電力系統(tǒng)可靠性評估的發(fā)展理工論文
20 世紀(jì)50 年代,可靠性概念的提出開始于工業(yè),并首先在軍用的電子設(shè) 備中得到應(yīng)用。到了60 年代中期,美國、西歐和日本以及前蘇聯(lián)等國家電力系 統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)穩(wěn)定性的破壞事故,導(dǎo)致了大面積的停電,因此可靠性技術(shù)引入了 電力系統(tǒng)。
1968 年成立了美國電力可靠性協(xié)會(huì),在美國的12 個(gè)區(qū)各自制定可 靠性準(zhǔn)則,保證電力系統(tǒng)能經(jīng)受較大事故的沖擊,避免由于連鎖反應(yīng)導(dǎo)致大面積停電。
1981 年隨著加拿大和墨西哥的加入改名為北美電力可靠性協(xié)會(huì)。
20 世紀(jì)90 年代電力市場的出現(xiàn)和1996 年美國西部發(fā)生的兩次停電事故成為影響 電力系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步發(fā)展的因素[3]。
發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估方法及發(fā)展 單一的對發(fā)電系統(tǒng)或輸電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估,結(jié)果在實(shí)際中就會(huì)有一定 的局限性。因此對發(fā)輸電系統(tǒng)整體進(jìn)行研究是非常有必要的。由于評估中要考 慮元件的響應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電壓的質(zhì)量等因素,所以計(jì)算量比較大計(jì)算也極其 復(fù)雜。目前的評估方法主要有解析法和蒙特卡洛(Monte-Carlo)模擬法兩種[4]。
在認(rèn)真觀察過去的系統(tǒng)行為基礎(chǔ)上,建立元件和系統(tǒng)的`可靠性評估模型并 采用相應(yīng)的評估軟件。解析法基于馬爾可夫模型,通過數(shù)值計(jì)算方法獲得系統(tǒng) 各項(xiàng)指標(biāo),準(zhǔn)確度較高,但計(jì)算量隨著元件數(shù)的增多呈指數(shù)增長,當(dāng)系統(tǒng)的規(guī) 模大到一定的程度時(shí),采用此法有一定的困難。 蒙特卡洛法是一種基于概率的數(shù)值計(jì)算方法,它通過計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生系統(tǒng) 的所有隨機(jī)過程獲得足夠大的樣本量,然后統(tǒng)計(jì)得到系統(tǒng)的各類指標(biāo)。
它以概 率統(tǒng)計(jì)的方法和理論為基礎(chǔ),對問題的維數(shù)不敏感,所以蒙特卡洛法在大型電 力系統(tǒng)評估中更具明顯的優(yōu)點(diǎn)。 隨著計(jì)算技術(shù)的日趨完善,理論分析水平不斷的提高,電力系統(tǒng)可靠性評 估手段也有了新進(jìn)展。
主要體現(xiàn)在: (1) 提出將區(qū)間分析法,應(yīng)用于電力系統(tǒng)可靠性評估。清華大學(xué)電力系統(tǒng) 可靠性研究小組首次將區(qū)間分析應(yīng)用于電力系統(tǒng)可靠性評估,以處理元件數(shù)據(jù) 不確定時(shí)系統(tǒng)的可靠性評估,使得可靠性評估的深度和廣度都取得新突破。
(2) 對Monte-Carlo 模擬法的應(yīng)用水平大大提高。近些年來,已經(jīng)相繼開發(fā) 了能應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的充裕度和安全性評估軟件,使得充裕度和安全性 的學(xué)術(shù)水平大大提高。 除了評估手段和方法外,可靠性指標(biāo)方面也有了新的發(fā)展。系統(tǒng)可靠性評估和判斷可靠性準(zhǔn)則最重要和關(guān)鍵的就是合理的可靠性指標(biāo)。1947 年 G..Calabrese 提出了發(fā)電系統(tǒng)的LOLP 指標(biāo)以及相關(guān)的概念。1960 年,M.Boiteux 系統(tǒng)的提出了缺電量得概念[5]。目前,世界上許多國家和電力公司主要應(yīng)用的 電力指標(biāo)有:失負(fù)荷期望(LOLE)代表的是平均每年缺電的小時(shí)數(shù);切負(fù)荷概率 LOLP 表示的是平均每年的缺電概率;切負(fù)荷頻率FLOL 代表每年平均停電次 數(shù);電力不足期望EDNS 代表平均缺電力;電量不足期望EENS 表示平均每年 缺電量。除此之外還有很多,本文就不再一一列舉。
可靠性評估準(zhǔn)則 因?yàn)樵陔娏ο到y(tǒng)中所需要的可靠性水平應(yīng)達(dá)到一定的條件,所以可靠性評 估應(yīng)該對應(yīng)相應(yīng)的可靠性準(zhǔn)則。在可靠性分析中有兩個(gè)準(zhǔn)則分別是N-1 準(zhǔn)則和 概率性指標(biāo)或變量的準(zhǔn)則。 在傳統(tǒng)的可靠性評估中主要采用的是N-1 準(zhǔn)則。確定性的N-1 準(zhǔn)則已經(jīng)在 電力系統(tǒng)可靠性評估中廣泛的使用了許多年,該準(zhǔn)則概念清晰,可操作性好。 N-1 準(zhǔn)則是指正常運(yùn)行方式下電力系統(tǒng)中任意一元件(如線路、發(fā)電機(jī)、變壓器 等)無故障或因故障斷開后,電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電,并且其他 元件不過負(fù)荷,電壓和頻率均在允許的范圍內(nèi)[6]。
這一準(zhǔn)則要求單個(gè)系統(tǒng)元件 的停運(yùn)不會(huì)造成任何損害或者負(fù)荷削減。但同時(shí)N-1 準(zhǔn)則有兩個(gè)缺點(diǎn):第一個(gè) 是沒有考慮多元件失效;第二是只分析了單一元件失效的后果,而沒有考慮其 發(fā)生的概率多大。如果選擇的故障事件不是非常嚴(yán)重,但是發(fā)生的概率比較高, 基于該類故障事件的確定性分析得出的結(jié)果仍然會(huì)使系統(tǒng)有較高的風(fēng)險(xiǎn)[7]。相 反,即使一個(gè)具有嚴(yán)重后果的故障事件發(fā)生但是它的的概率可忽略不計(jì),基于 這類事件的確定性分析就會(huì)導(dǎo)致規(guī)劃評估中過分投資。
概率評估不僅可計(jì)及多重元件的失效事件,而且可以同時(shí)考慮事件的嚴(yán)重 程度和事件發(fā)生的概率,將二者適當(dāng)結(jié)合可以得到如實(shí)反映系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。 使用概率性指標(biāo)評估的目的是在系統(tǒng)評估過程中增加新的考慮因素,而不是代 替已經(jīng)在可靠性評估中使用了多年的N-1 準(zhǔn)則,兩者之間并無沖突,將二者結(jié) 合起來可更加全面準(zhǔn)確的反映系統(tǒng)的可靠性水平。
在計(jì)算電力系統(tǒng)可靠性概率指標(biāo)或應(yīng)用確定性可靠性準(zhǔn)則評估電力系統(tǒng) 時(shí),如果發(fā)生以下狀況則認(rèn)為系統(tǒng)處于故障狀態(tài):負(fù)荷越界、頻率越界、電壓 越限、有功或者無功不足、電壓下降、不可控解列、連鎖反應(yīng)、電壓崩潰、頻 率崩潰。確定性行為或試驗(yàn)是將預(yù)先考慮的突發(fā)事故加到設(shè)想的正常的系統(tǒng)中, 并模擬系統(tǒng)的響應(yīng)和恢復(fù)過程[8]。以概率指標(biāo)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可靠性預(yù)測要具有跟蹤系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)的能力,以便對突發(fā)事故造成的故障的嚴(yán)重程度做出估 計(jì)。
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