電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性：8 發(fā)輸電組合系統(tǒng)的可靠性評估

1電力系統(tǒng)可靠性

發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估

2狀態(tài)解析方法(計(jì)算步驟)

狀態(tài)解析法(算例1)

狀態(tài)解析法(算例2)

3狀態(tài)解析法的基本思路：通過以下四個(gè)主要步驟的迭代過程實(shí)現(xiàn)發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估：枚舉產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)；分析系統(tǒng)狀態(tài)，判斷其是否是失效狀態(tài)；若是失效狀態(tài)，確定系統(tǒng)中個(gè)負(fù)荷點(diǎn)失負(fù)荷量等信息；計(jì)算失效狀態(tài)的可靠性指標(biāo)；修改或更新累計(jì)指標(biāo)。狀態(tài)解析法的物理概念清楚，模型的精度高，但存在“維數(shù)災(zāi)”問題！發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(狀態(tài)解析法計(jì)算步驟)4大電力系統(tǒng)

bulkpowersystem發(fā)輸電組合系統(tǒng)

compositegenerationandtransmissionsystem

統(tǒng)一調(diào)度的公用電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，包括電源、輸電線路、聯(lián)絡(luò)線、以及它們的相關(guān)設(shè)施。注：運(yùn)行電壓一般為220kV及其以上的系統(tǒng)。發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(狀態(tài)解析法計(jì)算步驟)BUS1BUS2BUS3BUS4BUS5BUS62×40MW1×20MW1×10MW1×40MW4×20MW2×5MWG1

G2

G3

G4L1L6L2L7L3L4L5L8L9RBTS系統(tǒng)單線圖5

某系統(tǒng)狀態(tài)的概率計(jì)算：某系統(tǒng)狀態(tài)的頻率計(jì)算：某類系統(tǒng)狀態(tài)的總概率(求和)某類系統(tǒng)狀態(tài)的總頻率(求和)某系統(tǒng)狀態(tài)的失電量計(jì)算：

概率×失負(fù)荷量某類系統(tǒng)狀態(tài)的總失電量(求和)發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(狀態(tài)解析法計(jì)算步驟-指標(biāo)計(jì)算)6發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例1)系統(tǒng)中有5個(gè)元件，即發(fā)電機(jī)G1和G2、變壓器T1和T2、線路L1，系統(tǒng)負(fù)荷為90MW。元件可靠性參數(shù)：元件故障率（次/年）修復(fù)時(shí)間（小時(shí)/次）容量（MW）發(fā)電機(jī)G12.050.0100發(fā)電機(jī)G22.050.050變壓器T10.05120120變壓器T20.05120120線路L10.8161507發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例1)事件事件發(fā)生頻率事件發(fā)生概率累積概率失負(fù)荷量(MW)失電量(MWh)所有元件均正常工作4.776480470.974791930.974791930.00.0一階事件G1故障1.981854370.011127760.9859196940.03899.16772676G2故障1.981854370.011127760.997047460.00.0T1故障0.051977780.000667670.9977151240.0233.95006361T2故障0.051977780.000667670.998382790.00.0L1故障0.785673390.001424350.9998071440.0499.09346903二階事件G1、G2故障0.044625370.000127030.9999341790.0100.14985600G1、T1故障0.001913440.000007620.9999417940.02.67066283G1、T2故障0.001913440.000007620.9999494190.06.00899136G1、L1故障0.011785060.000016260.9999656740.05.69741403G2、T1故障0.001913440.000007620.9999732990.06.00899136G2、T2故障0.001913440.000007620.999980920.00.0G2、L1故障0.011785060.000016260.9999971890.012.81918157T1、T2故障0.000068960.000000460.9999976390.00.36053948T1、L1故障0.000609300.000000980.9999986140.00.34184484T2、L1故障0.000609300.000000980.9999995890.00.76915089三階事件G1、G2、T1故障0.000036910.000000090.9999996790.00.06859579G1、G2、T2故障0.000036910.000000090.9999997690.00.06859579G1、G2、L1故障0.000166680.000000190.9999999490.00.14633769G1、T1、T2故障0.000001690.000000010.9999999590.00.00411575各系統(tǒng)狀態(tài)(事件)的分析8發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例1)各系統(tǒng)狀態(tài)(事件)的分析事件發(fā)生頻率發(fā)生概率累積概率失負(fù)荷量(MW)失電量(MWh)三階事件G1、T1、L1故障0.000008880.000000010.9999999640.00.00390234G1、T2、L1故障0.000008880.000000010.9999999790.00.00878026G2、T1、T2故障0.000001690.000000010.9999999890.00.00411575G2、T1、L1故障0.000008880.000000010.9999999990.00.00878026G2、T2、L1故障0.000008880.000000011.090.00.00878026T1、T2、L1故障0.000000470.01.090.00.00052682四階事件G1、G2、T1、T2故障0.000000030.01.090.00.00004698G1、G2、T1、L1故障0.000000120.01.090.00.00010023G1、G2、T2、L1故障0.000000120.01.090.00.00010023G1、T1、T2、L1故障0.000000010.01.090.00.00000601G2、T1、T2、L1故障0.000000010.01.090.00.00000601五階事件G1、G2、T1、T2、L1故障0.00.01.090.00.00000007系統(tǒng)可靠性指標(biāo)為：LOLP=0.013405；LOLF=2.896923次/年；EENS=4767.36MWh/年。9

設(shè)輸電線路L1和L2的容許傳輸能力分別為300MW和500MW。設(shè)每臺(tái)發(fā)電機(jī)和每回線路的故障率﹑修復(fù)率分別相等：λG=2次/年、μG=36.5次/年；λL=2次/年、μL=365次/年。試評估該系統(tǒng)的可靠性(為簡化，只討論二階事件)，并討論改進(jìn)措施及其效果。發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例2)10元件名稱元件容量（MW）故障率（次/年）修復(fù)率（次/年）可用率不可用率發(fā)電機(jī)G1200236.50.948050.05195發(fā)電機(jī)G2200236.50.948050.05195發(fā)電機(jī)G3200236.50.948050.05195線路L130013650.997270.00273線路L250013650.997270.00273元件的可用率和不可用率如下表由該表可以得到全部元件都正常工作的概率為：

P(全部元件都正常工作)=0.948053×0.997272=0.8475。當(dāng)全部元件都正常工作時(shí)，系統(tǒng)工作正常。

發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例2)11發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例2)事件編號(hào)故障元件故障概率故障頻率(次/年)負(fù)荷削減(MW)失去電量(MWh)1G1---------------------------------02G1,G20.0025450.1959382004458.2273G1,G30.0025450.1959382004458.2274G1,L1------------------------05G1,L20.0001270.051675400445.43726G2--------------------------------07G2,G30.0025450.1959382004458.2278G2,L10.0001270.051675200222.7239G2,L20.0001270.051675200222.72310G3---------------------------------011G3,L10.0001270.051675200222.72312G3,L20.0001270.051675200222.72313L1---------------------------------014L1,L20.0000060.00467440022.250415L20.0023200.8630032004064.465總計(jì)--0.0105961.713866--18797.72LOLP=0.010596;LOLE=0.01059*8760=92.7684(小時(shí));LOLF=1.713866次/年；EENS=18797.72(MW.h)各系統(tǒng)狀態(tài)(事件)的分析12采取增強(qiáng)型措施后的系統(tǒng)增強(qiáng)性措施：線路L1的容量500；增裝線路L3。假定線路L3的故障率和修復(fù)率與線路L1,L2的一樣發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例2)13發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例2)事件編號(hào)故障元件故障概率故障頻率(次/年)負(fù)荷削減(MW)失電量(MWh)1G1------------------------------------02G1,G20.0025380.1979412004446.053G1,G30.0025380.1979412004446.054G1,L1------------------------------------05G1,L2------------------------------------06G1,L3------------------------------------07G2------------------------------------08G2,G30.0025380.1979412004446.059G2,L1------------------------------------010G2,L2------------------------------------011G2,L3------------------------------------012G3------------------------------------013G3,L1------------------------------------014G3,L2------------------------------------015G3,L3------------------------------------016L1------------------------------------017L1,L20.0000060.00466840022.1890818L1,L3------------------------------------019L2------------------------------------020L2,L30.0000060.00466820011.0989221L3------------------------------------0總計(jì)------------0.0076260.603159------------13371.44采取增強(qiáng)性措施后系統(tǒng)可靠性評估。14發(fā)輸電組合系統(tǒng)可靠性評估(算例2)改善前：LOLP=0.010596;LOLE=92.7684(小時(shí)/年);LOLF=1.713866(次/年);EENS=18797.72(MWh/年)改善后：LOLP=0.007626;LOLE=66.804(小時(shí)/年);LOLF=0.603159(次/年);EENS=13371.44(MWh/年)

實(shí)際系統(tǒng)中采用增強(qiáng)性措施的依據(jù)：設(shè)備性措施對應(yīng)的投資費(fèi)用、運(yùn)行維修費(fèi)用；線損改變費(fèi)用；停電損失費(fèi)用依據(jù)上述三項(xiàng)的總和進(jìn)行綜合判斷（注：需采用同樣時(shí)刻點(diǎn)的費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，比如：等年值）。15電力系統(tǒng)可靠性

配電網(wǎng)可靠性評估

胡博

Email:lake8361@16配電網(wǎng)可靠性評估(主要內(nèi)容)開關(guān)設(shè)備的作用可靠性評估指標(biāo)配電網(wǎng)可靠性評估的FMEA法17配電網(wǎng)可靠性評估(開關(guān)設(shè)備的作用)18

1、斷路器：正常運(yùn)行時(shí)接通和斷開高壓電路中的空載及負(fù)荷電流；在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能與保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止擴(kuò)大事故范圍。

配電網(wǎng)可靠性評估(開關(guān)設(shè)備的作用)SF6斷路器真空斷路器19

2、隔離開關(guān)：在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路，使檢修的設(shè)備與電源有明顯的斷開點(diǎn)，以保證檢修人員的安全，隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置不能切斷負(fù)荷電流和短路電流。其必須在斷路器斷開電路的情況下才可以操作隔離開關(guān)。

配電網(wǎng)可靠性評估(開關(guān)設(shè)備的作用)20

3、負(fù)荷開關(guān)：是介于斷路器和隔離開關(guān)之間的一種開關(guān)電器，具有簡單的滅弧裝置，能切斷額定負(fù)荷電流和一定的過載電流，但不能切斷短路電流。配電網(wǎng)可靠性評估(開關(guān)設(shè)備的作用)SF6負(fù)荷開關(guān)真空負(fù)荷開關(guān)21熔斷器：根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護(hù)器。熔斷器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及用電設(shè)備中，作為短路和過電流保護(hù)。

斷路器可以切負(fù)荷電流和短路電流；負(fù)荷開關(guān)只能切斷負(fù)荷電流；隔離開關(guān)則不能切斷負(fù)荷電流，更不能切斷短路電流。配電網(wǎng)可靠性評估(開關(guān)設(shè)備的作用)22——負(fù)荷點(diǎn)停電頻率(停運(yùn)率)——負(fù)荷點(diǎn)停電時(shí)間期望——負(fù)荷點(diǎn)失電量期望配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—負(fù)荷點(diǎn))231、平均供電可用率指標(biāo)ASAI(Averageserviceavailabilityindex)（平均供電不可用率ASUI）

在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)用戶用電需求得到滿足的時(shí)間百分比。配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—出線、系統(tǒng))Ui為負(fù)荷點(diǎn)i的平均每年停電時(shí)間，h/a;Ni為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)；λi為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶停運(yùn)率；242、系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI(Systemaverageinterruptionfrequencyindex)

供電用戶在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的平均停電次數(shù)。配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—出線、系統(tǒng))Ui為負(fù)荷點(diǎn)i的平均每年停電時(shí)間，h/a;

Ni為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)；λi為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶停運(yùn)率。253、（用戶）平均停電缺供電量AENS(Averageenergynotsupplied)

在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)，平均每一戶用戶因停電缺供的電量。

配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—出線、系統(tǒng))Ui為負(fù)荷點(diǎn)i的平均每年停電時(shí)間，h/a;

Ni為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)；λi為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶停運(yùn)率。264、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)SAIDI（Systemaverageinterruptiondurationindex）配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—出線、系統(tǒng))Ui為負(fù)荷點(diǎn)i的平均每年停電時(shí)間，h/a;

Ni為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)；λi為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶停運(yùn)率。275、用戶平均停電持續(xù)時(shí)間CAIDI（Customeraverageinterruptiondurationindex）配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—出線、系統(tǒng))Ui為負(fù)荷點(diǎn)i的平均每年停電時(shí)間，h/a;

Ni為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)；λi為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶停運(yùn)率。求解指標(biāo)的關(guān)鍵：求解負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)率、停運(yùn)時(shí)間28某系統(tǒng)饋線和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)出線名稱SAIFISAIDICAIDIASAIASUIENSAENS(次/戶年)(時(shí)/戶年)(時(shí)/戶年)(%)(%)(kWh/年)(kWh/年)F11.264111.0288.72499.87410.125921332.30333.32F21.27839.3177.28899.89360.106420209.35673.64F33.016217.9695.95799.79490.205119913.90252.07F40.29017.13824.60299.91850.08155729.95318.33F50.53684.7418.83299.94590.05418305.77244.29…

系統(tǒng)1.678711.8977.08799.86420.135876133.98335.39

配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)—舉例)29配電網(wǎng)可靠性評估(配電網(wǎng)可靠性評估方法)故障模式后果分析法（Failuremodeandeffectanalysis，F(xiàn)MEA）選擇合適的故障判斷準(zhǔn)則，根據(jù)該準(zhǔn)則逐一對所有可能失效事件進(jìn)行分析，并確定其對負(fù)荷點(diǎn)的影響，列出故障模式后果分析表，根據(jù)該表計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)及系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

30acb2km3km3km1km2km1kmQS1QS2元件故障率（次/km·年）平均修復(fù)時(shí)間（小時(shí)/次）隔離開關(guān)操時(shí)間（h）負(fù)荷點(diǎn)供電的用戶數(shù)（戶）連接負(fù)荷（kW）供電干線0.13.0分支線0.251.0QS1、QS20.5負(fù)荷點(diǎn)a2501000負(fù)荷點(diǎn)b100400負(fù)荷點(diǎn)c50100配電網(wǎng)可靠性評估(FMEA法—算例1無備用電源)對于有備用電源的情況，隔離/切換時(shí)間1個(gè)小時(shí)31

元件負(fù)荷點(diǎn)A負(fù)荷點(diǎn)B負(fù)荷點(diǎn)Cλ(次/年)r(h)λr(h/年)λ(次/年)r(h)λr(h/年)λ(次/年)r(h)λr(h/年)供電干線2km段0.23.00.60.23.00.60.23.00.63km段0.30.50.150.33.00.90.33.00.91km段0.10.50.050.10.50.050.13.00.3分支線3km段0.751.00.75

2km段

0.51.00.5

1km段

0.251.00.25總計(jì)1.351.151.551.11.862.050.852.412.05acb0.20.750.30.10.50.25QS1QS2配電網(wǎng)可靠性評估(FMEA法—算例1無備用電源)32

（1）計(jì)算各負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)，見前表。

（2）計(jì)算與用戶有關(guān)的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

總的停電次戶數(shù)（ACI）=250×1.35+100×1.1+50×0.85=490（次/年）

總的停電時(shí)戶數(shù)（CID）=250×1.55+100×2.05+50×2.05=695（時(shí)戶）－－－時(shí)戶數(shù)