電力系統(tǒng)運行可靠性分析與評價理論研究.pdf

1、科技的進(jìn)步、人們生活水平的提高及電力系統(tǒng)本身的特點，使得電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，電網(wǎng)事故的后果也越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的可靠性和風(fēng)險問題受到了越來越多的關(guān)注。用戶負(fù)荷需求的波動和系統(tǒng)中設(shè)備的隨機(jī)故障，使得電力系統(tǒng)的運行具有較強(qiáng)的隨機(jī)特性，而電力市場的引入和可再生能源發(fā)電容量的快速提高，帶來了更多的隨機(jī)性影響因素，僅靠確定性的方法已無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行決策的需求。進(jìn)行某項決策時，必須要考慮盡可能多的運行情況，綜合各個事件發(fā)生的概率及其后果

2、，在保證整個電力系統(tǒng)處于可接受的風(fēng)險水平下，審慎做出決斷。經(jīng)過數(shù)十年的研究與實踐，通過將可靠性工程原理與電力系統(tǒng)的實際問題及電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、計算方法相結(jié)合，在基于事件發(fā)生概率的可靠性概念和評價指標(biāo)的定義、計算模型及其參數(shù)的累計和統(tǒng)計等方面的研究與應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，受計算方法和系統(tǒng)復(fù)雜度的影響，目前的電力系統(tǒng)可靠性分析和風(fēng)險評估研究在模擬的精確度和速度上還存在沖突，在可靠性靈敏度的概念和工程實用方法上還有待于進(jìn)一步完善，尤其是在運

3、行環(huán)境下，需要一種快速電力系統(tǒng)可靠性分析與評估方法，使得在有限的計算時間內(nèi)，可以足夠的精度獲得電力系統(tǒng)當(dāng)前的可靠性狀態(tài)，并預(yù)測未來一段時間內(nèi)的發(fā)展變化。在此背景下，論文對運行環(huán)境下電力系統(tǒng)可靠性分析與風(fēng)險評價的模型和方法展開研究，其主要工作和創(chuàng)新成果體現(xiàn)在如下幾個方面:
　　 (1)針對廠站主接線可靠性分析中，尚未有機(jī)考慮元件故障切除及故障恢復(fù)的問題，以非序貫Monte Carlo模擬為基礎(chǔ)，提出將元件故障的切除和恢復(fù)有機(jī)銜接的

4、廠站接線可靠性分析方法。該方法基于拓?fù)浞治隼碚?，首先獲得距離故障元件最近的斷路器割集，模擬故障切除的操作，并在此過程中考慮保護(hù)失靈和開關(guān)拒動的影響;然后，閉合所有非故障開關(guān)，并利用距離故障元件最近的開關(guān)割集，來模擬故障恢復(fù)的操作，分別統(tǒng)計兩個過程中無法滿足的功率需求，可以獲得更合理的故障后果。該方法的特點在于提高可靠性分析精度前提下，既可避開模型復(fù)雜度的處理，又能使主接線可靠性分析貼近實際。通過算例的分析與比較，驗證了方法的正確性，以及

5、研究的必要性和算法的有效性。
　　 (2)提出廣義電網(wǎng)（將輸電線路、變壓器等有阻抗元件和斷路器、隔離開關(guān)等無阻抗元件一體化考慮）可靠性分析的蒙特卡羅模擬方法。首先通過廠站拓?fù)浞治觯玫降戎倒?jié)點及與有阻抗元件的連通性，然后，再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，獲得等值電網(wǎng)，由此計算并統(tǒng)計系統(tǒng)可靠性測度指標(biāo)。在廣義電網(wǎng)模擬過程中，依據(jù)鄰接矩陣傳遞閉包陣不變的思想，采取快速局部拓?fù)浼夹g(shù)，以減少計算量。算例分析表明，該方法獲得的結(jié)果更加符合實際。

6、>　　 (3)針對電力系統(tǒng)可靠性分析中蒙特卡羅模擬法需要大量計算資源和收斂速度較慢的缺點，從運行角度出發(fā)，在設(shè)備具備故障率指數(shù)分布特性前提下，基于馬爾科夫鏈，建立可快速對電力系統(tǒng)運行可靠性解析分析的模型。其核心體現(xiàn)在:首先，提出便于工程實現(xiàn)的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)劃分為3類的準(zhǔn)則，及其對應(yīng)的狀態(tài)空間轉(zhuǎn)移表達(dá);然后，基于電力系統(tǒng)運行歷史數(shù)據(jù)樣本（或模擬數(shù)據(jù)樣本）得到電力系統(tǒng)運行等值的馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。在此基礎(chǔ)上，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣和

7、電力系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)，可快速解析未來一段時間內(nèi)電力系統(tǒng)運行狀態(tài)變化概率、平穩(wěn)狀態(tài)概率及首次故障平均時間等可靠性指標(biāo)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行可靠性的快速評估。相關(guān)算例驗證了電力系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的馬爾科夫特性，表明了本研究的有效性。
　　 (4)對電力系統(tǒng)進(jìn)行可靠性靈敏度分析可以辨識系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，對改善系統(tǒng)可靠性具有重要意義。針對傳統(tǒng)可靠性靈敏度方法在理論與實踐中的不足之處，通過分析可靠性靈敏度的圖形表達(dá)和電力系統(tǒng)工程實際需求，提出了潛