電力系統(tǒng)可靠性基本理論及其應(yīng)用

電力系統(tǒng)可靠性基本理論

及其應(yīng)用西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院王秀麗二OO八年十月主要內(nèi)容電力系統(tǒng)可靠性概述電力系統(tǒng)可靠性的基本理論可修復(fù)系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估可靠性經(jīng)濟(jì)分析方法一、電力系統(tǒng)可靠性概述可靠性（Reliability）是指一個(gè)元件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率或能力可靠性評(píng)估提供研究可靠性的理論和實(shí)用的工具，評(píng)價(jià)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(píng)估的意義產(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產(chǎn)品和系統(tǒng)故障引起的損失增大，對(duì)可靠性要求提高，如何平衡提高可靠性的代價(jià)與減少故障損失涉及到安全領(lǐng)域（如航天、核電），對(duì)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1996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(shí)間約0.5h，停電負(fù)荷達(dá)7.5GW，損失發(fā)電容量6.4GW，影響用戶約200萬個(gè)。另一次發(fā)生在1996年8月10日，停電時(shí)間約3h，損失負(fù)荷達(dá)30.498GW，損失發(fā)電容量25.578GW，影響用戶約750萬個(gè)，停電面積達(dá)180萬平方英里，包括美國的14個(gè)州和加拿大的兩個(gè)省。1986年烏克蘭的切爾諾貝利核電站的4號(hào)反應(yīng)堆因核泄露導(dǎo)致爆炸，直到2000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(dá)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(jìn)行概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，進(jìn)行定量評(píng)價(jià)可靠性，并確保達(dá)到較高水平。為什么現(xiàn)代電網(wǎng)的設(shè)計(jì)運(yùn)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(shí)間為29小時(shí)，損失負(fù)荷61800兆瓦電力系統(tǒng)可靠性電力系統(tǒng)可靠性是可靠性理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應(yīng)電力和電能量的能力電力系統(tǒng)可靠性包括充裕度和安全性兩個(gè)方面充裕度是在靜態(tài)條件下電力系統(tǒng)滿足用戶電力和電能量的能力安全性是在動(dòng)態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動(dòng)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

發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估第二層發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評(píng)估第三層電力系統(tǒng)可靠性輸電系統(tǒng)可靠性評(píng)估發(fā)電廠變電所電氣主接線可靠性評(píng)估配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估可靠性指標(biāo)1.概率型：可靠性或可用性2.頻率型：單位時(shí)間內(nèi)故障次數(shù)2.平均持續(xù)時(shí)間型：首次故障的平均時(shí)間故障間平均持續(xù)時(shí)間故障的平均持續(xù)時(shí)間

3.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(diǎn)電源規(guī)劃輸電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)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(yùn)行方式

發(fā)電系統(tǒng)備用檢修計(jì)劃運(yùn)行方式輸電系統(tǒng)檢修阻塞情況需調(diào)整發(fā)電計(jì)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(jī)容量

增加電網(wǎng)容量

增加變電站變壓器容量

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、

系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)理論系統(tǒng)可靠性基本術(shù)語

系統(tǒng)（System）一個(gè)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(jì)。元件元件：在可靠性統(tǒng)計(jì)、檢驗(yàn)和分析中不需要再細(xì)分的部件或部件組合。元件應(yīng)有獨(dú)立的功能元件分為有效和失效兩狀態(tài)元件的故障模型的建立是以壽命試驗(yàn)和故障率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的可靠性方塊圖

(RBDs—ReliabilityBlockDiagrams)

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(dá),表示元件的正?；蚴顟B(tài)對(duì)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(jì)算機(jī)的簡化可靠性方塊圖

可靠性方塊

一個(gè)方塊可以代表零件（元件）、部件、子系統(tǒng)或裝配件。系統(tǒng)可靠性評(píng)估的第一步是獲取數(shù)據(jù)（壽命或成功次數(shù)等），估計(jì)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)

系統(tǒng)可靠度為

可靠性串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響最大。

[例2-25]設(shè)計(jì)某一串聯(lián)系統(tǒng)需要200個(gè)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(gè)元件可靠度的最低值應(yīng)該是多少？

解按題意可知，即

即要求每個(gè)元件的可靠度至少達(dá)到0.9995?？煽啃源?lián)系統(tǒng)

對(duì)系統(tǒng)可靠性的認(rèn)識(shí)誤區(qū)：在特定的時(shí)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(dāng)系統(tǒng)中任一元件運(yùn)行，系統(tǒng)即能完成規(guī)定的功能，則稱這種系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)。由代表元件的框全部并聯(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?？疾煊蓛蓚€(gè)獨(dú)立元件A和B構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)，如圖2-23所示。這也就意味著必須兩個(gè)元件都失效系統(tǒng)才失效。

此時(shí)，系統(tǒng)可靠度可由系統(tǒng)不可靠度的補(bǔ)數(shù)求得，即

RP=1-QAQB(2-66)或RP=RA+RB-RARB

(2-67)對(duì)于n個(gè)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(gè)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(gè)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。

（2）可靠性并聯(lián)系統(tǒng)系統(tǒng)可靠度為可靠性并聯(lián)系統(tǒng)冗余最大可靠性并聯(lián)系統(tǒng)

但增加并聯(lián)元件個(gè)數(shù)會(huì)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(gè)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？

解系統(tǒng)不可靠度為

則可靠度為RP=0.9999997

（3）k/n表決系統(tǒng)

特例：1/n—串聯(lián)系統(tǒng)

n/n—并聯(lián)系統(tǒng)系統(tǒng)可靠度：k/n表決系統(tǒng)

例2-20系統(tǒng)1——24×10MW=240MWq=0.01系統(tǒng)3——12×20MW=240MWq=0.03負(fù)荷200MW，備用率20%系統(tǒng)1失負(fù)荷概率多于5臺(tái)機(jī)故障的概率之和

0.000004

其中系統(tǒng)3失負(fù)荷概率多于3臺(tái)機(jī)故障的概率之和0.0048

其中備用相同，概率風(fēng)險(xiǎn)度差1200倍4.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(gè)等效元件。這個(gè)等效元件的參數(shù)也就代表了原始網(wǎng)絡(luò)的可靠度（或不可靠度）。這種方法通常稱為網(wǎng)絡(luò)簡化法。[例2-27]對(duì)圖2-24系統(tǒng)，如果所有元件的可靠度均為0.8，計(jì)算系統(tǒng)的不可靠度。

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。如果分別代表元件1，…，5的可靠度和不可靠度，則有由已知數(shù)據(jù)，R=0.8，因此，且。[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。分析方法：1.分解分析方法：選擇關(guān)鍵單元，先分解系統(tǒng)，再組合計(jì)算。2.狀態(tài)空間法.3.路徑追蹤法.4.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(jìn)行分析，它有兩個(gè)主要特點(diǎn)：（1）容易在計(jì)算機(jī)上編程計(jì)算，通用性強(qiáng)；（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(shí)別系統(tǒng)各種不同的失效方式。導(dǎo)致系統(tǒng)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(gè)元件沒有失效，就不會(huì)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(jì)算系統(tǒng)的可靠度（或不可靠度），要對(duì)可靠性網(wǎng)絡(luò)確定的最小割集進(jìn)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(huì)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(shí)，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，由于同一元件出現(xiàn)在多個(gè)最小割集中，不能直接應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的概率計(jì)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(gè)最小割集中，不能直接應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的概率計(jì)算公式，而需要應(yīng)用“并”集的原理處理。設(shè)第個(gè)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

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(dú)立事件，試計(jì)算該系統(tǒng)的可靠度。解

由式（2-70）和圖2-27所示的可靠性框圖，得系統(tǒng)的不可靠度為由表2-1中每個(gè)割集包含的元件，根據(jù)事件獨(dú)立性的假設(shè)，按照集合和概率的基本計(jì)算規(guī)則，將上式進(jìn)行相應(yīng)的處理可得如果則因?yàn)镽=0.99，Q=1-0.99=0.01，得

而不可修復(fù)系統(tǒng)的概念系統(tǒng)是由許多按一定的生產(chǎn)目的連接起來的元件所組成不可修復(fù)系統(tǒng)中的每個(gè)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)研究系統(tǒng)可靠性的目標(biāo)就是根據(jù)元件的可靠性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可靠性系統(tǒng)可靠性指標(biāo)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(shí)間、故障率函數(shù)三、

可修復(fù)系統(tǒng)可靠性

對(duì)于可修復(fù)系統(tǒng)，須同時(shí)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(shí)間等?？捎眯跃C合考慮可靠性和維修性。元件失效及壽命

機(jī)組運(yùn)行特性

發(fā)電機(jī)組壽命物理壽命：技術(shù)壽命：經(jīng)濟(jì)壽命：指元件從投入運(yùn)行開始到不能再正常工作退役結(jié)束所持續(xù)時(shí)間指盡管元件仍可以運(yùn)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(yùn)行，但是本身已經(jīng)不具備任何的經(jīng)濟(jì)價(jià)值發(fā)電機(jī)組失效及壽命機(jī)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(jī)組運(yùn)行初期機(jī)組正常工作期間機(jī)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(jì)和制造工藝的缺陷導(dǎo)致由偶然因素導(dǎo)致

元件老化、疲勞、衰耗所導(dǎo)致機(jī)組壽命變化曲線返回在典型的設(shè)備故障率浴盆曲線中，我們期望的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是處于偶然失效期范圍內(nèi)的。維修方式：事后維修和預(yù)防維修

事后維修的三個(gè)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(rèn)。預(yù)防維修活動(dòng)包括設(shè)備檢查，局部或全面定期檢修，換油等。預(yù)防維修可以提高系統(tǒng)的可靠性、減少停機(jī)時(shí)間和更換費(fèi)用、優(yōu)化備用件庫存。計(jì)劃檢修

指在根據(jù)不同機(jī)組的檢修期限，考慮一定的約束條件，在一定的時(shí)段（檢修周期）內(nèi)安排所有機(jī)組的檢修時(shí)段，可有效地預(yù)防機(jī)組老化失效，目前機(jī)組檢修多為計(jì)劃檢修。隨著電力工業(yè)市場化，機(jī)組計(jì)劃檢修策略也呈現(xiàn)出新的變化。

計(jì)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(jī)組檢修策略預(yù)知檢修：對(duì)于發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)方法主要有以下幾種：機(jī)組檢測(cè)方法采用振動(dòng)計(jì)、油液分析儀、紅外成像儀等定期或不定期的檢測(cè)機(jī)組的特征參數(shù)在線檢測(cè)：通過發(fā)電廠現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)離線檢測(cè)：定期檢查：在機(jī)組定期維護(hù)、低谷消缺或檢修停運(yùn)期間對(duì)機(jī)組的機(jī)械、絕緣等性能進(jìn)行檢測(cè)機(jī)組的安全性能機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能調(diào)查項(xiàng)目回答：有占比例/%輔機(jī)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(cè)儀器2136.8配備振動(dòng)檢測(cè)儀器5393.0配備發(fā)電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)儀1017.5配備紅外線溫度檢測(cè)儀5189.5配備油液檢測(cè)儀2849.1配置在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)2442.1編制完整輔機(jī)作業(yè)指導(dǎo)書3357.9主機(jī)狀態(tài)檢修配置在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)5087.7編制完整主機(jī)作業(yè)指導(dǎo)書1628.1國內(nèi)目前開展?fàn)顟B(tài)檢修的情況

可修復(fù)系統(tǒng)可靠性分析工程系統(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(gè)運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)所有元件進(jìn)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。這種維修的目的是保持系統(tǒng)的實(shí)效率不致超過設(shè)計(jì)水平。當(dāng)元件或系統(tǒng)在工作中失效或者說喪失規(guī)定功能時(shí)，則需要矯正性維修，其目的在于當(dāng)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(yùn)行。

元件基本結(jié)構(gòu)的可靠性

－狀態(tài)空間/時(shí)間法以下的討論假設(shè)電力系統(tǒng)中元件的失效和修復(fù)特性均服從指數(shù)分布，即它們的故障率

和修復(fù)率

都是常數(shù)。圖2－21所示的單元件系統(tǒng)狀態(tài)空間圖和狀態(tài)時(shí)間圖，給出以下定義：綜合表達(dá)為設(shè)該元件的平均無故障持續(xù)時(shí)間為；平均修復(fù)時(shí)間為；平均失效間隔時(shí)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)可得式中：MTTF（meantimetofailure）為平均無故障持續(xù)工作時(shí)間；MTTR（meantimetorepair）為平均修復(fù)時(shí)間；MTBF（meantimebetweenfailures）為平均失效間隔時(shí)間。串聯(lián)系統(tǒng)圖中，和分別表示元件的失效率和修復(fù)率系統(tǒng)故障率元件特性系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間系統(tǒng)可用度系統(tǒng)故障率系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間并聯(lián)系統(tǒng)元件特性系統(tǒng)故障率系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間四、發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析特點(diǎn)：并聯(lián)系統(tǒng)考慮容量時(shí)間周期發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析內(nèi)容發(fā)電機(jī)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法理論基礎(chǔ)和分析方法實(shí)際工程應(yīng)用需要考慮的問題1臺(tái)發(fā)電機(jī)組的可靠性模型故障修復(fù)故障修復(fù)故障……運(yùn)行停運(yùn)(a)(b)發(fā)電機(jī)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(jī)組的可靠性模型平均無故障工作時(shí)間：故障率平均修復(fù)時(shí)間：

修復(fù)率平均故障間隔時(shí)間：運(yùn)行狀態(tài)概率（有效度）：發(fā)電機(jī)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)電機(jī)的可靠性數(shù)據(jù)是通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得的為了獲得足夠大的樣本數(shù)，一般對(duì)較多的發(fā)電機(jī)（全國的）較長的時(shí)間（5年）的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估主要需要的是發(fā)電機(jī)的強(qiáng)迫停運(yùn)率FOR100MW及以上容量火力發(fā)電機(jī)組五年平均可靠性指標(biāo)發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析方法發(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(fù)荷的需要為了突出矛盾，假定發(fā)電機(jī)和負(fù)荷之間的輸電系統(tǒng)是完全可靠的，電源發(fā)出的電能可以無損失地到達(dá)負(fù)荷停運(yùn)容量模型是系統(tǒng)發(fā)電機(jī)停運(yùn)容量的概率分布模型，根據(jù)每臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定容量和強(qiáng)迫停運(yùn)率建立負(fù)荷模型是系統(tǒng)需要滿足的負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)模型，一般根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)或負(fù)荷預(yù)測(cè)獲得風(fēng)險(xiǎn)模型是評(píng)估發(fā)電系統(tǒng)可用容量大于負(fù)荷需求的概率例題例：某發(fā)電系統(tǒng)有三臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為450MW，容量(MW)和強(qiáng)迫停運(yùn)率分別為：100，0.01；150，0.02；200，0.03。假定某一小時(shí)的負(fù)荷為340MW，計(jì)算系統(tǒng)損失負(fù)荷電力和電量的概率。LOLP=0.019206+0.029106+0.000194+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=3.6154MWh問題狀態(tài)數(shù)為2N，當(dāng)發(fā)電機(jī)數(shù)量N很多時(shí)，計(jì)算量太大發(fā)電機(jī)數(shù)量增加，重復(fù)狀態(tài)增多解決辦法——采用遞推公式建立停運(yùn)容量概率模型概念安裝容量Cs發(fā)電系統(tǒng)的可用容量停運(yùn)容量確切狀態(tài)（或確切容量狀態(tài)）：系統(tǒng)恰好出現(xiàn)某一停運(yùn)容量的狀態(tài)積累狀態(tài)：代表等于或大于某一停運(yùn)容量的狀態(tài)的總和用遞推公式建立停運(yùn)容量概率模型假定原有一定數(shù)量的機(jī)組，后又新增一臺(tái)機(jī)組，新增發(fā)電機(jī)容量為C，強(qiáng)迫停運(yùn)率為r，新增機(jī)組后停運(yùn)容量為X的確切狀態(tài)概率為：對(duì)第一臺(tái)機(jī)組：IEEE－RTS79小時(shí)負(fù)荷曲線小時(shí)持續(xù)負(fù)荷曲線發(fā)電系統(tǒng)可靠性風(fēng)險(xiǎn)模型和指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)判據(jù)在0.1~5d/a之間小時(shí)電力不足期望值HLOLE。規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)在2.4~60h/a之間電量不足期望例題例：某發(fā)電系統(tǒng)有三臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為450MW，容量(MW)和強(qiáng)迫停運(yùn)率分別為：100，0.01；150，0.02；200，0.03。某一天的小時(shí)負(fù)荷模型如表所示。計(jì)算LOLE，HLOLE，EENSh負(fù)荷(MW)12382221320442045187622172558272h負(fù)荷(MW)928910306113061230613323143231532316340h負(fù)荷(MW)1734018340193232030621272222552325524238用遞推公式建立停運(yùn)容量概率模型Xp’(X)p(X)P(X)01-r=0.991.005000.011000.010.01第一臺(tái)機(jī)組(C=100MW，r=0.01)第二臺(tái)機(jī)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+0.02*0=00.000225000.98*0+0.02*0.01=0.00020.0002第三臺(tái)機(jī)組(C=200MW，r=0.03)Xp’(X)p(X)P(X)00.97020.97*0.9702+0.03*0=0.9410941.0000005000.97*0+0.03*0=00.0589061000.00980.97*0.0098+0.03*0=0.0095060.0589061500.01980.97*0.0198+0.03*0=0.0192060.04940020000.97*0+0.03*0.9702=0.0291060.0301942500.00020.97*0.0002+0.03*0=0.0001940.00108830000.97*0+0.03*0.0098=0.0002940.00089435000.97*0+0.03*0.0198=0.0005940.00060040000.97*0+0.03*0=00.00000645000.97*0+0.03*0.0002=0.0000060.000006LOLE，HLOLE，EENS計(jì)算h負(fù)荷(MW)LOLEEENS(MWh)h負(fù)荷(MW)LOLEEENS(MWh)12380.0010880.116644133230.0494002.77560022210.0010880.098148143230.0494002.77560032040.0010880.079652153230.0494002.77560042040.0010880.079652163400.0494003.61540051870.0008940.063678173400.0494003.61540062210.0010880.098148183400.0494003.61540072550.0301940.280670193230.0494002.77560082720.0301940.793968203060.0494001.93580092890.0301941.307266212720.0301940.793968103060.0494001.935800222550.0301940.280670113060.0494001.935800232550.0301940.280670123060.0494001.935800242380.0010880.116644LOLE=0.0494天/天HLOLE=0.731986小時(shí)/天EENS=34.081578MWh/d實(shí)際工程應(yīng)用需要考慮的問題部分停運(yùn)問題計(jì)劃檢修問題負(fù)荷模型是采用確定負(fù)荷模型，如何考慮負(fù)荷變化的隨機(jī)性能源受限制的機(jī)組（如水電機(jī)組受水能限制）的考慮機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率是統(tǒng)計(jì)結(jié)果，本身存在不確定性，如何考慮強(qiáng)迫停運(yùn)率不確定性的影響最優(yōu)可靠性問題五、配電系統(tǒng)可靠性特點(diǎn)：通常為可修復(fù)串聯(lián)系統(tǒng)考慮開關(guān)操作、熔斷器動(dòng)作等評(píng)估算法元件的可靠性參數(shù)為：平均故障率（次/年）平均停運(yùn)時(shí)間（小時(shí)/次）平均年停運(yùn)時(shí)間（小時(shí)/年）串聯(lián)公式：指標(biāo)名稱

公式說明年故障停運(yùn)率λ（次/年）

(m為元件數(shù))指負(fù)荷點(diǎn)在一年中因電網(wǎng)元件的故障造成停電的次數(shù)年平均停運(yùn)時(shí)間U（小時(shí)/年）

指負(fù)荷點(diǎn)一年內(nèi)停電的時(shí)間總數(shù)平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間r（小時(shí)/次）指負(fù)荷點(diǎn)從停電開始到恢復(fù)供電這段時(shí)間的平均值年電量不足期望EENS(千度/年)負(fù)荷點(diǎn)在一年中因停電而造成的此節(jié)點(diǎn)上用戶的電量損失年停電損失費(fèi)用ECOST（萬元/年）負(fù)荷點(diǎn)在一年中因停電而造成的此節(jié)點(diǎn)上用戶的經(jīng)濟(jì)損失年停運(yùn)能量評(píng)估IEAR(萬元/千度)衡量此負(fù)荷點(diǎn)單位電量損失所帶來經(jīng)濟(jì)損失負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)指標(biāo)名稱公式說明系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI（次/用戶.年）指每個(gè)由系統(tǒng)供電的用戶在單位時(shí)間內(nèi)平均停電時(shí)間系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間SDIAI（小時(shí)/用戶.年）指每個(gè)由系統(tǒng)供電的用戶在單位時(shí)間經(jīng)受的平均停電持續(xù)時(shí)間用戶平均停電時(shí)間CAIDI（小時(shí)/用戶.年）指單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)受停電影響的用戶在每次停電所持續(xù)的時(shí)間平均供電可用率ASAI指一年中用戶的用電小時(shí)數(shù)與用戶要求的總供電小時(shí)數(shù)之比年電量不足期望值EENS（兆瓦時(shí)/年）系統(tǒng)中所有負(fù)荷點(diǎn)因停電事故造成的電量損失之和年停電損失費(fèi)用ECOST（萬元/年）系統(tǒng)中所有負(fù)荷點(diǎn)因停電事故造成的經(jīng)濟(jì)損失之和年停運(yùn)能量評(píng)IEAR(萬元/兆瓦時(shí))衡量整個(gè)系統(tǒng)單位電量損失帶來的經(jīng)濟(jì)損失表3系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)圖2-34簡單放射式供電網(wǎng)MS-主電源；QF-干線斷路器；QS1～QS5-隔離開關(guān)；AS-備用電源；

FU1～

FU3-支路熔斷器；A、B、C-負(fù)荷點(diǎn)

算例：有如圖2-34所示的簡單放射式供電網(wǎng)，計(jì)算其負(fù)荷和系統(tǒng)的平均停電時(shí)間、停電頻率以及可用（概）率指標(biāo)。（1）計(jì)算條件：1）干線故障率為0.1次/(km*年），修復(fù)時(shí)間為3h/次；分支線故障率為0.25次/(km*年），修復(fù)時(shí)間為1h/次。2）隔離開關(guān)QS3、QS4的操作時(shí)間為0.5h，QS5的操作時(shí)間為1h。

3）負(fù)荷點(diǎn)A、B、C供電的用戶數(shù)分別為250、100、50。4）考慮預(yù)安排停電和保護(hù)設(shè)備故障的影響。計(jì)算步驟1）分析每一段線路故障時(shí)造成各負(fù)荷點(diǎn)停電的頻率（λ）和持續(xù)時(shí)間（γ），并計(jì)算相應(yīng)的年平均停電時(shí)間（λγ）。2）計(jì)算各負(fù)荷點(diǎn)的停電頻率和年平均停電時(shí)間、以及停電持續(xù)時(shí)間。3）計(jì)算與用戶有關(guān)的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。不計(jì)備用電源的各負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)

元件負(fù)荷點(diǎn)負(fù)荷點(diǎn)B負(fù)荷點(diǎn)Cλ（次/年）γ（h）λγ(h/年)λ（次/年）γ（h）λγ(h/年)λ（次/年）γ（h）λγ(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0.751.00.752km段0.51.00.51km段0.251.00.25總計(jì)1.351.151.551.11.862.050.852.412.05計(jì)算與用戶有關(guān)的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)用戶總停電次數(shù)=250×1.35+100×1.1+50×0.85=490（次/年）用戶總停電持續(xù)時(shí)間=250×1.55+100×2.05+50×2.05=695（時(shí)*用戶）系統(tǒng)按用戶平均的停電次數(shù)=490/400=1.23[次/(用戶*年)]系統(tǒng)按用戶平均的停電持續(xù)時(shí)間=695/400=1.74[h/(用戶*年)]受影響用戶的平均停電持續(xù)時(shí)間=695/490=1.42[h/(停電用戶*年)]系統(tǒng)可用率=（400×8760-695）/(400×8760）=0.999802西安東南郊變供電區(qū)域負(fù)荷點(diǎn)/系統(tǒng)可靠性指標(biāo)節(jié)點(diǎn)號(hào)負(fù)荷點(diǎn)（次/年）（小時(shí)/次）U（小時(shí)/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0.3482540.7425270.25858818.359818.2893340.99616432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/年）SAIDI（小時(shí)/年）EENS（MWh/