电力系统规划与可靠性-7-电力系统规划的可靠性评价

1、电力系统规划与可靠性第7讲 电力系统规划的可靠性评价,内容安排,发电系统的容量模型 电力负荷模型 发电系统规划的可靠性评价 电网规划的可靠性评价,课程导入,电力系统规划中进行可靠性评价的意义 长期以来，我国的电力规划工作者在对系统规划设计方案进行分析比较和决策时，对于供电可靠性的考虑，大多凭借经验，以定性分析为主，缺乏定量计算，从而导致将来投运的系统难以在技术和经济上达到整体最优。若能对规划设计方案的供电可靠性进行定量评估分析，并作为方案之间比较的定量依据，则可以有效指导规划工作。 在电力系统规划或改造建设过程中，通过可靠性分析计算，不仅可以找出存在的薄弱环节，还可以获知对可能将要采取的提高供

2、电可靠性的措施实施后的效果如何，对比措施实施前后的可靠性提高程度，从而为最后的决策提供更为科学的依据。,一、发电系统的容量模型,发电系统的容量模型,一、发电系统容量模型的含义 一个发电系统在长期运行过程中，随时会出现由于偶发故障使得某些机组停运的情况，其不同台数和不同停运容量的组合将导致系统的运行容量随机地处于不同的数值。 发电系统可靠性准则以有效发电容量能否满足最大负荷需求作为判椐，分为如下2种情况： 1. 发电系统停运容量备用容量：有效发电容量能够满足最大负荷需求，系统的可靠度为100% 2. 发电系统停运容量备用容量：有效发电容量不能满足最大负荷需求，系统存在负荷停电的可能性，系统的可靠

3、度小于100%,发电系统的容量模型,一、发电系统容量模型的含义 在发电系统可靠性分析中，关心的是系统停运容量大于备用容量的状态。如果知道了系统停运容量大小（不论这一停运容量是由哪些机组的停运造成的），便可以分析出系统在任何状态下对其最大负荷的需求能否满足。 为此，在发电系统可靠性分析中，把发电系统状态按停运容量的大小来划分，然后求出对应的状态概率和频率等数据，便形成了发电系统容量模型。为便于计算，容量模型采用表格的方式来表示系统处于不同停运容量下的状态概率。,发电系统的容量模型,二、容量状态概率模型,容量状态概率模型：发电机组或系统在 t 时刻处于某一容量状态的概率。,设一台机组的容量为 C，

4、机组只考虑运行和停运两种状态（简称为“双态”），处于运行状态的概率为 p，处于停运状态的概率为 q，设机组的停运容量为 X，则在双态模型条件下，机组停运容量的状态概率模型为：,P0 = P(X=0) = p,P1 =P(X=C) = q,p + q = 1,1. 单台机组的容量状态概率模型,发电系统的容量模型,2. 2台机组的容量状态概率模型,设某发电系统由2台机组G1和G2构成，机组容量分别为C1和C2。机组G1处于运行状态的概率为p1，处于停运状态的概率为q1；机组G2处于运行状态的概率为p2，处于停运状态的概率为q2。设发电系统的停运容量为X=X1+X2，则在双态模型条件下，系统停运容量

5、的状态概率模型为：,P00 = P(X=X1+X2=0) = p1p2,P01 = P(X=X1+X2=0+C2) = p1q2,P10 = P(X=X1+X2=C1+0) = q1p2,P11 = P(X=X1+X2=C1+C2) = q1q2,p1 + q1 = 1；p2 + q2 = 1,P00 +P01 +P10 + P11 = 1,发电系统的容量模型,三、发电系统容量模型的内容和形式,以一个由3台机组组成的发电系统为例，说明发电系统容量模型的具体建立过程及其形式。该发电系统的总装机容量为400 MW，各机组的可靠性数据如表7-1所示。,表7-1 机组可靠性数据,发电系统的容量模型,为

6、了阐述方便，先制作系统的确切状态概率表（对应实际可能状态的概率表）。系统全部可能状态为 23 = 8 个，利用概率乘法定理，可分别求出系统各个确切状态的概率如表7-2所示。,三、发电系统容量模型的内容和形式,表7-2 系统确切状态概率表,发电系统的容量模型,从表7-2可以发现，停运机组2与停运机组3 两个状态，以及组合停运机组1，2和1，3两个状态，其共同特征是：它们所造成的停运容量是相等的。因此，就停运容量大小而言，它们均可视为同一状态。将停运容量相同的状态合并，得表7-3。,三、发电系统容量模型的内容和形式,表7-3 合并后的系统确切状态概率表,发电系统的容量模型,累积状态概率或全称为累积

7、停运状态概率，是指停运容量X大于等于某个容量C的状态概率之和，表示为P(X C)。 例如：停运容量为0的累积状态概率表示为P(X 0)，是指停运容量为0 MW、停运容量为100 MW乃至停运容量为400 MW的全部各停运容量确切状态概率之和，即有：,三、发电系统容量模型的内容和形式,发电系统的容量模型,同理有：,三、发电系统容量模型的内容和形式,发电系统的容量模型,三、发电系统容量模型的内容和形式,发电系统的容量模型,三、发电系统容量模型的内容和形式,表7-4 累积停运状态概率表,形成累积停运状态概率表的主要目的是为了故障后果分析的需要，因为一旦明确系统停运容量X=C时已属于不可靠状态，那么所

8、有大于C的状态（即XC的状态）也必然属于系统不可靠状态，从而便于进行系统的可靠性分析。,二、电力负荷模型,电力负荷模型,发电系统运行过程中，机组常由于偶发故障而强迫停运，这将造成发电系统在运容量的减少，导致其供电能力下降，对于这种在运容量减少的情况可由发电系统容量模型来描述，但是某一时刻系统在运容量的减少并不一定导致负荷用户停电，因为这还与同一时刻系统的备用容量大小有关。 只有当系统的停运容量大于同时刻系统全部可能利用的容量时才会造成停电事件发生，或者换句话说，只有当负荷值超过同时刻系统全部可能利用的容量时才会导致停电事故。从等值的观点看，负荷增长可以看成是发电容量的减少，因此判断系统是否失效

9、，除了机组的运行状态外，还必须分析同时刻的负荷变化特性。因此有必要了解和掌握电力负荷模型。,电力负荷模型,一、电力负荷模型的含义和形式,电力负荷模型是指在一定周期内对负荷变化特性的描述，通常由典型的负荷曲线或根据统计的原始负荷数据来形成。 目前所提出的电力负荷模型有多种类型，但用于计算系统可靠性指标的负荷模型主要有三种形式：（1）确切负荷模型；（2）确切负荷概率模型；（3）累积负荷概率模型。 这三种负荷模型都是以日最大负荷持续一整天作为基础的。即将某一天任一时刻出现的最大负荷值拉平为一整天均为此值的情况。这种假定显然具有近似性，但就计算以年为时间周期的电力不足概率（LOLP）等可靠性指标而言，

10、却具有很大的实用性。,电力负荷模型,为了便于对三种负荷模型进行介绍，以20个系统连续日最大负荷运行记录值组成的集合S为例，绘制三种负荷模型的示意图。设S = 35，70，55，40，60，45，50，58，63，56，48，65，85，67，52，69，73，75，61，78 MW,1. 确切负荷模型,确切负荷模型是把最大负荷按时间顺序排列在其研究周期内。这实际就是最简单的离散或日最大负荷曲线，研究周期长短（周、月、年等）根据具体要求确定。,电力负荷模型,确切负荷概率模型是在研究周期内，按日最大负荷的大小顺序，列出其出现的概率（近似为频数）。,2. 确切负荷概率模型,1）将S = 35，70，

11、55，40，60，45，50，58，63，56，48，65，85，67，52，69，73，75，61，78 MW，按每10 MW的间隔进行统计分组，则有：S1=35；S2=40，45，48；S3=50，52，55，56，58；S4=60，61，63，65，67，69；S5=70，73，75，78；S6=85。 2）统计每个分组内负荷的个数，求取负荷个数在负荷总数中的占比，作为每个分组中负荷出现的概率，即有：P(S1)=1/20=5%；P(S2)=3/20=15%；P(S3)=5/20=25%； P(S4)=6/20=30%； P(S5)=4/20=20%； P(S6)=1/20=5%。,图中：

12、当日最大负荷 L=65 MW 时，其对应出现的概率为 P(L)= P(65MW) = 0.3 。,电力负荷模型,3. 累积负荷概率模型,累积负荷概率模型是根据系统日最大负荷运行记录值，按一定的时间周期绘制的一条最大负荷持续曲线。,1）横坐标 ti 对应于系统日最大负荷L大于等于Li的时间概率： ti = P(L Li) 2）设S = 35，70，55，40，60，45，50，58，63，56，48，65，85，67，52，69，73，75，61，78 MW。 则有： t1=P(L 35) = 20/20 = 100% t2=P(L 40) = 19/20 = 95% t3=P(L 45) =

13、18/20 = 90% t4=P(L 48) = 17/20 = 85% t5=P(L 50) = 16/20 = 80% t20=P(L 85) = 1/20 = 5% t21=P(L 90) = 0/20 = 0%,电力负荷模型,根据运行记录值绘制出的最大负荷持续曲线一般都是不平滑的，给 ti值的计算带来困难。实际应用中，常近似作直线处理以减少计算量。,3. 累积负荷概率模型,如图，最大负荷 LM=90 MW ，最小负荷 Lm=35 MW ，则负荷的直线方程为：,若已知任一 Li 时，可求出 ti 值：,三、发电系统规划的可靠性评价,发电系统规划的可靠性评价,在评价发电系统规划方案的可靠性

14、时，以有效发电容量能够满足最大负荷需求作为可靠性准则： 1. 发电系统停运容量备用容量：有效发电容量能够满足最大负荷需求，系统的可靠度为100% 2. 发电系统停运容量备用容量：有效发电容量不能满足最大负荷需求，系统存在负荷停电的可能性，系统的可靠度小于100%,一、发电系统可靠性的评价准则,发电系统规划的可靠性评价,二、发电系统可靠性的评价指标,将发电系统的容量模型与电力负荷模型综合起来形成发电系统的综合模型，通过求解综合模型即可得到评价该发电系统可靠性的指标。 在评价发电系统规划方案的可靠性水平时，最常用的指标有概率指标、期望值指标、频率指标和时间指标。,发电系统规划的可靠性评价,电力不足

15、时间概率（LOLP） LOLP表示一天内由于发电设备故障造成系统发电量不能满足负荷需求量的时间概率。 联立求解发电系统容量模型与确切负荷模型，可以得到LOLP的计算公式为：,1. 概率指标,发电系统规划的可靠性评价,电力时间不足期望值（LOLE） LOLE表示某一时间（如1年）内，由于发电设备故障造成系统发电量小于负荷需求量的天数期望值。 联立求解发电系统容量模型与确切负荷模型，可以得到LOLE的计算公式为：,2. 期望值指标,发电系统规划的可靠性评价,电量不足期望值（EENS） EENS表示某一时间（如1年）内，由于发电设备故障造成负荷停电的停电量期望值，是计算发电系统停电损失的一个重要指标

16、。 联立求解发电系统容量模型与确切负荷模型，可以得到EENS的计算公式为：,2. 期望值指标,发电系统规划的可靠性评价,停电频率指标表示在一定时间内，由于发电设备故障造成系统发电量不能满足负荷需求量而造成负荷停电的平均次数。,3. 频率指标,4. 时间指标,停电时间指标表示由于发电设备故障造成系统发电量不能满足负荷需求量而造成负荷每次停电的平均持续时间。,发电系统规划的可靠性评价,三、发电系统规划方案的可靠性评价流程,四、电网规划的可靠性评价,电网规划的可靠性评价,在评价电网规划方案的可靠性时，以电网能否将发电系统发出的电能安全可靠地送到电力用户作为可靠性准则。通常可以采用如下的判别准则： 一

17、条线路或一台变压器故障停运时，电力系统中没有发生负荷停电情况 两条线路或两台变压器同时故障或相继停运时，电力系统中没有发生负荷停电情况 一条线路或一台变压器处于计划检修状态的同时，另外一条线路或一台变压器发生故障停运时，电力系统中没有发生负荷停电情况 一条母线故障停运时，电力系统中没有发生负荷停电情况 一台发电机故障停运时，电力系统中没有发生负荷停电情况,一、电网规划方案可靠性评价准则,电网规划的可靠性评价,LOLP定义为电力系统某日在某一负荷水平下由于电网结构不合理或设备检修及故障停运而引起供电能力不足造成用户停电的概率。,二、输电网规划方案可靠性评价指标,1. 电力时间不足概率（LOLP）

18、,2. 平均供电可靠率（ASAI）,ASAI指研究期间内由电力系统供电的用户的可用小时数与总的要求的供电小时数之比。,电网规划的可靠性评价,LOLE定义为研究期间内，电力系统在不同负荷水平下由于电网结构不合理或设备检修及故障停运而引起供电不足造成用户停电时间的均值。,3. 电力时间不足期望值（LOLE）,4. 电力不足频率（LOLF）,LOLF定义为研究期间内，电力系统在不同负荷水平下由于电网结构不合理或设备检修及故障停运而引起供电不足造成用户停电的平均次数。,电网规划的可靠性评价,5. 电力不足持续时间（LOLD）,LOLD定义为研究期间内，由于电力系统结构不合理或电力系统故障引起用户停电的平均持续时间，等于电力不足