電力系統(tǒng)可靠性基本理論及其應(yīng)用

1、電力系統(tǒng)可靠性基本理論電力系統(tǒng)可靠性基本理論 及其應(yīng)用及其應(yīng)用西安交通大學電氣工程學院王秀麗二OO八年十月主要內(nèi)容n電力系統(tǒng)可靠性概述n電力系統(tǒng)可靠性的基本理論n可修復(fù)系統(tǒng)可靠性評估方法n發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估n配電系統(tǒng)可靠性評估n可靠性經(jīng)濟分析方法一、一、 電力系統(tǒng)可靠性概述可靠性（Reliability）是指一個元件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率或能力n可靠性評估提供研究可靠性的理論和實用的工具，評價元件、設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性性能，獲得產(chǎn)品或系統(tǒng)的最優(yōu)可靠性.可靠性評估的意義n產(chǎn)品和系統(tǒng)復(fù)雜性增加，如何解決復(fù)雜性與可靠性的矛盾n產(chǎn)品和系統(tǒng)故障引起的損失增大，對可靠性要

2、求提高，如何平衡提高可靠性的代價與減少故障損失n涉及到安全領(lǐng)域（如航天、核電），對設(shè)備可靠性要求更為突出，如何有效地提高可靠性水平電力系統(tǒng)大規(guī)模故障的影響n1996年美國西部電力系統(tǒng)發(fā)生了兩次特大的停電事故。一次發(fā)生在1996年7月2日，停電持續(xù)時間約0.5h，停電負荷達7.5GW，損失發(fā)電容量6.4GW，影響用戶約200萬個。另一次發(fā)生在1996年8月10日，停電時間約3h，損失負荷達30.498GW，損失發(fā)電容量25.578GW，影響用戶約750萬個，停電面積達180萬平方英里，包括美國的14個州和加拿大的兩個省。n1986年烏克蘭的切爾諾貝利核電站的4號反應(yīng)堆因核泄露導致爆炸，直到200

3、0年12月15日核電站完全關(guān)閉。從1986到2000年這14年里，烏克蘭共有336萬人遭到核輻射侵害，其中兒童達到126萬；參加消除核事故危害后果的35萬名救援人員中，身體健康的人數(shù)不到10%?，F(xiàn)在，所有的核電站都要進行概率風險評價，進行定量評價可靠性，并確保達到較高水平。為什么現(xiàn)代電網(wǎng)的設(shè)計運行技術(shù)取得了很大的發(fā)展，但是仍不能完全避免大電網(wǎng)的瓦解事故發(fā)生？美加8.14大停電后的紐約受停電影響的人口約5000萬，地域約24000 平方公里，停電持續(xù)時間為29小時，損失負荷61800兆瓦電力系統(tǒng)可靠性n電力系統(tǒng)可靠性是可靠性理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用n電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標準和所

4、需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應(yīng)電力和電能量的能力n電力系統(tǒng)可靠性包括充裕度和安全性兩個方面n充裕度是在靜態(tài)條件下電力系統(tǒng)滿足用戶電力和電能量的能力n安全性是在動態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動并不間斷地向用戶提供電力和電能量的能力電力系統(tǒng)可靠性研究內(nèi)容第一層第一層 發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估第二層第二層 發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估第三層第三層 電力系統(tǒng)可靠性電力系統(tǒng)可靠性輸電系統(tǒng)可靠性評估輸電系統(tǒng)可靠性評估發(fā)電廠變電所電氣發(fā)電廠變電所電氣主接線可靠性評估主接線可靠性評估配電系統(tǒng)可靠性評估配電系統(tǒng)可靠性評估可靠性指標1. 概率型：概率型： 可靠性或可用性可靠性或可用性2. 頻

5、率型：頻率型： 單位時間內(nèi)故障次數(shù)單位時間內(nèi)故障次數(shù)2.平均持續(xù)時間型：平均持續(xù)時間型： 首次故障的平均時間首次故障的平均時間 故障間平均持續(xù)時間故障間平均持續(xù)時間 故障的平均持續(xù)時間故障的平均持續(xù)時間 3.期望值型：一年故障天數(shù)的期望值期望值型：一年故障天數(shù)的期望值 發(fā)電系統(tǒng) 單節(jié)點 電源規(guī)劃 輸電系統(tǒng) 發(fā)電機組無故障 輸電規(guī)劃 配電系統(tǒng) 樞紐變電源可靠 配電規(guī)劃可靠性與規(guī)劃可靠性也可用安排短期運行方式 發(fā)電系統(tǒng) 備用 檢修計劃 運行方式 輸電系統(tǒng) 檢修 阻塞情況需調(diào)整發(fā)電計劃 配電系統(tǒng) 檢修 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 1.用高質(zhì)量元件 2.增加備用冗余度 增加發(fā)電機容量 增加電網(wǎng)容量 增加變電站變壓器容量

6、 3.規(guī)劃合理的網(wǎng)架主接線提高電力系統(tǒng)可靠性的措施二、二、 系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)理論系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)理論n系統(tǒng)可靠性基本術(shù)語 系統(tǒng)（System） 一個系統(tǒng)是由一組零件（元件）、部件、子系統(tǒng)或裝配件（統(tǒng)稱為單元）構(gòu)成的、完成期望的功能、并具有可接受的性能和可靠性水平的一種特定設(shè)計。 元件n元件：在可靠性統(tǒng)計、檢驗和分析中不需要再細分的部件或部件組合。元件應(yīng)有獨立的功能n元件分為有效和失效兩狀態(tài)n元件的故障模型的建立是以壽命試驗和故障率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的可靠性方塊圖(RBDsReliability Block Diagrams) 可靠性方塊圖可靠性方塊圖是系統(tǒng)元件及其可靠性意義下連接關(guān)系的圖形表達, 表示元件

7、的正?；蚴顟B(tài)對系統(tǒng)狀態(tài)的影響。在一些情況下，它不同于結(jié)構(gòu)連接圖。 計算機的簡化可靠性方塊圖 可靠性方塊可靠性方塊 n一個方塊可以代表零件（元件）、部件、子系統(tǒng)或裝配件。n系統(tǒng)可靠性評估的第一步是獲取數(shù)據(jù)（壽命或成功次數(shù)等），估計單元的可靠性水平。 系統(tǒng)可靠性連接形式 (1) 串聯(lián)系統(tǒng) (2) 并聯(lián)系統(tǒng) (3) k/n表決系統(tǒng) (4) 串并聯(lián)混合系統(tǒng)(5) 復(fù)雜系統(tǒng) （1）可靠性串聯(lián)系統(tǒng) n系統(tǒng)可靠度為n n可靠性串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對系統(tǒng)的可靠性影響最大。 niisRR1例 2-25n設(shè)計某一串聯(lián)系統(tǒng)需要200個相同的元件。如果要求系統(tǒng)整體可靠性不小于0.99，則每個元件可靠度的最

8、低值應(yīng)該是多少？n 解解 按題意可知， 即n 即要求每個元件的可靠度至少達到0.9995。2000.99R1 2000.990.9995R 可靠性串聯(lián)系統(tǒng)n n 對系統(tǒng)可靠性的認識誤區(qū)：在特定的時間內(nèi)，已知系統(tǒng)所有單元的可靠度為90%，則系統(tǒng)可靠度為90%。（2）可靠性并聯(lián)系統(tǒng) 當系統(tǒng)中任一元件運行，系當系統(tǒng)中任一元件運行，系統(tǒng)即能完成規(guī)定的功能，則稱這統(tǒng)即能完成規(guī)定的功能，則稱這種系統(tǒng)為種系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)。由代表元件。由代表元件的框全部并聯(lián)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)即為原的框全部并聯(lián)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)即為原系統(tǒng)并聯(lián)等效的可靠性框圖?？枷到y(tǒng)并聯(lián)等效的可靠性框圖?？疾煊蓛蓚€獨立元件察由兩個獨立元件A和和B構(gòu)成的構(gòu)

9、成的并聯(lián)系統(tǒng)，如圖并聯(lián)系統(tǒng)，如圖 2-23所示。這所示。這也就意味著必須兩個元件都失效也就意味著必須兩個元件都失效系統(tǒng)才失效。系統(tǒng)才失效。 此時，系統(tǒng)可靠度可由系統(tǒng)不可靠度的補數(shù)求得，即 RP=1-QAQB (2-66)或 RP=RA+RB-RARB (2-67)對于n個元件的并聯(lián)系統(tǒng)則有 (2-68) (2-69) 由此可知串聯(lián)系統(tǒng)可靠度隨著系統(tǒng)元件個數(shù)的增多而下降；并聯(lián)系統(tǒng)則是不可靠度隨著系統(tǒng)元件個數(shù)的增多而下降，即系統(tǒng)可靠度隨構(gòu)成元件數(shù)的增多而提高。 1npiiQQ11nPiiRQ （2）可靠性并聯(lián)系統(tǒng)n系統(tǒng)可靠度為 可靠性并聯(lián)系統(tǒng) 冗余最大niisRR1)1 (1可靠性并聯(lián)系統(tǒng) 但增加

10、并聯(lián)元件個數(shù)會增加系統(tǒng)初投資，質(zhì)量和體積，并增加所需要的維修量。所以，必須審慎的權(quán)衡得失。例 2-26 某系統(tǒng)有四個元件并聯(lián)組成，其可靠度分別為0.99,0.95,0.98,0.97。問系統(tǒng)的可靠度和不可靠度分別是多少？ 解解 系統(tǒng)不可靠度為 則可靠度為RP=0.9999997 7(10.99)(10.95)(10.98)(10.97)3 10pQ（3）k/n表決系統(tǒng) n特例：1/n串聯(lián)系統(tǒng)n n/n并聯(lián)系統(tǒng)n系統(tǒng)可靠度：rnrrnrrpPrnrnpprnP)1 ()!( !)1 (k/n表決系統(tǒng) 例2-20n系統(tǒng)12410MW=240MW q=0.01n系統(tǒng)31220MW=240MW q=0

11、.03n負荷200MW，備用率20%n系統(tǒng)1失負荷概率 多于5臺機故障的概率之和 0.000004n 其中 n系統(tǒng)3失負荷概率 多于3臺機故障的概率之和 0.0048n 其中n備用相同，概率風險度差1200倍0000035.0)01.01 (01.0)!524( ! 5!245245rP004516. 0)03. 01 (03. 0)!312( ! 3!123123rP4. 串并聯(lián)系統(tǒng)上兩節(jié)中所討論的串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)是分析更復(fù)雜系統(tǒng)的基礎(chǔ)。一般原則是把復(fù)雜系統(tǒng)可靠性模型中相應(yīng)的串，并聯(lián)支路歸并起來從而使系統(tǒng)逐步得到簡化，直到簡化為一個等效元件。這個等效元件的參數(shù)也就代表了原始網(wǎng)絡(luò)的可靠度（或不可

12、靠度）。這種方法通常稱為網(wǎng)絡(luò)簡化法。 例 2-27對圖 2-24 系統(tǒng)，如果所有元件的可靠度均為0.8，計算系統(tǒng)的不可靠度。 解解 本例題的邏輯步驟是：將元件3，4歸并為等效元件6，將元件1,2和等效元件6歸并為等效元件7，最后合并元件5和等效元件7得到等效元件8。等效元件8的參數(shù)就代表了系統(tǒng)的可靠性。圖 2-25 示出簡化步驟。n如果 分別代表元件1，5的可靠度和不可靠度，則有 n由已知數(shù)據(jù)，R=0.8，因此 ，且 。1515,RRQQ和1634712612612266112685752341223434112341 (1)(1)(1)()QQQQQQQQQQQQQ QQ QQQ QQQ Q

13、Q QQQQQQQ QQQQ QQQ QQ 0.2iQ 80.07712Q 232331)1 (1111ppppRs例5 復(fù)雜系統(tǒng) 非串/并聯(lián)結(jié)構(gòu)（簡稱復(fù)雜結(jié)構(gòu)）系統(tǒng)是如圖所示的網(wǎng)絡(luò)。 直觀上，圖中系統(tǒng)沒有簡單的串/并聯(lián)部分。有多種分析這類網(wǎng)絡(luò)的有效方法。n分析方法：n1. 分解分析方法：選擇關(guān)鍵單元，先分解系統(tǒng)，再組合計算。n2. 狀態(tài)空間法.n3. 路徑追蹤法.n4 .最小割集法 圖 可靠性復(fù)雜系統(tǒng)模型示例 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的割集法以割集法為例進行分析，它有兩個主要特點：（1）容易在計算機上編程計算，通用性強；（2）割集直接與系統(tǒng)失效模式相聯(lián)系，從而可以直觀地識別系統(tǒng)各種不同的失效方式。 導致系統(tǒng)

14、失效的元件集合的最小子集稱為最小割集。定義如下： 最小割集是只要集合中的任何一個元件沒有失效，就不會造成系統(tǒng)失效的一種割集。 此定義表明：最小割集中的所有元件都必須處于失效狀態(tài)才能造成系統(tǒng)失效。利用這一定義即可得到圖2-26系統(tǒng)的最小割集（列于表2-1中）。 為了計算系統(tǒng)的可靠度（或不可靠度），要對可靠性網(wǎng)絡(luò)確定的最小割集進行組合。由最小割集的定義，必須最小割集的所有元件失效，系統(tǒng)才會失效，所以，每一最小割集中的元件以并聯(lián)形式連結(jié)。而任一最小割集失效時，系統(tǒng)就發(fā)生失效，所以最小割集與割集之間是串聯(lián)形式連結(jié)。據(jù)此，可將表2-1中的最小割集組合構(gòu)成圖2-27所示的等效可靠性框圖。在這里，由于同一元

15、件出現(xiàn)在多個最小割集中，不能直接應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的概率計算公式，而需要應(yīng)用“并”集的原理處理。 在這里，由于同一元件出現(xiàn)在多個最小割集中，不能直接應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的概率計算公式，而需要應(yīng)用“并”集的原理處理。 設(shè)第 個最小割集用 表示，它發(fā)生的概率用 表示，則系統(tǒng)不可靠度為 iiC()iP C123()sinQP CCCCC例2-28設(shè)圖2-26系統(tǒng)中的每一元件的可靠度為0.99，并且元件的失效均為獨立事件，試計算該系統(tǒng)的可靠度。n解 由式（2-70）和圖2-27所示的可靠性框圖，得系統(tǒng)的不可靠度為123412341213142324341231241342341234()()()()()()()()

16、()()()()()()()()sQP CCCCP CP CP CP CP CCP CCP CCP CCP CCP CCP CCCP CCCP CCCP CCCP CCCC 2SABCDADEBCEABCDABDEABCEACDEBCDEABCDEQQ QQ QQ Q QQ Q QQ Q Q QQ Q Q QQ Q Q QQ Q Q QQ Q Q QQ Q Q Q Q 由表2-1中每個割集包含的元件，根據(jù)事件獨立性的假設(shè)，按照集合和概率的基本計算規(guī)則，將上式進行相應(yīng)的處理可得n如果n則因為R=0.99，Q=1-0.99=0.01，得 而 ABCDEQQQQQQ23452252SQQQQQ0.0

17、020195SQ 1 0.000201950.99979805sR 不可修復(fù)系統(tǒng)的概念n系統(tǒng)是由許多按一定的生產(chǎn)目的連接起來的元件所組成n不可修復(fù)系統(tǒng)中的每個元件只有兩種狀態(tài)：工作或失效，而且元件一旦失效則不可修復(fù)n研究系統(tǒng)可靠性的目標就是根據(jù)元件的可靠性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖預(yù)測系統(tǒng)的可靠性n系統(tǒng)可靠性指標包括：故障分布函數(shù)、故障密度函數(shù)、可靠度函數(shù)、平均無故障工作時間、故障率函數(shù)三、 可修復(fù)系統(tǒng)可靠性 對于可修復(fù)系統(tǒng)，須同時考慮可靠性和維修性。類似于基于壽命數(shù)據(jù)的可靠性建模方法，可以處理修復(fù)數(shù)據(jù)獲得維修性特征量，如：維修度、修復(fù)率、平均修復(fù)時間等?？捎眯跃C合考慮可靠性和維修性。元件失效及壽命 機組

18、運行特性 發(fā)電機組壽命物理壽命：技術(shù)壽命：經(jīng)濟壽命：指元件從投入運行開始到不能再正常工作退役結(jié)束所持續(xù)時間指盡管元件仍可以運行，但由于技術(shù)原因而不得不被新元件所替代指雖然元件仍可以正常運行，但是本身已經(jīng)不具備任何的經(jīng)濟價值 發(fā)電機組失效及壽命機組物理壽命變化規(guī)律遵循浴盆曲線，在不同階段失效率也不同。機組運行初期機組正常工作期間機組使用末期失效率較高且迅速下降 產(chǎn)品失效率低，幾乎為常數(shù) 失效率較高且快速增長 設(shè)計和制造工藝的缺陷導致 由偶然因素導致 元件老化、疲勞、衰耗所導致 機組壽命變化曲線返回n在典型的設(shè)備故障率浴盆曲線中，我們期望的設(shè)備運行狀態(tài)是處于偶然失效期范圍內(nèi)的。 維修方式：事后維修

19、和預(yù)防維修 n事后維修的三個典型步驟： a)問題診斷； b)故障零件的更換或修理； c)維修確認。n預(yù)防維修活動包括設(shè)備檢查，局部或全面定期檢修，換油等。n預(yù)防維修可以提高系統(tǒng)的可靠性、減少停機時間和更換費用、優(yōu)化備用件庫存。n計劃檢修 指在根據(jù)不同機組的檢修期限，考慮一定的約束條件，在一定的時段（檢修周期）內(nèi)安排所有機組的檢修時段，可有效地預(yù)防機組老化失效，目前機組檢修多為計劃檢修。隨著電力工業(yè)市場化，機組計劃檢修策略也呈現(xiàn)出新的變化。 計劃檢修雖然應(yīng)用很廣，但可能存在過修或欠修問題。 發(fā)電機組檢修策略預(yù)知檢修：對于發(fā)電機組狀態(tài)檢測方法主要有以下幾種：機組檢測方法采用振動計、油液分析儀、紅外

20、成像儀等定期或不定期的檢測機組的特征參數(shù)在線檢測：通過發(fā)電廠現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng) 在線檢測機組的運行參數(shù)離線檢測：定期檢查：在機組定期維護、低谷消缺或檢修停運期間對機組的機械、絕緣等性能進行檢測機組的安全性能機組的經(jīng)濟性能調(diào)查項目回答：有占比例/%輔機狀態(tài)檢修是否開展較系統(tǒng)的PDM分析工作1729.8是否配備較多狀態(tài)檢測儀器2136.8配備振動檢測儀器5393.0配備發(fā)電機狀態(tài)檢測儀1017.5配備紅外線溫度檢測儀5189.5配備油液檢測儀2849.1配置在線狀態(tài)監(jiān)測2442.1編制完整輔機作業(yè)指導書3357.9主機狀態(tài)檢修配置在線狀態(tài)監(jiān)測5087.7編制完整主機作業(yè)指導書1628.1國內(nèi)目前開展狀

21、態(tài)檢修的情況 可修復(fù)系統(tǒng)可靠性分析n工程系統(tǒng)經(jīng)常采用維修的首端來改善系統(tǒng)的可靠性。維修可分為預(yù)防性和故障后的修復(fù)性（或矯正性）維修兩類。預(yù)防性維修是通過定期檢查整個運行系統(tǒng)，對所有元件進行清潔、調(diào)整，更換接近衰耗期的元件以及檢查和修復(fù)失效的冗余元件等，以使系統(tǒng)始終具有所要求的性能和可靠性水平。n這種維修的目的是保持系統(tǒng)的實效率不致超過設(shè)計水平。當元件或系統(tǒng)在工作中失效或者說喪失規(guī)定功能時，則需要矯正性維修，其目的在于當系統(tǒng)失效后，通過更換、修復(fù)或者調(diào)整引起系統(tǒng)工作中斷或遭到破壞的元件來盡快使系統(tǒng)恢復(fù)運行。 元件基本結(jié)構(gòu)的可靠性狀態(tài)空間/時間法n以下的討論假設(shè)電力系統(tǒng)中元件的失效和修復(fù)特性均服從

22、指數(shù)分布，即它們的故障率 和修復(fù)率 都是常數(shù)。圖221所示的單元件系統(tǒng)狀態(tài)空間圖和狀態(tài)時間圖，給出以下定義：給定期間內(nèi)元件的故障次數(shù)元件故障率 元件運行的總時間n綜合表達為從一個給定狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移的次數(shù)轉(zhuǎn)移率該狀態(tài)存在的總時間給定期間內(nèi)元件的修復(fù)次數(shù)元件修復(fù)率 元件進行維修的總時間n設(shè)該元件的平均無故障持續(xù)時間為 ；平均修復(fù)時間為 ；平均失效間隔時間，即循環(huán)的周期為 ；循環(huán)頻率為 。則根據(jù)指數(shù)分布假設(shè)可得n式中：MTTF（mean time to failure）為平均無故障持續(xù)工作時間；MTTR（mean time to repair）為平均修復(fù)時間；MTBF（mean time betwee

23、n failures）為平均失效間隔時間。 mMTTF=1/r=MTTR=1/T=MTBF=m+r=1/fmrTf串聯(lián)系統(tǒng)n圖中， 和 分別表示元件的失效率和修復(fù)率121122sss 12s1122ssrrrn系統(tǒng)故障率n元件特性n系統(tǒng)平均修復(fù)時間11nsii1niissssrUr1nsi iiUr1nsiiAAn系統(tǒng)可用度n系統(tǒng)故障率n系統(tǒng)停運時間n系統(tǒng)平均修復(fù)時間并聯(lián)系統(tǒng)111ninipiniii1npii1n元件特性n系統(tǒng)故障率n系統(tǒng)停運時間1npp piiUrU四、發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析特點：并聯(lián)系統(tǒng) 考慮容量 時間周期發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析內(nèi)容n發(fā)電機可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法n理論基礎(chǔ)和分析方法n

24、實際工程應(yīng)用需要考慮的問題1臺發(fā)電機組的可靠性模型故障修復(fù)故障修復(fù)故障1UT3UT2UT1DT2DT運行停運ApAq(a)(b)發(fā)電機組的壽命過程及狀態(tài)圖(a)壽命過程；(b)狀態(tài)圖發(fā)電機組的可靠性模型n平均無故障工作時間： 故障率 n平均修復(fù)時間： 修復(fù)率n平均故障間隔時間：n運行狀態(tài)概率（有效度）：1/nUiiMTTFTn1/nDiiMTTRTnMTBFMTTFMTTRMTTFMTTFAMTBFMTTFMTTR1MTTF1MTTR發(fā)電機可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計n發(fā)電機的可靠性數(shù)據(jù)是通過實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲得的n為了獲得足夠大的樣本數(shù)，一般對較多的發(fā)電機（全國的）較長的時間（5年）的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計n對

25、發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估主要需要的是發(fā)電機的強迫停運率FOR次數(shù)(FOT)小時數(shù)(FOH)100666.496468.761.362.670.968.581.091.760181.71125647.276663.951.8773.321.0917.931.352.458223.42200863.446611.392.26112.171.6720.191.962.994176.5021049.816253.240.9663.121.004.21.071.345133.2325010.018073.160.731.080.381.630.400.760197.30300736.896374.213.78

26、145.72.2323.272.585.195227.2732020.013818.64115.290.400.850.422.294572.9233044.196184.716.74396.226.0214.256.229.547149.01350119.597057.323.43107.581.5015.51.714.258279.3050024.026572.373.37351.315.0732.765.524.49284.03600696785.995.3265.123.7624.534.096.842175.1266016.016859.9212.99942.8612.08300.5

27、15.3416.588120.697001.757439.126.3489.546.17242.28.967.419112.738002.335497.566.43483.928.0918.568.3710.246116.40運行小時SH (小時) 強迫停運FO降出力等效小時(EDH)機組容量(MW)累計臺年數(shù)故障率 (次/臺年)修復(fù)率 (次/臺年)強迫停運率FOR()等效強迫停運率EFOR()100MW及以上容量火力發(fā)電機組五年平均可靠性指標發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析方法發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析方法n發(fā)電系統(tǒng)可靠性主要考慮發(fā)電系統(tǒng)的可用容量是否能滿足負荷的需要n為了突出矛盾，假定發(fā)電機和負荷之間的輸電系統(tǒng)

28、是完全可靠的，電源發(fā)出的電能可以無損失地到達負荷 C發(fā)電系統(tǒng)容量系統(tǒng)總負荷容量模型負荷模型風險模型系統(tǒng)模型分析模型n停運容量模型是系統(tǒng)發(fā)電機停運容量的概率分布模型，根據(jù)每臺發(fā)電機的額定容量和強迫停運率建立n負荷模型是系統(tǒng)需要滿足的負荷的統(tǒng)計模型，一般根據(jù)實際系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計或負荷預(yù)測獲得n風險模型是評估發(fā)電系統(tǒng)可用容量大于負荷需求的概率例題n例：某發(fā)電系統(tǒng)有三臺機組，總裝機容量為450MW，容量(MW)和強迫停運率分別為：100，0.01；150，0.02；200，0.03。假定某一小時的負荷為340MW，計算系統(tǒng)損失負荷電力和電量的概率。LOLP = 0.019206+0.029106+0.00

29、0194+0.000294+0.000594+0.000006 = 0.0494EENS = (150-110)*0.019206+ (200-110)* 0.029106+ (250-110)* 0.000194+ (300-110)* 0.000294+ (350-110)* 0.000594+ (450-110)* 0.000006 = 3.6154 MWh問題n狀態(tài)數(shù)為2N ，當發(fā)電機數(shù)量N很多時，計算量太大n發(fā)電機數(shù)量增加，重復(fù)狀態(tài)增多n解決辦法采用遞推公式建立停運容量概率模型概念概念n安裝容量 Csn發(fā)電系統(tǒng)的可用容量n停運容量n確切狀態(tài)（或確切容量狀態(tài)）：系統(tǒng)恰好出現(xiàn)某一停運容量

30、的狀態(tài)n積累狀態(tài)：代表等于或大于某一停運容量的狀態(tài)的總和用遞推公式建立停運容量概率模型用遞推公式建立停運容量概率模型n假定原有一定數(shù)量的機組，后又新增一臺機組，新增發(fā)電機容量為C，強迫停運率為r，新增機組后停運容量為X的確切狀態(tài)概率為：n對第一臺機組：)( )( )1 ()(CXrpXprXprCprp)( 1)0(IEEERTS79小時負荷曲線小時負荷曲線小時持續(xù)負荷曲線小時持續(xù)負荷曲線發(fā)電系統(tǒng)可靠性風險模型和指標發(fā)電系統(tǒng)可靠性風險模型和指標n電力不足期望值LOLE。LOLE是在假定系統(tǒng)日峰荷持續(xù)一天不變的條件下求得的，規(guī)定的標準判據(jù)在0.15d/a之間n小時電力不足期望值HLOLE。規(guī)定的

31、標準判據(jù)在2.460h/a之間n電量不足期望3651/0)()(jjsLXCPLOLE年天年241,3651/0)()(kkjsjLXCPHLOLE年小時年sSCLCXSXpXCLEENS1 MWh)()()h1 ( 例題n例：某發(fā)電系統(tǒng)有三臺機組，總裝機容量為450MW，容量(MW)和強迫停運率分別為：100，0.01；150，0.02；200，0.03。某一天的小時負荷模型如表所示。計算LOLE，HLOLE，EENSh負荷(MW)12382221320442045187622172558272h負荷(MW)928910306113061230613323143231532316340h負荷

32、(MW)1734018340193232030621272222552325524238用遞推公式建立停運容量概率模型用遞推公式建立停運容量概率模型Xp(X)p(X)P(X)01-r=0.991.005000.011000.010.01n第一臺機組(C=100MW， r=0.01)w 第二臺機組(C=150MW， r=0.02)00.990.98*0.99+0.02*0=0.97021.005000.98*0+0.02*0=00.02981000.010.98*0.01+0.02*0=0.00980.029815000.98*0+0.02*0.99=0.01980.0220000.98*0+0

33、.02*0=00.000225000.98*0+0.02*0.01=0.00020.0002)()()1 ()(CXprXprXpw 第三臺機組(C=200MW， r=0.03)Xp(X)p(X)P(X)00.97020.97*0.9702+0.03*0=0.9410941.000000 5000.97*0+0.03*0=00.058906 1000.00980.97*0.0098+0.03*0=0.0095060.058906 1500.01980.97*0.0198+0.03*0=0.0192060.049400 20000.97*0+0.03*0.9702=0.0291060.03019

34、4 2500.00020.97*0.0002+0.03*0=0.0001940.001088 30000.97*0+0.03*0.0098=0.0002940.000894 35000.97*0+0.03*0.0198=0.0005940.000600 40000.97*0+0.03*0=00.000006 45000.97*0+0.03*0.0002=0.0000060.000006 )()()1 ()(CXprXprXpLOLE，HLOLE，EENS計算計算h負荷(MW)LOLEEENS(MWh)h負荷(MW)LOLEEENS(MWh)12380.001088 0.116644 13323

35、0.049400 2.775600 22210.001088 0.098148 143230.049400 2.775600 32040.001088 0.079652 153230.049400 2.775600 42040.001088 0.079652 163400.049400 3.615400 51870.000894 0.063678 173400.049400 3.615400 62210.001088 0.098148 183400.049400 3.615400 72550.030194 0.280670 193230.049400 2.775600 82720.030194

36、 0.793968 203060.049400 1.935800 92890.030194 1.307266 212720.030194 0.793968 103060.049400 1.935800 222550.030194 0.280670 113060.049400 1.935800 232550.030194 0.280670 123060.049400 1.935800 242380.001088 0.116644 nLOLE=0.0494 天/天nHLOLE=0.731986 小時/天nEENS=34.081578 MWh/d3651/0)()(jjsLXCPLOLE年天年241

37、,3651/0)()(kkjsjLXCPHLOLE年小時年sSCLCXSXpXCLEENS1 MWh)()()h1 ( MWh0.1166440.0000060)-(238050)-(2380.000594100)-(2380.000294150)-(2380.000194200)-238(EENS實際工程應(yīng)用需要考慮的問題n部分停運問題n計劃檢修問題n負荷模型是采用確定負荷模型，如何考慮負荷變化的隨機性n能源受限制的機組（如水電機組受水能限制）的考慮n機組的強迫停運率是統(tǒng)計結(jié)果，本身存在不確定性，如何考慮強迫停運率不確定性的影響n最優(yōu)可靠性問題五、配電系統(tǒng)可靠性特點：通常為可修復(fù)串聯(lián)系統(tǒng) 考

38、慮開關(guān)操作、熔斷器動作等評估算法n元件的可靠性參數(shù)為：n平均故障率 （次/年）n平均停運時間 （小時/次）n平均年停運時間 （小時/年）n串聯(lián)公式： iisiiisrUiiisssrUr指標名稱指標名稱 公式公式說明說明年故障停運率年故障停運率 （次（次/ /年）年） (m (m為元件數(shù)為元件數(shù)) )指負荷點在一年中因電網(wǎng)元指負荷點在一年中因電網(wǎng)元件的故障造成停電的次數(shù)件的故障造成停電的次數(shù)年平均停運時間年平均停運時間 U（小時（小時/ /年）年） 指負荷點一年內(nèi)停電的時間指負荷點一年內(nèi)停電的時間總數(shù)總數(shù)平均停運持續(xù)時間平均停運持續(xù)時間 r r（小時（小時/ /次）次）指負荷點從停電開始到恢復(fù)

39、指負荷點從停電開始到恢復(fù)供電這段時間的平均值供電這段時間的平均值年電量不足期望年電量不足期望EENS( (千度千度/ /年年) )負荷點在一年中因停電而造負荷點在一年中因停電而造成的此節(jié)點上用戶的電量損成的此節(jié)點上用戶的電量損失失年停電損失費用年停電損失費用 ECOST（萬元（萬元/ /年）年）負荷點在一年中因停電而造負荷點在一年中因停電而造成的此節(jié)點上用戶的經(jīng)濟損成的此節(jié)點上用戶的經(jīng)濟損失失年停運能量評估年停運能量評估IEAR ( (萬元萬元/ /千度千度) )衡量此負荷點單位電量損失衡量此負荷點單位電量損失所帶來經(jīng)濟損失所帶來經(jīng)濟損失1miijj1miijjUij riiUri1miiji

40、ijjEENSLr1*( ,)*miijijijECOSTf r typeLiiiECOSTIEAREENS二二負荷點的可靠性指標負荷點的可靠性指標指標名稱公式說明系統(tǒng)平均停電頻率系統(tǒng)平均停電頻率 SAIFI （次（次/ /用戶用戶. .年）年）指每個由系統(tǒng)供電的用戶在單位指每個由系統(tǒng)供電的用戶在單位時間內(nèi)平均停電時間時間內(nèi)平均停電時間系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間SDIAI（小時（小時/ /用戶用戶. .年）年）指每個由系統(tǒng)供電的用戶在單位指每個由系統(tǒng)供電的用戶在單位時間經(jīng)受的平均停電持續(xù)時間時間經(jīng)受的平均停電持續(xù)時間用戶平均停電時間用戶平均停電時間CAIDI（小時（小時/ /用戶

41、用戶. .年）年）指單位時間內(nèi)每個受停電影響的指單位時間內(nèi)每個受停電影響的用戶在每次停電所持續(xù)的時間用戶在每次停電所持續(xù)的時間平均供電可用率平均供電可用率ASAI指一年中用戶的用電小時數(shù)與用指一年中用戶的用電小時數(shù)與用戶要求的總供電小時數(shù)之比戶要求的總供電小時數(shù)之比年電量不足期望值年電量不足期望值EENS（兆瓦時兆瓦時/ /年年）系統(tǒng)中所有負荷點因停電事故造系統(tǒng)中所有負荷點因停電事故造成的電量損失之和成的電量損失之和年停電損失費用年停電損失費用ECOST（萬元（萬元/ /年）年）系統(tǒng)中所有負荷點因停電事故造系統(tǒng)中所有負荷點因停電事故造成的經(jīng)濟損失之和成的經(jīng)濟損失之和年停運能量評年停運能量評IE

42、AR( (萬元萬元/ /兆瓦時兆瓦時) )衡量整個系統(tǒng)單位電量損失帶來衡量整個系統(tǒng)單位電量損失帶來的經(jīng)濟損失的經(jīng)濟損失11/nniiiiiSAIFINN11/nniiiiiSAIDIUNN表表3 系統(tǒng)的可靠性指標系統(tǒng)的可靠性指標11/*nniiiiiiCAIDIUNN111(8760*)/8760nnniiiiiiiASAINNUN1niiEENSEENS1niiECOSTECOSTECOSTIEAREENS圖2-34 簡單放射式供電網(wǎng)MS-主電源； QF-干線斷路器；QS1QS5-隔離開關(guān)；AS-備用電源； FU1 FU3-支路熔斷器；A、B、C-負荷點 算例：算例：有如圖2-34所示的簡單

43、放射式供電網(wǎng)，計算其負荷和系統(tǒng)的平均停電時間、停電頻率以及可用（概）率指標。（1）計算條件：n1）干線故障率為0.1次/(km*年），修復(fù)時間為3h/次； 分支線故障率為 0.25次/(km*年） ，修復(fù)時間為1h/次。n2）隔離開關(guān)QS3 、QS4的操作時間為 0.5h，QS5的操作時間為1h。n 3）負荷點A、B、C供電的用戶數(shù)分別為250、100、50。n4）考慮預(yù)安排停電和保護設(shè)備故障的影響。計算步驟n1）分析每一段線路故障時造成各負荷點停電的頻率（）和持續(xù)時間（），并計算相應(yīng)的年平均停電時間（）。n2）計算各負荷點的停電頻率和年平均停電時間、以及停電持續(xù)時間。n3）計算與用戶有關(guān)的系

44、統(tǒng)可靠性指標。不計備用電源的各負荷點可靠性指標 元件負荷點負荷點B負荷點C （次/年）（h）(h/年)（次/年）（h）(h/年)（次/年）（h）(h/年)供電干線2km段0.20.23.03.00.60.60.20.23.03.00.60.60.20.23.03.00.60.63km段0.30.30.50.50.150.150.30.33.03.00.90.90.30.33.03.00.90.91km段0.10.10.50.50.050.050.10.10.50.50.050.050.10.13.03.00.30.3分支線3km段0.750.751.01.00.750.752km段0.50.5

45、1.01.00.50.51km段0.250.251.01.00.250.25總計1.351.351.151.151.551.551.11.11.861.862.052.050.850.852.412.412.052.05計算與用戶有關(guān)的系統(tǒng)可靠性指標n用戶總停電次數(shù)=250 1.35+100 1.1+50 0.85=490（次/年）n用戶總停電持續(xù)時間=2501.55+1002.05+502.05=695（時*用戶）n系統(tǒng)按用戶平均的停電次數(shù)=490/400=1.23次/(用戶*年)n系統(tǒng)按用戶平均的停電持續(xù)時間=695/400=1.74h/(用戶*年)n受影響用戶的平均停電持續(xù)時間=695/

46、490=1.42h/(停電用戶*年)n系統(tǒng)可用率=（4008760-695）/(4008760）=0.999802西安東南郊變供電區(qū)域負荷點/系統(tǒng)可靠性指標r節(jié)點號負荷點（次/年）（小時/次）U（小時/年）EENS（MWh /年）ECOST（萬元/年）IEAR（萬元/ MWh）12和平門0.0825520.0111310.0009190.0275670.0054610.19807913樂居場0.1085501.543590.1675569.215607.3573970.79836322東門0.2705200.6025990.16301510.596010.7445471.01401923皇城0

47、.3482540.7425270.25858818.359818.2893340.99616432曲江北0.1200612.314550.2778878.614509.3224911.08218533八里村0.0210531.000580.0210650.9690091.0437911.07717344杜曲0.0000156.5173310.0000970.0014620.0014641.00190945太乙宮0.0000156.5173310.0000970.0014620.0014641.00190958少陵變0.1159312.8756590.33337910.00149.7006640.96993359等駕坡0.0556522.0293580.1129396.3245634.5927760.72618160科技園0.0135175.8935590.0796662.0713072.0343070.982137SAIFI（次（次/年）年）SAIDI（小時（小時/年）年）EENS（MWh /年）年）ECOST（萬元（萬元/年）年）IEAR（萬元（萬元/ MWh）ASAI(%)ASUI(%)0.1032840.12