《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第5章

第5章電力系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)方法概述電力系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)方法電氣設(shè)備可靠性分析方法發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)流程電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性分析流程電氣主接線的可靠性分析流程第一頁(yè)，共三十五頁(yè)。5.1概述1.電力系統(tǒng)可靠性概念

可靠性理論是以產(chǎn)品的壽命特征作為主要研究對(duì)象的一門新興的邊緣學(xué)科，它涉及到基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)的許多領(lǐng)域。其產(chǎn)生和發(fā)展的背景是社會(huì)的需要，與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其與電子技術(shù)的發(fā)展是分不開的。能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)典定義：一個(gè)元件，一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。

第二頁(yè)，共三十五頁(yè)。電力系統(tǒng)可靠性：電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需的數(shù)量不間斷地向用戶提供電能的能力度量。電力系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)：通過(guò)一套定量指標(biāo)，來(lái)度量電力供應(yīng)企業(yè)向用戶提供連續(xù)不斷的、質(zhì)量合格的電力的能力，包括對(duì)系統(tǒng)充裕性和安全性兩方面的衡量。充裕性是指電力系統(tǒng)在同時(shí)考慮到設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修停運(yùn)及非計(jì)劃停運(yùn)情況下，能夠保證供給用戶總的電能需求量的能力。也稱為靜態(tài)可靠性。安全性是指電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動(dòng)并且不間斷地向用戶供電的能力，也稱為動(dòng)態(tài)可靠性。在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段對(duì)規(guī)劃方案通常是作靜態(tài)可靠性評(píng)估。第三頁(yè)，共三十五頁(yè)。◎在電力系統(tǒng)規(guī)劃和改造建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的供電可靠性進(jìn)行定量評(píng)估分析，并以此作為規(guī)劃方案之間的比較依據(jù)，可以有效地指導(dǎo)電力系統(tǒng)規(guī)劃工作?！蛲ㄟ^(guò)可靠性分析計(jì)算，不僅可以找出系統(tǒng)中存在的薄弱環(huán)節(jié)，還可以知道可能將要采取的、提高供電可靠性的措施實(shí)施的效果如何。通過(guò)對(duì)比措施實(shí)施前后系統(tǒng)的可靠性程度，才能為最后的決策提供更為科學(xué)的依據(jù)。第四頁(yè)，共三十五頁(yè)。2.電力系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)：

用數(shù)值大小來(lái)表示各方面性質(zhì)的量?？梢詮某晒Φ挠^點(diǎn)也可以從失敗的觀點(diǎn)出發(fā)。概率指標(biāo)：主要指系統(tǒng)正常工作或發(fā)生故障的概率。如：系統(tǒng)可用度，電力不足概率等。頻率指標(biāo)：主要指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的平均次數(shù)。時(shí)間指標(biāo)：主要指電力系統(tǒng)發(fā)生故障的平均持續(xù)時(shí)間。如系統(tǒng)首次故障的平均持續(xù)時(shí)間、兩次故障之間的平均持續(xù)時(shí)間、故障平均持續(xù)時(shí)間等。期望值指標(biāo)：如電力系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的天數(shù)期望值，以及電力系統(tǒng)由于故障而減少供電量的期望值。第五頁(yè)，共三十五頁(yè)。3.可靠性分析計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及來(lái)源1）電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備電氣參數(shù)。2）可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)3）電力設(shè)備倒閘操作時(shí)間等4）電力系統(tǒng)自動(dòng)化配置情況以上數(shù)據(jù)可向電力企業(yè)及管理相關(guān)部門獲取。第六頁(yè)，共三十五頁(yè)?！虬凑諗?shù)據(jù)的性質(zhì)可以分為：確定性數(shù)據(jù)和隨機(jī)性數(shù)據(jù)。確定性數(shù)據(jù)包括：線路阻抗和導(dǎo)納、載流容量、發(fā)電機(jī)組參數(shù)、系統(tǒng)矯正措施、負(fù)荷重要性等；隨機(jī)型數(shù)據(jù)包括：各種裝置的故障和維修參數(shù)等?！虬凑諗?shù)據(jù)的類型可以分為：電氣參數(shù)、可靠性參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行性參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性參數(shù)等。

第七頁(yè)，共三十五頁(yè)。4.可靠性分析計(jì)算基礎(chǔ)方法解析法：將各種約束條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立數(shù)學(xué)模型數(shù)值求解。模擬法：用統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律研究系統(tǒng)行為，利用采樣實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行研究。第八頁(yè)，共三十五頁(yè)。電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估：目的：對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，采取措施減少故障造成的影響。對(duì)可靠性投資與響應(yīng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合分析，以確定合理的可靠性水平，并使電力系統(tǒng)的綜合效益達(dá)到最佳。

手段：確定可靠性目標(biāo)，應(yīng)用評(píng)估手段，確定故障準(zhǔn)則，并對(duì)電力系統(tǒng)故障嚴(yán)重性作出估計(jì)。第九頁(yè)，共三十五頁(yè)。在工程實(shí)際中按照電力生產(chǎn)過(guò)程及結(jié)構(gòu)特性，一般將電力系統(tǒng)分為發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)等主要環(huán)節(jié)。相應(yīng)地，對(duì)電力系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)估也可以分為發(fā)電系統(tǒng)可靠性、輸電系統(tǒng)可靠性、配電系統(tǒng)可靠性、發(fā)電廠和變電站電氣主接線可靠性等方面。第十頁(yè)，共三十五頁(yè)。規(guī)劃系統(tǒng)的可靠性評(píng)估主要工作任務(wù)：1.對(duì)未來(lái)的電力系統(tǒng)和電能電量進(jìn)行預(yù)測(cè)，收集設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；2.制定可靠性準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估系統(tǒng)性能，識(shí)別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；3.選擇優(yōu)化方案。第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。5.2電氣設(shè)備可靠性分析方法1.設(shè)備故障特性及有關(guān)指標(biāo)1）設(shè)備故障率λ(t)定義如下：

設(shè)備偶發(fā)故障期的故障率λ，一般為常數(shù)第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。2）設(shè)備可靠度定義如下：3）設(shè)備不可靠度及其概率密度函數(shù)定義如下：4）設(shè)備平均持續(xù)工作時(shí)間MTTF第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。2.設(shè)備的修復(fù)特性及其指標(biāo)1）設(shè)備修復(fù)率μ(t)

2）設(shè)備未修復(fù)度3）設(shè)備平均修復(fù)時(shí)間設(shè)備修復(fù)度第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。3.設(shè)備的狀態(tài)概率在可靠性評(píng)估中，人們往往更加關(guān)注設(shè)備或系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)的可靠性狀況。根據(jù)實(shí)際需要，建立的設(shè)備狀態(tài)模型有二狀態(tài)模型：只考慮工作和故障兩種狀態(tài)。

三狀態(tài)模型：工作、故障和計(jì)劃?rùn)z修三種狀態(tài)。舉例：例5-1第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)。馬爾科夫過(guò)程是一種典型的隨機(jī)過(guò)程。該過(guò)程是研究一個(gè)系統(tǒng)（如一個(gè)地區(qū)、一個(gè)工廠）的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移的理論。它是通過(guò)對(duì)不同狀態(tài)的初始概率及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率的研究，來(lái)確定狀態(tài)的變化趨勢(shì)，從而達(dá)到對(duì)未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)的目的。也稱為“無(wú)后效性隨機(jī)過(guò)程”馬爾科夫過(guò)程有兩個(gè)基本特征：一是“無(wú)后效性”，即事物將來(lái)的狀態(tài)及其出現(xiàn)的概率的大小，只取決于該事物現(xiàn)在所處的狀態(tài)，而與以前時(shí)間的狀態(tài)無(wú)關(guān)；二是“遍歷性”，是指不管事物現(xiàn)在處于什么狀態(tài)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，馬爾科夫過(guò)程逐漸趨于穩(wěn)定狀況，而且與初始狀況無(wú)關(guān)。第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)。5.3發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)流程一、基本概念1.發(fā)電系統(tǒng)可靠性，是指評(píng)估統(tǒng)一并網(wǎng)運(yùn)行的全部發(fā)電機(jī)組，按可接受的標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量，滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷需求的能力的度量。2.研究發(fā)電系統(tǒng)可靠性的主要目標(biāo)

確定電力系統(tǒng)為保證充足的電力供應(yīng)所需的發(fā)電容量。發(fā)電容量分為：靜態(tài)容量——指對(duì)系統(tǒng)所需容量的長(zhǎng)期估計(jì)，可考慮為裝機(jī)容量。運(yùn)行容量——為滿足一定負(fù)荷水平所需實(shí)際容量的短期估計(jì)。第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)。3.孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)又稱單母線系統(tǒng)或單地區(qū)系統(tǒng)。

研究時(shí)采用單母線模型，即假定任一電源的可用發(fā)電容量都能夠不受限制地供到任一負(fù)荷點(diǎn)上，線路是完全可靠的，如同所有發(fā)電機(jī)和所有負(fù)荷都接在同一母線上。4.孤立系統(tǒng)的發(fā)電可靠性估計(jì)基本步驟①建立機(jī)組停運(yùn)容量的概率模型——容量模型；②建立負(fù)荷的概率模型——負(fù)荷模型；③合并機(jī)組容量模型與負(fù)荷模型，（找出容量與負(fù)荷的差距）得到電力系統(tǒng)容量適應(yīng)性的概率模型，求電力系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)。二、發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)1.電力不足時(shí)間概率LOLP：定義為一天(或一年)內(nèi)由于發(fā)電設(shè)備故障造成電力系統(tǒng)發(fā)電量不能滿足負(fù)荷需求量的時(shí)間概率。發(fā)電機(jī)容量模型可確定停運(yùn)容量的概率，而負(fù)荷模型可確定不同停電容量導(dǎo)致的負(fù)荷停電時(shí)間。如負(fù)荷模型采用的是日最大負(fù)荷曲線，取的是一天中的最大負(fù)荷，則電力不足概率單位為“天/天”。如負(fù)荷模型采用的是年最大負(fù)荷持續(xù)曲線，取的是每天的最大負(fù)荷，則電力不足概率單位為“天/年”。第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)。2.電力時(shí)間不足期望值LOLE（天/年）：表示某一時(shí)間內(nèi)(如一年)，由于發(fā)電設(shè)備故障造成發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量小于負(fù)荷需求量的天數(shù)期望值。3.電量不足期望值EENS（MWh/年）：負(fù)荷停電的停電量期望值，它是計(jì)算發(fā)電系統(tǒng)停電損失的一個(gè)重要指標(biāo)。3.頻率指標(biāo)（次/天或次/年）——某段時(shí)間內(nèi)負(fù)荷停電的平均次數(shù)。4.時(shí)間指標(biāo)(小時(shí)/次)——負(fù)荷每次停電的平均持續(xù)時(shí)間。第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)。發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃方案的可靠性評(píng)價(jià)流程第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。5.4電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)方法1.概念：電網(wǎng)包括輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。輸電系統(tǒng)可靠性是指發(fā)電廠和高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，但不包括負(fù)荷點(diǎn)在內(nèi)的整個(gè)輸電系統(tǒng)及設(shè)備按照可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望值滿足用戶電力及電能需求能力的度量。配電系統(tǒng)可靠性是指從供電點(diǎn)到用戶，包括變電所、高低壓線路及接戶線在內(nèi)的整個(gè)配電系統(tǒng)及設(shè)備按照可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望值滿足用戶電力及電能需求能力的度量。輸配電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)中主要評(píng)估充裕度（靜態(tài)可靠性），它通過(guò)可靠性指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。2.判別準(zhǔn)則：主要是以電網(wǎng)能否將發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能安全可靠地送到電力用戶作為可靠性準(zhǔn)則。在對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的靜態(tài)可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，判別準(zhǔn)則如下：(1)一條線路或變壓器故障停運(yùn)時(shí)，電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)生故障停電的情況。(2)兩條線路或兩臺(tái)變壓器同時(shí)發(fā)生故障或相繼停運(yùn)時(shí),電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)生負(fù)荷停電的情況。(3)一條線路或一臺(tái)變壓器處于計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)的同時(shí)，另外一條線路或變壓器發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)生負(fù)荷停電的情況。(4)一條母線故障停運(yùn)時(shí)，電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)生負(fù)荷停電的情況。(5)一臺(tái)發(fā)電機(jī)故障停運(yùn)時(shí)，電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)生負(fù)荷停電的情況。第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。3.電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)1）電力不足時(shí)間概率LOLP(單位：天/天)定義為：電網(wǎng)某日在某一負(fù)荷水平下由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，或設(shè)備檢修及故障停運(yùn)，而引起供電能力不足造成用戶停電的概率。2）平均供電可靠率ASAI定義為研究期間由電網(wǎng)供電的用戶的可用小時(shí)數(shù)與總的要求的供電小時(shí)數(shù)之比。3）電力時(shí)間不足期望值LOLE(單位：天/期間)定義為：研究期間內(nèi)，電網(wǎng)在不同負(fù)荷水平下由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理或設(shè)備檢修及故障停運(yùn)而引起供電不足造成用戶停電時(shí)間的平均值。第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。4）電力不足頻率LOLF（單位：次/期間）——研究期間內(nèi)，由于供電不足造成用戶停電的平均次數(shù)。5）電力不足持續(xù)時(shí)間LOLD（單位為:天/次）——研究期間內(nèi)，每次停電的平均時(shí)間。6）電網(wǎng)的電量不足期望值EENS（單位：kW·h/期間）——使用戶得不到供電的缺電量的平均值.第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)。電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性評(píng)價(jià)流程第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)。5.5變電站電氣主接線可靠性評(píng)價(jià)◎發(fā)電廠和變電所的電氣主接線系統(tǒng)一般包括以下電力元件：母線、變壓器、斷路器、電壓互感器、隔離開關(guān)以及繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置等輔助設(shè)備?！虬l(fā)電廠和變電所的電氣主接線可靠性是指：在組成主接線系統(tǒng)的元件可靠性指標(biāo)已知和可靠性準(zhǔn)則給定的條件下，整個(gè)主接線系統(tǒng)按可靠性準(zhǔn)則滿足供電點(diǎn)電力和電量需求能力的度量。第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)?！蜓芯堪l(fā)電廠和變電所的電氣主接線系統(tǒng)的可靠性時(shí)，一般假定：某一電源點(diǎn)為起點(diǎn)，且假定電源點(diǎn)完全可靠。以某二次母線(低壓母線)為終點(diǎn)，分析和計(jì)算由起點(diǎn)到終點(diǎn)的可靠性指標(biāo)。因?yàn)殡姎庵鹘泳€系統(tǒng)的元件較多，為減少工作量通常需要作出以下假設(shè)：第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)。(1)元件的故障是獨(dú)立的；(2)元件的連續(xù)工作時(shí)間、修復(fù)時(shí)間、計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間和倒閘操作時(shí)間均服從指數(shù)分布；(3)不考慮元件的過(guò)負(fù)荷；(4)一般只考慮單一故障，某些情況下至多考慮到二重故障，忽略二重以上故障；(5)繼電保護(hù)的影響計(jì)入到斷路器的可靠性數(shù)據(jù)中；(6)多數(shù)情況下，通常把電力元件作為可修復(fù)元件來(lái)處理，電氣主接線系統(tǒng)作為可修復(fù)系統(tǒng)來(lái)處理。第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)。電氣主接線可靠性估計(jì)的判別準(zhǔn)則

可以根據(jù)具體情況，分別采用以下三種判別準(zhǔn)則：(1)不出現(xiàn)全站停電事故，即變電站至少有一條出線能得到連續(xù)供電。(2)變電站中指定的若干條出線能得到連續(xù)正常(沒(méi)有負(fù)荷停電)供電。(3)變電站的所有出線都必須能得到連續(xù)正常(沒(méi)有負(fù)荷停電)供電。第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)。電氣主接線可靠性評(píng)價(jià)的基本步驟(1)定義系統(tǒng)的范圍，列出它包含的元件；(2)給出每個(gè)元件的故障率、修復(fù)率、計(jì)劃?rùn)z修率和停運(yùn)時(shí)間等參數(shù)；(3)定義系統(tǒng)故障的判別依據(jù)，即規(guī)定主接線系統(tǒng)正常和故障的條件。一般來(lái)說(shuō)，降壓變電所主接線系統(tǒng)的可靠性判據(jù)主要是連續(xù)性，即停電為故障狀態(tài)，不停電為正常狀態(tài)。發(fā)電廠電氣主接線的判據(jù)除了連續(xù)性以外，還要求計(jì)算保證發(fā)出給定電力的概率；第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。(4)建立數(shù)學(xué)模型，選擇要計(jì)算的可靠性指標(biāo)，如概率、頻率、平均無(wú)故障工作時(shí)間、平均停電時(shí)間等。(5)計(jì)算主接線系統(tǒng)的可靠性。第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。思考題1.敘述可靠性的確切定義。2.一般的可靠性指標(biāo)有哪些？掌握基本的概率計(jì)算方法。3.可修復(fù)元件可用率、不可用率，衡量可修復(fù)元件工作壽命指標(biāo)分別是什么？4.電力系統(tǒng)可靠性的基本概念是什么？電力系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)的一般指標(biāo)有哪些？5.電力系統(tǒng)規(guī)劃中進(jìn)行可靠性分析的意義有哪些？6.掌握簡(jiǎn)單的設(shè)備狀態(tài)概率計(jì)算。第三十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。7.發(fā)電系統(tǒng)可靠性的基本概念。8.試簡(jiǎn)述發(fā)電系統(tǒng)容量模型和負(fù)荷模型的建立過(guò)程。9.輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)可靠性的基本概念？10.簡(jiǎn)述電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評(píng)價(jià)流程中的每一步。11.簡(jiǎn)述電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性指標(biāo)。12.電網(wǎng)規(guī)劃中可靠性成本—效益分析有何意義？13.供電總成本包括哪些？14.電氣主接線的基本概念是什么？15.簡(jiǎn)述變電站可靠性評(píng)價(jià)流程。第三十四頁(yè)，共三十五頁(yè)