献 【2 5 乏刀推导了灵敏度分析中可靠性指标的公式，开拓了元件可靠性参数改变后利 用解析方式直接计算电网可靠性指标的新途径，避免了反复评估的弊端。 2 1 4 适用于电网规划的可靠性综合指标 从电网规划的角度来看，可靠性评估需要考虑以下几个方面 l 、对比分析典型网架和接线模式，对其可靠性和经济性做出评价，选出推 荐接线模式。 2 、寻找现有网架可靠性分布规律，总结出符合电网运行实际的规划原则。 3 、寻找规划网架可靠性薄弱环节，分析其原因，并做出相应改进。 因此，适用与电网规划的可靠性指标应该既能直观反映全局可靠性水平， 也能客观反映各节点的运行情况，以便找出薄弱环节。本文提出通过以下概率 指标评价电力网络的可靠性： 浙江人学硕 ：学位论文第2 章可靠性评估理论 2 1 4 1 可靠性综合指标 表2 1 可靠性综合指标 节点可靠率，i = ( 1 一r 8 7 6 0 ) 1 0 0 ， 节点年停电时间 f = 刀p 节点指标 f 节点年停电次数 刀 节点每次停电持续时间 p 可靠性指标全局可靠率r = ( 1 一丁8 7 6 0 ) 1 0 0 r 全局平均年停电时间t 丁 丁：型生 全局指标 刀甜，” 全局平均年停电次数q n ：型生 ，2 “所 全局平均每次停电时间q e ：型巴 e 船“m 停电损失 c 足 投资成本 综合费用c 7 c i 经济性指标 c t = c r + c i + c o + c l 运行成本 c d 损耗成本 c z 该指标体系以节点的年停电次数”和每次停电持续时间p 为基础，上述指 标中的全局指标和节点指标可以方便的换算成传统可靠性指标，因此在方便的 满足电网规划需求的同时，不失一般性。 1 2 浙江火学硕士学位论文第2 章可靠件评估理论 2 1 4 2 经济性分指标 1 综合费用 综合费用c t ，包括停电损失，投资成本，运行成本和损耗成本四个部分 部分。计算公式具体如下： c 丁= c r + c ，+ c d + c l( 2 1 ) 其中，c 尺为停电损失，a 为投资成本，c d 为运行成本，皿为损耗成本。 ( 1 ) 停电损失c r 停电损失是指单位时间( 通常为一年) 内，因各种设备故障造成的用户停 电的总损失。各国对停电损失的计算方法各有不同【2 8 。0 1 ，我国主要使用平均电 价折算倍数法、产电比发、总用于费用法等进行停电损失计算3 1 1 本文停电损失计算采用平均电价折算倍数法，如公式2 2 所示： n c 尺= u f 6 p ( 2 2 ) ， il 1 、 f = l 式中：保停电损失费用，单位为万元； 6 单位停电电量的电价与平均电价之比； p 平均电价，单位为元k w h ； 用户总数； 尸负荷点i 的有功； u 负荷点i 的年停电时间。 ( 2 ) 投资成本费用c ， 包括设备的购买费用和附加安装费用： a = 罗( 1 + 口，) c ( 胛，i ，n ) - 一、 7 、7 f 式中：e 第i 个设备的购买费用 l3 一 ( 2 3 ) 浙江大学硕十学位论文第2 章可靠性评估理论 口，附加安装系数 ( a p ，i ，n ) 现值折算为年费用的系数，计算公式如下： c ，= 糟 ( 1 + f ) ，一1 船使用年限 f 电力工业投资回收率。 ( 3 ) 运行成本c d ： 由于实际统计的困难，运行维护的成本很难量化，因此引入折旧维护系数， 考虑运行维护费用具体如下： c d = 口r c f ( 2 4 ) f 式中：e 第i 个设备的购买费用， 口，折旧维护系数。 ( 4 ) 损耗成本c z ： 以= 趣一c o s p 丁，m a x p ( 2 5 ) f 式中：。第i 条线路的最大损耗功率； c o s p 功率因数： 丁，m a x 年最大损耗小时数； p 电价。 全局指标和节点指标主要用于评价现状电网，寻找可靠性薄弱环节，总结 实际规律。经济性指标则适应于电网规划时方案投资比较，推荐接线方式的选 型等。 一1 4 浙江大学硕士学位论文第2 章可靠性评估理论 2 2 基础数据处理时间加权序列法 电力系统可靠性原始参数的分析与确定是可靠性评估的基础，电网可靠性 评估结果的可信度很大程度上取决于基础数据的可信度。由于中电联可靠性管 理中心的出色工作，我国电力系统设备运行数据和用户供电可靠性数据已经有 了相当大的积累。 目前，对于大样本可靠性数据一般采用取平均值的计算方法，文献3 2 1 对中 国电力企业企业联合会可靠性管理中心所发布的电力系统元件可靠性统计数据 进行了统计与分析。然而，这种方法没有考虑到科技进步和管理水平提高的因 素，没有考虑时间值对可靠性参数的影响。 对于新类型设备，新电压等级等小样本可靠性数据，一般采用预测法对可 靠性原始参数进行处理，常用的方法有回归模型法、时间序列法等，文献3 3 1 使 用改进灰色预测方法，对可靠性原始参数做出处理，提高了参数的准确性、有 效性和实用性。 从规划的角度看，在进行电网可靠性评估时，往往需要考虑规划水平年电 力设备和网架的可靠性水平，因此需要对可靠性基础数据作出相应的处理。 本论文提出使用时间加权平均法处理可靠性基础数据。 2 2 1s 型曲线简介 s 型增长曲线多用于自然社会经济预测中，亦称成长曲线。成长曲线反映 的实际是事物发生、发展、成熟，然后达到一定极限的过程，所以往往能比简 单时间序列法提供更加精确的时间预测3 4 1 。常用的s 型曲线数学模型如下： p e a r ls 型曲线模型： k 少，= f = j 而 ( 2 6 ) ，7 1 + 口p 一6 ( h o ) ( 2 6 ) 当，- + o 。时，j ，_ 足，是达到饱和状态的极限值，而少，对f 的拐点，即 增长速度的转折点为： f = 半“川= 专k ( 2 7 ) f = 了+ f 。，y ，= i k ( 2 7 ) 一1 5 一 浙江大学硕一l 学位论文 第2 章可靠性评估理论 2 2 2 基于s 型曲线的时间加权平均法 故障率、修复时间、检修率、检修时间等可靠性统计参数每年差异很大， 较近时间的数据比较远时间的数据应具有较大的参考价值。因此本文采用时间 加权平均法，即在往年的可靠性数据乘以权重，然后取平均值。 x f = yt 、xn + y t2 xt2 + yt l xt t y f l + y f 2 + + y ，f ( 2 8 ) 式中：x ，第f 年的可靠性数据， y ，第f 年的可靠性参数权重。 为了预测规划水平年的可靠性参数权重，本文采用上文所述的s 型曲线作 为预测y ，的数学模型： 对于已知fo ，f 1 ，f 年的可靠性基础数据，x f o ，x f l x f ，欲求第f 年的可靠性数据x ， 黔纠，口= 瓮孚，6 = 击山口= 寺叭篙孚， 代人公式2 6 ，求得各年权重y f o ，少f l y f ，将其代入公式2 8 ，即可 得到第f 年的可靠性数据x ，。 2 2 3 实例分析 以5 0 0 k v 电压等级可靠性数据为例，表2 2 为2 0 0 0 2 0 0 6 年中电联统计数 据，为了计算2 0 0 7 年可靠性基础数据，使用时间加权评价法，对每列数据进 行计算，得到倒数第二行的结果，与最后一行2 0 0 7 年实际统计值结果对比， 相差不大，并在实际电网的可靠性评估中取得了较好的效果。 一1 6 浙江大学顾一 ：学位论文 第2 章可靠性评估理论 表2 22 0 0 7 年5 0 0 k v 输变电设备故障率五的时间加权平均值 故障率九母线隔离开关断路器变压器架空线路 2 0 0 000 0 0 8 9o 2 9 5 40 3 7 8 40 o l l 7 2 0 0 100 0 2 8 80 7 0 6 6 50 3 5 8 6 50 0 1 8 4 5 2 0 0 2 o 0 0 4 1 6 4 0 3 5 5 0 80 3 3 8 8 80 0 1 3 3 2 2 0 0 30 0 5 6 9 8o 0 1 8 4 80 2 6 2 0 8o 2 0 8 3 20 0 1 6 2 4 2 0 0 40 0 5 4 1 20 0 3 6 7 9 o 4 5 5 0o 2 3 1 4 90 0 2 9 2 0 2 0 0 60 0 7 3 2 60 0 4 7 1 6o 3 9 1 5o 3 9 6 5 4o 0 4 1 5 8 2 0 0 7 处理值 0 0 6 0 2 50 0 3 8 4 60 4 0 1 30 2 7 8 40 0 3 4 5 9 2 0 0 7 实际值 0 0 5 1 4 90 0 5 8 90 3 1 6 1 60 2 4 7 3 80 0 4 8 0 7 2 3 可靠性评估理论最新进展 评估算法一直是可靠性理论研究的热点，近年来，除了本文1 2 2 节所述的 解析法和模拟法两种基本方法之外，还出现了一些新的算法。 2 3 1 基于贝叶斯网络的方法 文献【3 5 1 详细介绍了贝叶斯网络的特点，及其在电力系统可靠性评估中的应 用。贝叶斯网络将知识直觉图解化，并可以进行不确定性推理，契合可靠性评 估的概率性特点。运用贝叶斯网络方法进行电力系统可靠性评估，不但能计算 出电力系统的可靠性指标，而且能方便地给出每个部件或几个部件对系统整体 可靠性的影响大小，从而克服了电力系统传统可靠性评估方法的不足【3 6 1 2 3 2 混合法 混合法就是把解析法与蒙特卡罗法结合起来，发挥两种方法各自的特长，扬 长避短【3 7 1 文献【3 8 l 将电力系统概率充分性与稳定性评估结合创建混合法，该方法可以 对故障集中的复杂故障模式进行分析，搜索出一些较少出现、但后果严重的故障 模式。文献【7 1 认为该方法计算时间偏长，且很难断定已经把所有故障均抽样出来， 因此在计算时间和精度上还有待研究改进。 2 3