蒙特卡洛比較

AComparisonofLoadModelsforCompositeReliabilityEvaluationbyNonsequentialMonteCarloSimulation隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求也隨之提高。同時(shí)電力公司致力于為用戶(hù)提供經(jīng)濟(jì)、可靠、優(yōu)質(zhì)的電能。然而，由于系統(tǒng)元件、設(shè)備的隨機(jī)故障，電力供應(yīng)往往不會(huì)一直充足。同時(shí)，系統(tǒng)的大部分隨機(jī)故障是不可預(yù)料和控制的。為了減少因故障而引起的電力供應(yīng)中斷的概率，最簡(jiǎn)便的方法是在系統(tǒng)規(guī)劃階段增加設(shè)備等的投資。然而過(guò)分增加投資勢(shì)必為引起電力成本的驟增，直接反映在電力成本價(jià)格的結(jié)構(gòu)上。因此，不能靠簡(jiǎn)單的增加投資來(lái)提高可靠性，有必要尋找到令人滿(mǎn)意的成本投資和可靠性之間的平衡點(diǎn)。電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行分析可用于確保充足的電力供應(yīng)，減少因負(fù)荷波動(dòng)和系統(tǒng)本身固有的不確定性而引起的缺電風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要從負(fù)荷供應(yīng)的連續(xù)性和質(zhì)量角度反映系統(tǒng)可靠性的狀況，即檢查系統(tǒng)是否能夠按照規(guī)定的運(yùn)行條件對(duì)用戶(hù)供電?？煽啃栽u(píng)估的方法主要包括確定性方法和概率性方法。在確定性分析方法中，負(fù)荷根據(jù)負(fù)荷水平通?？煞譃槿?lèi)：重負(fù)荷、中等負(fù)荷和輕負(fù)荷。一般認(rèn)為負(fù)荷在整個(gè)分析周期內(nèi)保持不變。盡管這種分類(lèi)方法在確定系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)用以提高系統(tǒng)可靠性時(shí)是有效的，但是不能體現(xiàn)負(fù)荷變化的影響，這將直接影響可靠性計(jì)算指標(biāo)的價(jià)值。負(fù)荷變化影響著切負(fù)荷的大小和斷電頻率及持續(xù)時(shí)間。在整個(gè)分析過(guò)程中，引入負(fù)荷變化的影響對(duì)計(jì)算可靠性指標(biāo)是極其重要的。在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)采用的負(fù)荷模型精確與否將直接影響計(jì)算得到的可靠性指標(biāo)是否更加真實(shí)。這也是電力公司對(duì)可靠性評(píng)估工具中感興趣的一點(diǎn)。復(fù)雜電力系統(tǒng)的可靠性評(píng)估有兩種方法：狀態(tài)空間法和時(shí)間表示法。研究電力系統(tǒng)可靠性問(wèn)題時(shí)，一般是基于在整個(gè)分析周期內(nèi)系統(tǒng)的總負(fù)荷峰值保持恒定的假設(shè)進(jìn)行的。然而現(xiàn)實(shí)情況是，系統(tǒng)的負(fù)荷在無(wú)時(shí)無(wú)刻不斷的變化，為了得到更加真實(shí)的可靠性指標(biāo)，需要更加精確的表述負(fù)荷量。在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性評(píng)估分析階段，可用時(shí)間序列模型或馬爾科夫模型對(duì)負(fù)荷模型進(jìn)行考慮。在時(shí)序蒙特卡羅法中，可采用時(shí)間序列模型進(jìn)行分析；在非時(shí)序蒙特卡羅法中，可采用馬爾科夫模型進(jìn)行分析。1.M0模型通常情況下，在利用非時(shí)序蒙特卡洛法進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷通常用聚合的馬爾科夫模型，利用聚合技術(shù)降低時(shí)序負(fù)荷曲線表示的負(fù)荷種類(lèi)。巴西開(kāi)發(fā)的大型電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估系統(tǒng)NH2程序中采用的就是這種模型。每年的時(shí)序負(fù)荷曲線是由8760個(gè)小時(shí)的總負(fù)荷值組成。利用聚合技術(shù)，將負(fù)荷曲線轉(zhuǎn)換為一系列不同的負(fù)荷水平，從而獲得多種狀態(tài)的負(fù)荷模型。聚合到負(fù)荷曲線的負(fù)荷水平的數(shù)量直接影響到計(jì)算結(jié)果的精確。聚合狀態(tài)的數(shù)量取決于負(fù)荷曲線的特性和系統(tǒng)本身。ACOMPARISONOFMONTECARLOSIMULATIONFORCOMPOSITEPOWERSYSTEMRELIABILITYTECHNIQUESASSESSMENT電力系統(tǒng)的工程師和管理人員對(duì)發(fā)輸電組合系統(tǒng)的可靠性評(píng)估擁有相當(dāng)大的興趣。組合系統(tǒng)的可靠性評(píng)估有兩種基本方法：枚舉解析法和蒙特卡洛模擬法。蒙特卡羅法一般更靈活，當(dāng)需要考慮復(fù)雜的操作條件和系統(tǒng)（如多降額狀態(tài)，負(fù)荷年表，備用容量運(yùn)行規(guī)則，母線負(fù)荷的不確定性，天氣因素）等時(shí)，其優(yōu)越性更加明顯。電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估中，使用的蒙特卡羅法有兩種基本方法，即時(shí)序蒙特卡羅法和非時(shí)序蒙特卡洛法。在非時(shí)序蒙特卡洛法中，對(duì)所有組件的狀態(tài)進(jìn)行采樣，得到一組與時(shí)間無(wú)關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)。在時(shí)序蒙特卡羅法中，在一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)對(duì)所有組件進(jìn)行上下不斷循環(huán)采樣，直到執(zhí)行周期結(jié)束為止。時(shí)序蒙特卡羅法允許配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)以時(shí)間序列的形式進(jìn)行計(jì)算。這種方法相對(duì)非時(shí)序蒙特卡羅法而言，所花計(jì)算時(shí)間更長(zhǎng)，編程更復(fù)雜。在發(fā)輸電組合系統(tǒng)中使用的模型已出現(xiàn)了一些。時(shí)序模擬法是最基本實(shí)用的技術(shù)，可提供一些廣泛的指標(biāo)。它可用于提供預(yù)測(cè)值，也可作為與其他相近技術(shù)進(jìn)行比較的基準(zhǔn)。狀態(tài)采樣技術(shù)在狀態(tài)采樣法中（非時(shí)序），對(duì)所有組件的狀態(tài)進(jìn)行采樣，得到非時(shí)序的系統(tǒng)狀態(tài)?；境闃臃椒僭O(shè)每個(gè)組件的狀態(tài)可通過(guò)一個(gè)［0，1］均勻分布進(jìn)行分類(lèi)。在二狀態(tài)組件中，組件的強(qiáng)迫停運(yùn)率可表示停電概率（故障率）。以下開(kāi)始進(jìn)行說(shuō)明，系統(tǒng)狀態(tài)由矢量S=S1，s2，…，sn表示，S.表示第i個(gè)組件的狀態(tài)。集合S包括了系統(tǒng)所有組件的狀態(tài)（發(fā)電機(jī)、線路、變壓器等）。用FOR.表示組件的強(qiáng)迫停運(yùn)率，第i個(gè)組件的狀態(tài)S.利用線性同余法產(chǎn)生的［0，1］均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)x決定。解=0（正常狀態(tài)”-FORiS.=1（故障狀態(tài)）0<x<FOR.它可以計(jì)算每個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)S相應(yīng)的發(fā)生概率。利用狀態(tài)采樣技術(shù)評(píng)估發(fā)輸電組合系統(tǒng)的充足性（可靠性）步驟可簡(jiǎn)要概括如下：利用狀態(tài)抽樣技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)抽樣。如果系統(tǒng)狀態(tài)正常，不削弱負(fù)荷。如果系統(tǒng)狀態(tài)處于故障狀態(tài)，則負(fù)荷削弱。輸電線路的功率用直流潮流計(jì)算計(jì)算得到。對(duì)最小化模型進(jìn)行線性規(guī)劃，重新分配發(fā)電機(jī)，防止線路過(guò)載和避免負(fù)荷削減，如果削弱負(fù)荷不可避免，則使總負(fù)荷削弱最小。累加充足性指數(shù)，重復(fù)步驟1-3,直到電力不足期望(EDNS)小于容許誤差。狀態(tài)抽樣法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，產(chǎn)生［0，1］的均勻分布隨機(jī)數(shù)是關(guān)鍵。它不需要采樣一個(gè)連續(xù)的分布函數(shù)。狀態(tài)抽樣方法，無(wú)需額外使用枚舉法估計(jì)負(fù)荷削減頻率作為負(fù)荷削減狀態(tài)的總和。這里只有一個(gè)頻率指數(shù)的上限，狀態(tài)轉(zhuǎn)換采樣技術(shù)可提供實(shí)際頻率指數(shù)的估計(jì)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換采樣技術(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換采樣技術(shù)，重點(diǎn)研究的是整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而不是組件狀態(tài)或組件狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。該方法不需要采樣所有組件的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間分布函數(shù)，同時(shí)用時(shí)序方法按時(shí)間順序存儲(chǔ)。因此，計(jì)算速度比時(shí)序方法快，但比狀態(tài)抽樣法慢。在該方法中的一個(gè)重要限制條件是，假設(shè)所有狀態(tài)根據(jù)時(shí)間分布?；旌舷到y(tǒng)的充足性評(píng)估步驟如下：仿真過(guò)程從正常的系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)始，即所有的發(fā)電機(jī)組和輸電線路處在正常狀態(tài)。如果當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)處于一個(gè)故障狀態(tài)，則至少有一部分是在停電狀態(tài)，負(fù)荷削減的最小化模型可用來(lái)評(píng)估這個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)是否充足。否則，下一步可不使用最小化模型。用狀態(tài)轉(zhuǎn)移抽樣程序產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的隨機(jī)數(shù)，用于確定下一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)。重復(fù)步驟2,直到滿(mǎn)足收斂判據(jù)。時(shí)序蒙特卡洛法順序或狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣方法是基于元件狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的概率分布進(jìn)行抽樣。序貫MonteCarlo方法可以用來(lái)模擬各種意外情況和系統(tǒng)中固有的運(yùn)行特點(diǎn)。它被認(rèn)為可以是輕松用來(lái)計(jì)算實(shí)際頻率指數(shù)和狀態(tài)持續(xù)時(shí)間分布函數(shù)。使用序貫蒙特卡羅法評(píng)估混合系統(tǒng)可靠性的主要步驟如下：所有元件(發(fā)電機(jī)，輸電線路)每年的故障時(shí)間和修復(fù)時(shí)間序列是由采樣適當(dāng)?shù)母怕史植籍a(chǎn)生。在這一過(guò)程中，狀態(tài)持續(xù)時(shí)間被假定為按指數(shù)分布。以隨機(jī)變量T為下標(biāo)的指數(shù)分布的概率密度函數(shù)為：4=七*入是分布函數(shù)的平均值。使用逆變換法求得隨機(jī)變量T為：T=-ln(1-U)/入U(xiǎn)是(0，1)區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)。仿真期間，系統(tǒng)所有元件的可用率均已知。按時(shí)間順序逐時(shí)排列負(fù)荷模型，假如負(fù)荷母線可用，則每條母線上的負(fù)荷加上每次的仿真時(shí)間。系統(tǒng)的仿真操作使用線性規(guī)劃最小化模型進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)累加充足指數(shù)。步驟2-3計(jì)算的是年度時(shí)序系統(tǒng)狀態(tài)。年度充足性指標(biāo)用F(*)累加得到。X.是第j年的時(shí)序系統(tǒng)狀態(tài)；F(X.)是第j年的可靠性指標(biāo)函數(shù)。例如為了評(píng)估LOLP，F(xiàn)(X.)是第j年所有故障狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的總和除以8736。如果所選擇的指標(biāo)的差值大于收斂水平，重復(fù)步驟1-4直到實(shí)現(xiàn)收斂。此方法與其余兩種方法相比，需要的計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)容量更大。因?yàn)樗谝?/p>