電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性-5 發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性(2011-10)

1、LOGO發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性內容安排v電源結構及其特性分析電源結構及其特性分析v發(fā)電系統(tǒng)的電力電量平衡發(fā)電系統(tǒng)的電力電量平衡v裕度表與可靠性指標裕度表與可靠性指標v發(fā)電機組的可靠性模型發(fā)電機組的可靠性模型v電力負荷的可靠性模型電力負荷的可靠性模型v發(fā)電系統(tǒng)裕度表的形成發(fā)電系統(tǒng)裕度表的形成 電源結構電源結構v電源結構就是指在電力系統(tǒng)中各種類型的電廠之電源結構就是指在電力系統(tǒng)中各種類型的電廠之間的發(fā)展比例。間的發(fā)展比例。 電力系統(tǒng)電源電力系統(tǒng)電源火電廠火電廠熱電熱電廠廠水電水電廠廠常規(guī)電源常規(guī)電源新興電源新興電源風電廠風電廠核電站核電站光伏電站光伏電站影響電源結構的因素影響電源

2、結構的因素 v受各地區(qū)動力資源儲量及開發(fā)條件等制約。受各地區(qū)動力資源儲量及開發(fā)條件等制約。 v電力系統(tǒng)中負荷增長速度和分布情況對各種資源電力系統(tǒng)中負荷增長速度和分布情況對各種資源的開發(fā)有很大影響。的開發(fā)有很大影響。 v各種電源本身的技術經濟指標的影響。各種電源本身的技術經濟指標的影響。 確定合理的電源結構的原則確定合理的電源結構的原則v在確定電力系統(tǒng)電源結構時，應該遵循我國電力在確定電力系統(tǒng)電源結構時，應該遵循我國電力建設的有關方針政策，建設的有關方針政策，v在以煤炭為基礎的常規(guī)能源中，在以煤炭為基礎的常規(guī)能源中，v優(yōu)先發(fā)展水電，優(yōu)先發(fā)展水電，v核電積極起步和建設，核電積極起步和建設，v鼓勵風

3、能、太陽能等可再生能源接入的方針。鼓勵風能、太陽能等可再生能源接入的方針。合理的選擇各類電源合理的選擇各類電源合理確定各種電廠在系統(tǒng)中的地位合理確定各種電廠在系統(tǒng)中的地位峰荷電源峰荷電源 腰荷電源腰荷電源（1）抽水蓄能水電）抽水蓄能水電 （6）不完全年調節(jié)水電）不完全年調節(jié)水電（2）燃氣輪機組）燃氣輪機組 （7）經濟性較高的火電）經濟性較高的火電（3）日調節(jié)水電）日調節(jié)水電（4）多年調節(jié)水電）多年調節(jié)水電（5）不經濟火電）不經濟火電基荷電源基荷電源（8）經濟性較高的火電）經濟性較高的火電 （9）熱電廠）熱電廠（10）核能電廠）核能電廠 （11）徑流式水電）徑流式水電（1）（2）（3）（4）（5

4、）（6）（7）（8）（9）（10）（11）P6121824t(h)0各類電源在負荷曲各類電源在負荷曲線中的工作位置線中的工作位置四四 、各類發(fā)電站的特性、各類發(fā)電站的特性v按照發(fā)電站的工作狀況，可以分為：按照發(fā)電站的工作狀況，可以分為：基荷發(fā)電站：核電站、大型火電廠、徑流式水電基荷發(fā)電站：核電站、大型火電廠、徑流式水電站等；站等；腰荷發(fā)電站：中型火電廠，部分水電站；腰荷發(fā)電站：中型火電廠，部分水電站；峰荷發(fā)電站：水電站、抽水蓄能電站、小型火電峰荷發(fā)電站：水電站、抽水蓄能電站、小型火電廠、燃汽輪機電站等。廠、燃汽輪機電站等?；痣娬净痣娬净痣娬净痣娬颈硥菏綑C組背壓式機組抽壓式機組抽壓式機組凝氣式火

5、電站凝氣式火電站（燃煤式火電站）（燃煤式火電站）供熱式火電站供熱式火電站（熱電站）（熱電站）火電站的運行特性火電站的運行特性 v火電站的出力與發(fā)電量比較穩(wěn)定。火電站的出力與發(fā)電量比較穩(wěn)定。 v火電站有最小技術出力的限制?；痣娬居凶钚〖夹g出力的限制。 v火電站機組啟動技術復雜，且需耗費大量的燃料火電站機組啟動技術復雜，且需耗費大量的燃料、電、化學水。、電、化學水。 v此外，火電站負荷的調節(jié)非常緩慢。此外，火電站負荷的調節(jié)非常緩慢。v高溫高壓火電機組不宜經常啟停，且只宜承擔系高溫高壓火電機組不宜經常啟停，且只宜承擔系統(tǒng)基荷，并在接近滿負荷下運行。統(tǒng)基荷，并在接近滿負荷下運行。v中溫中壓火電機組在必

6、要時可擔任腰荷或峰荷變中溫中壓火電機組在必要時可擔任腰荷或峰荷變動，但不經濟。動，但不經濟。2、水電站、水電站圖3-1-5 壩式水電站(a)壩式水電站 (b)河床式水電站1抬高后的水位；2原河；3壩；4廠房圖3-1-6 引水式水電站(a)無壓引水式水電站 (b) 有壓引水式水電站1引水道；2原河；3能坡線；4廠房圖3-1-7 混合式水電站1壩；2引水道；3廠房；4能坡線河段ABC有落差HAC。BC段上不宜建壩，但落差HBC可以利用。水電站的運行特性水電站的運行特性v水電站最突出的運行特性是其出力和發(fā)電量隨水電站最突出的運行特性是其出力和發(fā)電量隨天天然徑流量然徑流量的情況而變化。的情況而變化。v

7、水電站有時還可能由于水電站有時還可能由于水頭太低水頭太低，使水輪發(fā)電機，使水輪發(fā)電機達不到其額定出力。達不到其額定出力。 v水電站的另一特點是水電站的另一特點是啟停機迅速方便啟停機迅速方便。 v水電站適合在電力系統(tǒng)擔任水電站適合在電力系統(tǒng)擔任調峰和調頻調峰和調頻任務。任務。 v水電站的水電站的運行費用運行費用幾乎與生產的電量無關。幾乎與生產的電量無關。 3、核電站、核電站圖3-1-8 核電站的構成1壓水反應堆；2堆芯；3控制棒傳動裝置；4一次回路；5冷卻劑桌；6蒸汽發(fā)生器；7二次回路；8加壓器；9反應堆安全殼；10高壓氣缸； 11低壓氣缸；12發(fā)電機；13脫水器；14冷卻水；15冷凝器；16冷

8、凝水泵；17給水加熱器；18給水泵；19給水加熱器；核電站的運行特性核電站的運行特性v核電站的主要優(yōu)點是核電站的主要優(yōu)點是核燃料核燃料以少勝多以少勝多 v核電站需要核電站需要連續(xù)地以額定功率連續(xù)地以額定功率運行，在電力系統(tǒng)運行，在電力系統(tǒng)中總是分擔基荷。中總是分擔基荷。 v在有核電站的電力系統(tǒng)中需要設置較大的發(fā)電機在有核電站的電力系統(tǒng)中需要設置較大的發(fā)電機組組備用容量備用容量，并要求有，并要求有抽水蓄能抽水蓄能機組進行調峰配機組進行調峰配合。合。v核電站在缺少能源且交通運輸緊張的地區(qū)無疑具核電站在缺少能源且交通運輸緊張的地區(qū)無疑具有廣闊的發(fā)展前景。有廣闊的發(fā)展前景。 抽水蓄能電站抽水蓄能電站v

9、按其運行周期可以分為：按其運行周期可以分為：u日抽水蓄能：日抽水蓄能：以日為運行周期；以日為運行周期；u周抽水蓄能：周抽水蓄能：以周為運行周期；以周為運行周期；u季抽水蓄能：季抽水蓄能：將汛期多余水量抽蓄到上水庫里，供枯水期增加將汛期多余水量抽蓄到上水庫里，供枯水期增加發(fā)電量。發(fā)電量。 01224( )150160170180190抽水蓄能電站功能抽水蓄能電站功能 v運行靈活、可靠，主要用來運行靈活、可靠，主要用來移峰填谷移峰填谷v擔任系統(tǒng)擔任系統(tǒng)備用容量備用容量v擔任系統(tǒng)擔任系統(tǒng)調頻調頻任務任務v使水電站更好地發(fā)揮使水電站更好地發(fā)揮綜合利用效益綜合利用效益發(fā)電系統(tǒng)的電力電量平衡v電力系統(tǒng)的基

10、本任務是可靠而經濟地向用戶提供電力系統(tǒng)的基本任務是可靠而經濟地向用戶提供高質量的電能。與其它工業(yè)相比，高質量的電能。與其它工業(yè)相比，電力工業(yè)突出電力工業(yè)突出的特點是電能的生產、輸送及消費同時進行的特點是電能的生產、輸送及消費同時進行，其，其產品難以貯存。因此，電力系統(tǒng)的可靠性就顯得產品難以貯存。因此，電力系統(tǒng)的可靠性就顯得特別重要。特別重要。v發(fā)電系統(tǒng)是指一種理想的電力系統(tǒng)，其中電力網發(fā)電系統(tǒng)是指一種理想的電力系統(tǒng)，其中電力網絡絕對可靠而且容量不受限制。絡絕對可靠而且容量不受限制。v整個系統(tǒng)相當于只有一個節(jié)點，所有電源及負荷整個系統(tǒng)相當于只有一個節(jié)點，所有電源及負荷都集中在這個節(jié)點上。都集中在

11、這個節(jié)點上。v因此，發(fā)電系統(tǒng)的可靠性主要取決于因此，發(fā)電系統(tǒng)的可靠性主要取決于發(fā)電機組的發(fā)電機組的容量與負荷的平衡容量與負荷的平衡情況。情況。v 長期以來，發(fā)電系統(tǒng)可靠性的考慮是以確定性原則為基礎長期以來，發(fā)電系統(tǒng)可靠性的考慮是以確定性原則為基礎的。應用最廣的準則是的。應用最廣的準則是:發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量不應小于系發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量不應小于系統(tǒng)電力負荷的最大功率再加上它的一個固定百分數(shù)。統(tǒng)電力負荷的最大功率再加上它的一個固定百分數(shù)。v 用公式可表示為用公式可表示為max11(1)HTNNHjTkjkCCPrmax11HTNNHjTkrjkCCPCmaxrCrP或者上式稱為電力平衡方程式其中v電

12、力平衡的目的：電力平衡的目的：確定系統(tǒng)所需要的確定系統(tǒng)所需要的發(fā)電設備容量發(fā)電設備容量確定各類發(fā)電站的確定各類發(fā)電站的建設規(guī)模及裝機進度建設規(guī)模及裝機進度確定與其它電力系統(tǒng)確定與其它電力系統(tǒng)聯(lián)網聯(lián)網的合理性的合理性電力平衡要求電力平衡要求逐年進行逐年進行，一般可選擇，一般可選擇水電枯水季水電枯水季節(jié)中負荷最大節(jié)中負荷最大的一個月代表全年的情祝。的一個月代表全年的情祝。v在進行電力電量平衡時，在進行電力電量平衡時，系統(tǒng)負荷系統(tǒng)負荷的最大功率應的最大功率應計入計入網損網損和發(fā)電廠的和發(fā)電廠的廠用電廠用電。v網絡損耗網絡損耗包括包括輸電線路輸電線路及及變壓器變壓器中的損耗，一般中的損耗，一般可按最大

13、功率的可按最大功率的6%-10%估計（當有遠距離輸估計（當有遠距離輸電時取大值電時取大值)。v廠用電廠用電則應按電站類型分別計算。則應按電站類型分別計算。水電站水電站的廠用的廠用電較小，通常在其發(fā)電出力的電較小，通常在其發(fā)電出力的1%以下。以下。火電廠火電廠的廠用電可達到其出力的的廠用電可達到其出力的5%-8%，核電站核電站的廠的廠用電率大致在用電率大致在4%-5%的范圍內。的范圍內。v確定備用容量確定備用容量Cr或備用系數(shù)或備用系數(shù)r是電力平衡的關鍵是電力平衡的關鍵v增加備用容量增加備用容量固然可以改善固然可以改善供電可靠性供電可靠性，但同時，但同時也導致裝機容量及投資也導致裝機容量及投資費

14、用的提高費用的提高。v如何在如何在可靠性可靠性與與經濟性經濟性間作出合理的選擇一直是間作出合理的選擇一直是規(guī)劃設計和運行調度中的重要問題。規(guī)劃設計和運行調度中的重要問題。v根據(jù)我國電力建設的多年實踐經驗，把電力系統(tǒng)根據(jù)我國電力建設的多年實踐經驗，把電力系統(tǒng)的的備用容量劃分為三個部分備用容量劃分為三個部分。v負荷備用、事故備用、檢修備用負荷備用、事故備用、檢修備用v1.負荷備用負荷備用v 原因原因1調頻需要調頻需要v 電力系統(tǒng)運行時，由于負荷在不斷變化，頻率也隨之波動。電力系統(tǒng)運行時，由于負荷在不斷變化，頻率也隨之波動。v 為了使系統(tǒng)頻率在正常范圍內，就必須保留一部分備用容量為了使系統(tǒng)頻率在正常

15、范圍內，就必須保留一部分備用容量供系統(tǒng)進行調頻。供系統(tǒng)進行調頻。v 原因原因2預測誤差預測誤差v 電力系統(tǒng)負荷與電源容量之間的供需平衡是事先預測和計劃電力系統(tǒng)負荷與電源容量之間的供需平衡是事先預測和計劃安排的。安排的。v 這種預測和計劃不可能完全準確，實際運行中，電力系統(tǒng)還這種預測和計劃不可能完全準確，實際運行中，電力系統(tǒng)還必須滿足一些預計不到的負荷要求。必須滿足一些預計不到的負荷要求。v 因此，必須設置負荷備用因此，必須設置負荷備用。負菏備用。負菏備用可取系統(tǒng)最大負荷的可取系統(tǒng)最大負荷的2%-5%，大系統(tǒng)取小值，小系統(tǒng)取大值。，大系統(tǒng)取小值，小系統(tǒng)取大值。v2.事故備用事故備用v系統(tǒng)運行時，

16、系統(tǒng)運行時，由于偶然事故迫使發(fā)電機組退出運由于偶然事故迫使發(fā)電機組退出運行行的情況是難以避免的。的情況是難以避免的。v為了在這種情況下仍能維持對電力用戶的正常供為了在這種情況下仍能維持對電力用戶的正常供電，需要設置電，需要設置事故備用容量事故備用容量。v在規(guī)劃時，在規(guī)劃時，一般取系統(tǒng)最大負荷的一般取系統(tǒng)最大負荷的10%，并且，并且要求事故備用容量要求事故備用容量不小于系統(tǒng)中一臺最大發(fā)電機不小于系統(tǒng)中一臺最大發(fā)電機組的單機容量組的單機容量。v3.檢修備用檢修備用v在電力系統(tǒng)中必須使所有發(fā)電機組能在電力系統(tǒng)中必須使所有發(fā)電機組能按計劃進行按計劃進行周期性的檢修周期性的檢修。v火電機組大修周期為火電

17、機組大修周期為1-1.5年，檢修時間大約為年，檢修時間大約為1個月。個月。v水電機組大修周期為水電機組大修周期為2-3年，檢修時間為年，檢修時間為20天左天左右。右。v系統(tǒng)檢修備用容量一般取系統(tǒng)檢修備用容量一般取系統(tǒng)最大負荷的系統(tǒng)最大負荷的8%-15%。v總備用容量總備用容量v電力系統(tǒng)的總備用容量不低于電力系統(tǒng)的總備用容量不低于最大負荷功率的最大負荷功率的20%。（僅供參考）。（僅供參考）v當電力系統(tǒng)中當電力系統(tǒng)中水電機組比重較大時水電機組比重較大時，除電力平衡，除電力平衡以外，還要求以外，還要求逐年逐月進行電量平衡逐年逐月進行電量平衡。v其主要目的是其主要目的是: 確定各代表水文年系統(tǒng)中各電

18、站的發(fā)電量或發(fā)電確定各代表水文年系統(tǒng)中各電站的發(fā)電量或發(fā)電設備利用小時數(shù)設備利用小時數(shù); 確定水電站電量的利用程度，論證水電站裝機容確定水電站電量的利用程度，論證水電站裝機容量的合理性量的合理性; 確定與其它電力系統(tǒng)交換電量的情況。確定與其它電力系統(tǒng)交換電量的情況。電量平衡方程式 ( )( )( )11,1,2,12rNNiiidH jTkjkEEEiv電量平衡方程式如下電量平衡方程式如下有時也將上式轉化為月平均出力及月平均負荷功率的形式有時也將上式轉化為月平均出力及月平均負荷功率的形式，在其兩端除以一月小時數(shù)（，在其兩端除以一月小時數(shù)（730h），得），得 ( )( )( )11NTNNii

19、idH jT kjkPCCv當系統(tǒng)中水電比重很大，或遇豐水期時，水電站當系統(tǒng)中水電比重很大，或遇豐水期時，水電站的電量可能出現(xiàn)利用不充分的情況，這時就應該的電量可能出現(xiàn)利用不充分的情況，這時就應該估算棄水電量。估算棄水電量。v對于對于水電比重較大水電比重較大的系統(tǒng)，水電站的水文情況對的系統(tǒng)，水電站的水文情況對電力系統(tǒng)運行及電力電量平衡有較大的影響。此電力系統(tǒng)運行及電力電量平衡有較大的影響。此時，時，需要考慮幾種有代表性的水文條件需要考慮幾種有代表性的水文條件進行電力進行電力電量平衡。電量平衡。 LOGO裕度表與可靠性指標裕度表與可靠性指標發(fā)電系統(tǒng)的裕度表v發(fā)電系統(tǒng)的可靠性與其發(fā)電系統(tǒng)的可靠性與

20、其備用備用有關。備用容量愈大有關。備用容量愈大，系統(tǒng)愈可靠。，系統(tǒng)愈可靠。v在可靠性計算中我們將用在可靠性計算中我們將用裕度裕度的概念代替?zhèn)溆萌莸母拍畲鎮(zhèn)溆萌萘?。裕度是一個量。裕度是一個不確定的隨機量不確定的隨機量，由下式定義，由下式定義v M系統(tǒng)的裕度；系統(tǒng)的裕度；v Wi發(fā)電機組發(fā)電機組i的運行容量，為隨機量，一般可取兩個值：可用容的運行容量，為隨機量，一般可取兩個值：可用容量量Ci或或0，v 系統(tǒng)負荷功率，也是隨機量isiMWP0iiCW正常運行時故障運行時sP發(fā)電系統(tǒng)的裕度表 日負荷曲線日負荷曲線 設該系統(tǒng)發(fā)電機組的總可用容量設該系統(tǒng)發(fā)電機組的總可用容量Cs=120MW 系統(tǒng)的系統(tǒng)的

21、最大裕度最大裕度發(fā)生在所有發(fā)電發(fā)生在所有發(fā)電機組正常運行，且系統(tǒng)為最小負荷機組正常運行，且系統(tǒng)為最小負荷的情況下的情況下 最大裕度最大裕度=120-50=70MW 最小裕度最小裕度則將出現(xiàn)于所有發(fā)電機則將出現(xiàn)于所有發(fā)電機組都處于故障停運狀態(tài)，而系統(tǒng)又組都處于故障停運狀態(tài)，而系統(tǒng)又出現(xiàn)最大負荷時出現(xiàn)最大負荷時最小裕度最小裕度=0-100=-100MW最大負荷為最大負荷為100MW最小負荷為最小負荷為50MW一般來說，系統(tǒng)裕度應在以下范圍內變化一般來說，系統(tǒng)裕度應在以下范圍內變化maxminiiPMCPPmax系統(tǒng)最大負荷功率；系統(tǒng)最大負荷功率；Pmin系統(tǒng)最小負荷功率系統(tǒng)最小負荷功率發(fā)電系統(tǒng)的裕

22、度表v分析發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關鍵是求出分析發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關鍵是求出裕度表裕度表，即計，即計算出算出各種裕度出現(xiàn)的概率和頻率各種裕度出現(xiàn)的概率和頻率；v然后利用裕度表求出系統(tǒng)的然后利用裕度表求出系統(tǒng)的可靠性指標可靠性指標v以上述系統(tǒng)為例，獲取電力系統(tǒng)的裕度表。以上述系統(tǒng)為例，獲取電力系統(tǒng)的裕度表。v為了便于分析計算，首先對裕度進行離散化。為了便于分析計算，首先對裕度進行離散化。v在計算中取一個步長在計算中取一個步長X，每隔，每隔X取一個離散點取一個離散點進行計算。進行計算。X = 10MW。v由于裕度的范圍為由于裕度的范圍為120MW到到-100MW，故總，故總共有共有23個離散點。個離散點。v

23、表中第三列數(shù)字為表中第三列數(shù)字為累積概率累積概率Pi*，它表示系統(tǒng)裕，它表示系統(tǒng)裕度小于等于度小于等于Xi的概率的概率v一般有一般有v 又如，裕度小于等于又如，裕度小于等于80 MW的概率為的概率為1.0，故裕度大于，故裕度大于80MW的概的概率等于率等于0，即該系統(tǒng)裕度不可能大于，即該系統(tǒng)裕度不可能大于80MW。*iiPP XX例如，裕度小于等于例如，裕度小于等于50MW的概率為的概率為0.792448。由此也可以推知，。由此也可以推知，裕度大于裕度大于50MW的概率等于的概率等于 1-0.792448=0.207552*1iiP XXP v表中第四列為表中第四列為累積頻率累積頻率Fi*，即

24、裕度小于等于，即裕度小于等于Xi的的發(fā)生次數(shù)發(fā)生次數(shù)v例如，裕度小于例如，裕度小于50MW的頻率為的頻率為0.831259次次/天。天。v發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)的可靠性指標可靠性指標就是由就是由累積概率累積概率及及累積頻累積頻率率給出的，應特別予以重視。給出的，應特別予以重視。*iiFF XXv表中第五列數(shù)字表示表中第五列數(shù)字表示確切概率確切概率Pi，即裕度等于，即裕度等于Xi的概率的概率v由累積概率的定義式知由累積概率的定義式知v兩式相減可得兩式相減可得iiPP XX*11ijj iijj iPPPP *1iiiPPPv在表中我們未列出各種裕度的在表中我們未列出各種裕度的確切頻率確切頻率，因為它

25、，因為它和發(fā)電系統(tǒng)可靠性沒有直接關系。但是，需要指和發(fā)電系統(tǒng)可靠性沒有直接關系。但是，需要指出，相鄰兩個累積頻率之差出，相鄰兩個累積頻率之差v并非裕度并非裕度Xi的確切頻率，即在一般情況下的確切頻率，即在一般情況下v我們稱我們稱fi為為增量頻率增量頻率。vfi的引出使裕度表的計算大為簡化，但它本身并無的引出使裕度表的計算大為簡化，但它本身并無明顯的物理意義。明顯的物理意義。v同理有同理有v該式在以下的分析計算中非常有用。該式在以下的分析計算中非常有用。*1iiifFFiifF XX*ijj iFfv裕度表參數(shù)匯總裕度表參數(shù)匯總v累積概率累積概率v確切概率確切概率v累積頻率累積頻率v增量頻率增量

26、頻率*iijj iPP XXPiiPP XX*1iiiPPP*iijj iFF XXf*1iiifFFiifF XX發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標v衡量發(fā)電系統(tǒng)可靠性的主要判據(jù)是衡量發(fā)電系統(tǒng)可靠性的主要判據(jù)是供電的充分性供電的充分性，即在計及發(fā)電機組隨機停運后，即在計及發(fā)電機組隨機停運后，系統(tǒng)運行容量系統(tǒng)運行容量滿足負荷功率的情況滿足負荷功率的情況。v當當裕度小于零時裕度小于零時，發(fā)電系統(tǒng)就出現(xiàn)電力不足并被，發(fā)電系統(tǒng)就出現(xiàn)電力不足并被迫減少供電。迫減少供電。v發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析就是以這個基本概念為基礎發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析就是以這個基本概念為基礎的。的。1、電力不足概率（、電力不足概率（LOLP）v電力不足概

27、率是指發(fā)電系統(tǒng)電力不足概率是指發(fā)電系統(tǒng)裕度小于零裕度小于零的概率：的概率：0iLOLPP XLoss of Load Probability*10100.082889iLOLPP XP 每天平均停電時間為：240. 082889 =1.989336 (h)v這種用這種用停電時間停電時間表示的可靠性指標叫表示的可靠性指標叫電力不足期電力不足期望值望值LOLE。v必須注意，計算必須注意，計算LOLE有兩種不同的方法：有兩種不同的方法：以年的以年的365個日最大負荷組成的曲線進行計算，個日最大負荷組成的曲線進行計算，這樣得到的這樣得到的LOLE的單位為的單位為天天/年年，用日負荷曲線計算，用日負荷曲

28、線計算，365日可以形成日可以形成8760h的的負荷曲線，這樣求出的負荷曲線，這樣求出的LOL E的單位為的單位為h/年年。v這兩種計算方法的原始條件不同，它們計算出來這兩種計算方法的原始條件不同，它們計算出來的可靠性指標不能相互換算。的可靠性指標不能相互換算。Loss of Load Expectation2、電量不足期望值（、電量不足期望值（EENS）v電量不足期望值是指在研究周期內由于供電不足電量不足期望值是指在研究周期內由于供電不足造成用戶停電所造成用戶停電所損失電量損失電量的期望值，它的定義為的期望值，它的定義為v式中式中Pi為裕度為裕度Xi的確切概率。根據(jù)確切概率與累的確切概率。根

29、據(jù)確切概率與累積概率的關系，可以轉換為以下的形式積概率的關系，可以轉換為以下的形式v式中式中T為研究的周期，單位為為研究的周期，單位為h0iiiXEENSX P T*0iiXEENSPXTEnergy Expectation Not ServedvEENS是由于系統(tǒng)不可靠而使用戶減少的用電量是由于系統(tǒng)不可靠而使用戶減少的用電量v當已知每停當已知每停1 kWh電給電給國民經濟國民經濟造成的損失時，造成的損失時，可進一步把可進一步把EENS轉換為轉換為經濟指標經濟指標，便于方案比，便于方案比較。較。v目前已有不少電源優(yōu)化模型在經濟比較中計入了目前已有不少電源優(yōu)化模型在經濟比較中計入了停電損失費用停

30、電損失費用。3.頻率及持續(xù)時問頻率及持續(xù)時問(F & D)v 有些電力用戶，如連續(xù)生產的化學工業(yè)、冶金工業(yè)等對停有些電力用戶，如連續(xù)生產的化學工業(yè)、冶金工業(yè)等對停電的頻次很敏感。此外，停電的頻次對計算機的應用也造電的頻次很敏感。此外，停電的頻次對計算機的應用也造成較大的危害。成較大的危害。v 因此在因此在90年代中期出現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的年代中期出現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的停電頻率停電頻率和和持持續(xù)時續(xù)時間間的可靠性指標。的可靠性指標。v 停電的頻率為發(fā)電系統(tǒng)裕度小于零的頻率停電的頻率為發(fā)電系統(tǒng)裕度小于零的頻率v 單位為次單位為次/年、次年、次/日等。日等。v 停電持續(xù)時間停電持續(xù)時間的定義為的定義為0iLOL

31、FF XDLOLE LOLFFrequency and DurationLOLF=0.35776次/天LOLE = 1. 989336 h4.系統(tǒng)系統(tǒng)-分分(SM)v EENS可用來計算停電損失費用，且便于方案比較，因此可用來計算停電損失費用，且便于方案比較，因此得到廣泛的應用，成為發(fā)電系統(tǒng)重要的可靠性指標。得到廣泛的應用，成為發(fā)電系統(tǒng)重要的可靠性指標。v 但是該指標不便于對不同規(guī)模的系統(tǒng)可靠性進行比較，因但是該指標不便于對不同規(guī)模的系統(tǒng)可靠性進行比較，因此也難以規(guī)定統(tǒng)一的此也難以規(guī)定統(tǒng)一的FENS標準。為此，又引出了標準。為此，又引出了SM指指標，其定義為標，其定義為v 這里的這里的EENS

32、為全年的電量不足期望值，為全年的電量不足期望值，Pmax為系統(tǒng)的年最大負荷。為系統(tǒng)的年最大負荷。因此因此SM的單位應為的單位應為min/年。年。v 加拿大規(guī)定加拿大規(guī)定SM的標準為的標準為25 min/年。年。maxSMEENS PSystem一Minutesv可靠性指標與裕度表之間的關系可靠性指標與裕度表之間的關系v電力不足概率（電力不足概率（LOLP）v電力不足期望值（電力不足期望值（LOLE）v電量不足期望值（電量不足期望值（EENS）v頻率及持續(xù)時問頻率及持續(xù)時問(F & D)v系統(tǒng)系統(tǒng)-分分(SM)累積概率累積概率，確切概率累積頻率LOGO發(fā)電機組的可靠性模型發(fā)電機組的可靠性模型發(fā)電

33、機組的可靠性模型v 從可靠性觀點出發(fā)，所有的發(fā)電機組在其壽命期內由于各從可靠性觀點出發(fā)，所有的發(fā)電機組在其壽命期內由于各種技術原因都可能隨機地被迫種技術原因都可能隨機地被迫停運停運，然后通過修復重新投，然后通過修復重新投入入運行運行，如此，如此循環(huán)循環(huán)不已。不已。12,nUUUTTT12,nDDDTTT為運行時間為運行時間為故障停運時間，為故障停運時間，n為在壽命期內的故障次數(shù)。為在壽命期內的故障次數(shù)。 v與元件可靠性密切相關的參數(shù)與元件可靠性密切相關的參數(shù) v平均平均無故障無故障工作時間工作時間MTTFv平均平均修復修復時間時間(簡稱修復時間簡稱修復時間) MTTRv平均平均故障間隔故障間隔

34、時間時間MTBF1/inUiMTTFTn1/inDiMTTRTnMTBFMTTFMTTRv 有了以上參數(shù)，即可建立描述有了以上參數(shù)，即可建立描述發(fā)電機組可靠性的狀態(tài)圖發(fā)電機組可靠性的狀態(tài)圖v運行狀態(tài)的概率運行狀態(tài)的概率亦稱為亦稱為有效有效度度，用，用A表示表示v發(fā)電機組發(fā)電機組停運狀態(tài)概率停運狀態(tài)概率亦稱亦稱無效度無效度，用，用 表示表示 1AAMTTFMTTFAMTBFMTTF MTTRMTTRMTTRAMTBFMTTF MTTRA強迫停運率強迫停運率（FOR ）v 單位時間內從一狀態(tài)轉移到另一個狀態(tài)的次數(shù)叫做單位時間內從一狀態(tài)轉移到另一個狀態(tài)的次數(shù)叫做轉移率轉移率，它與它與某個狀態(tài)的平均滯

35、留時間某個狀態(tài)的平均滯留時間有關，且為其倒數(shù)。有關，且為其倒數(shù)。v 從運行狀態(tài)到停運狀態(tài)的從運行狀態(tài)到停運狀態(tài)的轉移率轉移率(故障率，向下轉移率故障率，向下轉移率)為為 v 單位時間內從停運狀態(tài)轉移到運行狀態(tài)的次數(shù)叫單位時間內從停運狀態(tài)轉移到運行狀態(tài)的次數(shù)叫修復率修復率(向向上轉移率上轉移率)1MTTF1MTTR11FMTBFMTTFMTTR轉移率 修復率 故障率v 發(fā)電機組在發(fā)電機組在單位時間內單位時間內發(fā)生發(fā)生故障的次數(shù)稱為故障的次數(shù)稱為故障頻率故障頻率 設備故障特性v 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在設備的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在設備的整個壽命期間，設備故障整個壽命期間，設備故障率與時間的典型關系曲線率與時間的

36、典型關系曲線形似浴盆，又稱為形似浴盆，又稱為浴盆曲浴盆曲線線。v 根據(jù)設備的壽命，故障率根據(jù)設備的壽命，故障率分三個階段：分三個階段：v 早期故障期早期故障期v 偶發(fā)故障期偶發(fā)故障期v 耗損故障期耗損故障期v由前兩式可推導得由前兩式可推導得v 上式表明，發(fā)電機組的上式表明，發(fā)電機組的故障頻率故障頻率等于等于停運狀態(tài)概率停運狀態(tài)概率與與修修復率（向上轉移率）復率（向上轉移率）的乘積。的乘積。AFORFFA11FMTBFMTTFMTTRv其實，這只不過是下述一般規(guī)律的一個特例其實，這只不過是下述一般規(guī)律的一個特例:v元件某一元件某一狀態(tài)狀態(tài)出現(xiàn)的出現(xiàn)的頻率頻率等于該狀態(tài)的等于該狀態(tài)的確切概率確切概

37、率與向其它狀態(tài)與向其它狀態(tài)總轉移率總轉移率的乘積。的乘積。kkkjj iFPk狀態(tài)的頻率(確切頻率);k狀態(tài)的確切概率，k狀態(tài)向J狀態(tài)的轉移率。kFkPkjv以上介紹了有關發(fā)電機組元件可靠性的基本概念以上介紹了有關發(fā)電機組元件可靠性的基本概念。在這里應著重指出以下幾點。在這里應著重指出以下幾點:v1）上述討論都針對發(fā)電機組是）上述討論都針對發(fā)電機組是兩狀態(tài)兩狀態(tài)的情況，的情況，還有多狀態(tài)發(fā)電機組的情況還有多狀態(tài)發(fā)電機組的情況;v2)發(fā)電機組的發(fā)電機組的計劃檢修計劃檢修也屬停運狀態(tài)，但屬于確也屬停運狀態(tài)，但屬于確定性事件，不在上述討論范圍內定性事件，不在上述討論范圍內;v3)以上公式及概念同樣適

38、用于以上公式及概念同樣適用于任何兩狀態(tài)任何兩狀態(tài)元件，元件，如變壓器、輸電線等。如變壓器、輸電線等。v現(xiàn)在我們來建立現(xiàn)在我們來建立發(fā)電機組的可靠性模型發(fā)電機組的可靠性模型。在這里。在這里所謂發(fā)電機組可靠性模型是指所謂發(fā)電機組可靠性模型是指一臺或多臺發(fā)電機一臺或多臺發(fā)電機組各種容量狀態(tài)的概率和頻率表組各種容量狀態(tài)的概率和頻率表，通常稱之為，通常稱之為發(fā)發(fā)電機組的停運表電機組的停運表。v設一臺發(fā)電機組的可用容量為設一臺發(fā)電機組的可用容量為 ，強迫停運率，強迫停運率FOR為為 ;，修復時間為，修復時間為 ，則其停運表如表所，則其停運表如表所示。示。iCiqirv由強迫停運率求出發(fā)電機組運行的概率由強

39、迫停運率求出發(fā)電機組運行的概率(有效度有效度)，一般用，一般用Pi來表示來表示v這樣就得到了表中的確切概率有關的一列。由累這樣就得到了表中的確切概率有關的一列。由累積概率的定義及式積概率的定義及式(3-14)可知可知v表中表中 為修復率，這里為修復率，這里 ，由式，由式(3-31)知知1iipq *001.0iiiiiPXPXCqPXCPXpqiirMTTR1iirv求出表中的確切頻率求出表中的確切頻率v式中式中 ，可由下式求出，可由下式求出v在發(fā)電機組的停運表中我們更感興趣的是在發(fā)電機組的停運表中我們更感興趣的是累積頻累積頻率率。v一般情況下累積頻率由一般情況下累積頻率由增量頻率增量頻率求出

40、。求出。00iiiiiiF XF XCqF XCF Xpiiiiiqpv增量頻率可直接由元件的狀態(tài)圖按下式計算增量頻率可直接由元件的狀態(tài)圖按下式計算v 對單臺發(fā)電機組來說，由狀態(tài)圖可以得到運行狀態(tài)的增量對單臺發(fā)電機組來說，由狀態(tài)圖可以得到運行狀態(tài)的增量頻率為頻率為v 同理，停運狀態(tài)的增量頻率為同理，停運狀態(tài)的增量頻率為v 以上兩個增量頻率的絕對值相等。以上兩個增量頻率的絕對值相等。v 在求得增量頻率以后，不難求出累積頻率。在求得增量頻率以后，不難求出累積頻率。jjjjfp發(fā)電機組在狀態(tài)J的增量頻率;發(fā)電機組在狀態(tài)J的確切概率;發(fā)電機組在狀態(tài)J的向上轉移率;發(fā)電機組在狀態(tài)J的向下轉移率。jfjp

41、jj00iiiiifXCfXpp 00iiiiifXfXCqq,MTTF MTTR, P*Pf*FFv【例例】今有容量為今有容量為30MW的發(fā)電機組，其故障率的發(fā)電機組，其故障率 =0.4次次/年，修復率年，修復率 =9.6次次/年，試求其停年，試求其停運表。運表。v 解：首先應選取步長解：首先應選取步長 。在發(fā)電系統(tǒng)的可靠性計算中，。在發(fā)電系統(tǒng)的可靠性計算中，其最終的目標是要建立系統(tǒng)裕度表，因此在選取步長時要其最終的目標是要建立系統(tǒng)裕度表，因此在選取步長時要考慮到系統(tǒng)其它發(fā)電機組的容量和負荷情況。一般步長考慮到系統(tǒng)其它發(fā)電機組的容量和負荷情況。一般步長 應取各發(fā)電機組容量及負荷功率的最大公約

42、數(shù)。在這里我應取各發(fā)電機組容量及負荷功率的最大公約數(shù)。在這里我們取們取 ,因此停運表將包括因此停運表將包括4個離散點，如表個離散點，如表所示。所示。XX10XMW v其次，利用原始數(shù)據(jù)求發(fā)電機組有關可靠性參數(shù)其次，利用原始數(shù)據(jù)求發(fā)電機組有關可靠性參數(shù)。由式。由式(3 -33)求出強迫停運率求出強迫停運率qv因此運行概率為因此運行概率為v如果把修復率單位轉化為次如果把修復率單位轉化為次/天，則天，則v同理知同理知v有了這些數(shù)據(jù)，就可以按照表有了這些數(shù)據(jù)，就可以按照表3-2求出本例發(fā)電求出本例發(fā)電機組的停運表，表中的頻率單位均為次機組的停運表，表中的頻率單位均為次/天。由天。由表表3-3知該發(fā)電機

43、組故障頻率為知該發(fā)電機組故障頻率為0.00105205次次/天，相當于天，相當于LOGO電力負荷的可靠性模型電力負荷的可靠性模型v 為了分析發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，必須建立電力負荷為了分析發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，必須建立電力負荷的可靠性模型。的可靠性模型。v從電力平衡觀點來看，負荷可以看成是從電力平衡觀點來看，負荷可以看成是負的發(fā)電負的發(fā)電機組容量機組容量，因此也可用，因此也可用停運表停運表的形式給出各負荷的形式給出各負荷功率出現(xiàn)的概率和頻率。功率出現(xiàn)的概率和頻率。v首先，我們結合一個數(shù)首先，我們結合一個數(shù)字例來討論如何由負荷字例來討論如何由負荷曲線求得其累積概率。曲線求得其累積概率。v設有如圖所示的負荷

44、曲設有如圖所示的負荷曲線，總的持續(xù)時間為線，總的持續(xù)時間為T=6。v最大負荷為最大負荷為70MW,最最小負荷為小負荷為30MW。iiP T T*ikk iPPl負荷的概率模型負荷的概率模型v各負荷的確切概率各負荷的確切概率v根據(jù)下式計算出累積概率根據(jù)下式計算出累積概率*ikk iPPiiP T Tv負荷頻率模型負荷頻率模型v 從系統(tǒng)裕度的觀點來看，負荷可以當作負的發(fā)電機組容量。因此，負從系統(tǒng)裕度的觀點來看，負荷可以當作負的發(fā)電機組容量。因此，負荷由荷由小功率向大功率轉移應定義為向下轉移。反之為向上轉移小功率向大功率轉移應定義為向下轉移。反之為向上轉移。v設負荷功率設負荷功率 在某一點出現(xiàn)的時間

45、為在某一點出現(xiàn)的時間為 ，當下一時間負荷升高（向大功率方向轉移時當下一時間負荷升高（向大功率方向轉移時)，向，向上轉移率上轉移率v向下轉移率向下轉移率v該點的概率該點的概率iXiX ijt0ij 1ijijtijijpt T該點的該點的增量頻率增量頻率應為應為1ijijijijfpT同理，當下一時間同理，當下一時間負荷降低負荷降低時可時可以推出該點的增量頻率為以推出該點的增量頻率為1ijfTv由以上討論可以看出，負荷在任何一個狀態(tài)的增由以上討論可以看出，負荷在任何一個狀態(tài)的增量頻率的絕對值恒等于量頻率的絕對值恒等于 ，而與其出現(xiàn)的時間，而與其出現(xiàn)的時間無關。無關。v 負荷負荷 的總增量頻率可由

46、下式求出的總增量頻率可由下式求出v可得負荷可得負荷 的累積頻率為的累積頻率為iXiijjff1TiX*ikk iFfv 試對負荷曲線求負荷的累積頻率表試對負荷曲線求負荷的累積頻率表v 解為了計算方便，我們可令負荷曲解為了計算方便，我們可令負荷曲線所代表的周期線所代表的周期T為一個單位時間為一個單位時間，這樣負荷在任何一個狀態(tài)的增量頻這樣負荷在任何一個狀態(tài)的增量頻率只能取率只能取-1和和1兩個值，前者對應兩個值，前者對應于負荷增大，后者對應于負荷減小于負荷增大，后者對應于負荷減小v 在本例中仍取在本例中仍取 ，這樣就，這樣就得到得到8個離散點。建立累積頻率表的個離散點。建立累積頻率表的過程是過程

47、是從負荷曲線起始時刻向后逐從負荷曲線起始時刻向后逐點掃描的過程點掃描的過程。10MWX 負荷頻率表的形成過程負荷頻率表的形成過程LOGO發(fā)電系統(tǒng)裕度表的形成發(fā)電系統(tǒng)裕度表的形成v 發(fā)電系統(tǒng)是由一些發(fā)電機組和負荷構成的，本節(jié)將討論由發(fā)電系統(tǒng)是由一些發(fā)電機組和負荷構成的，本節(jié)將討論由發(fā)電機組停運表發(fā)電機組停運表及及負荷停運表負荷停運表形成形成發(fā)電系統(tǒng)裕度表發(fā)電系統(tǒng)裕度表的原理的原理及算法。及算法。v 在以下的討論中假定各元件的狀態(tài)是相互獨立的。在以下的討論中假定各元件的狀態(tài)是相互獨立的。v 從數(shù)學上來說，兩個相互獨立隨機事件從數(shù)學上來說，兩個相互獨立隨機事件A、 B同時出現(xiàn)的同時出現(xiàn)的概率等于各事

48、件概率之積概率等于各事件概率之積. P ABP A P Bv設已知元件設已知元件a、b的停運表，其確切概率分別為的停運表，其確切概率分別為v設步長為設步長為 ，則有，則有,0,1,2.,;,0,1,2.,aiabjbPXin PXjnX/aabbijnCXnCXXi XXj X ,ijXX為停運容量,abC C分別為a、b元件的容量v 假設這兩個元件假設這兩個元件a、b，組成一個等效元件，組成一個等效元件c.v 根據(jù)以上獨立性的假定，元件根據(jù)以上獨立性的假定，元件 a在狀態(tài)在狀態(tài) 和元件和元件b在狀態(tài)在狀態(tài) 的確切概率應為的確切概率應為v 增量頻率可以表示為增量頻率可以表示為iXjX cija

49、ibjabPXXPXPXP i Pj cijcijijijfXXPXX cijabiijjababfXXP i PjP i fjfi Pjv兩個元件相互聯(lián)結為一個元件時，通常有兩種組兩個元件相互聯(lián)結為一個元件時，通常有兩種組合形式，我們稱之為元件的合形式，我們稱之為元件的并聯(lián)并聯(lián)和和串聯(lián)串聯(lián)。v發(fā)電系統(tǒng)可靠性的分析計算發(fā)電系統(tǒng)可靠性的分析計算只涉及元件的并聯(lián)組只涉及元件的并聯(lián)組合合，因此討論元件的并聯(lián)組合時的計算公式。，因此討論元件的并聯(lián)組合時的計算公式。并聯(lián)系統(tǒng)的確切概率和累積概率v 兩元件并聯(lián)組合時，兩元件并聯(lián)組合時，組合元件的停運容量等于兩元件停運組合元件的停運容量等于兩元件停運容量之和

50、容量之和。v 因此組合元件因此組合元件c在在 的確切概率可以表示為的確切概率可以表示為 或者或者v 累積概率可表示為累積概率可表示為v 經整理可得經整理可得 kX 0ancababij kiP kP i PjP i P ki 0bncabjP kP kj Pj ccm kPkP m 0ancabiPkP i Pki 0bncabjPkPkj Pj兩元件并聯(lián)系統(tǒng)的確切概率兩元件并聯(lián)系統(tǒng)的確切概率兩元件并聯(lián)系統(tǒng)的累積概率兩元件并聯(lián)系統(tǒng)的累積概率并聯(lián)系統(tǒng)的增量頻率和累積頻率為了求出累積頻率，首先應寫出為了求出累積頻率，首先應寫出增量頻率增量頻率的表達式的表達式根據(jù)增量頻率與累積頻率之間的關系，根據(jù)增量頻率與累積頻率之間的關系，累積頻率累積頻率為為 或采用另一種形式或采用另一種形式 0bcababij mnababjfmP i fjfi PjP mj f