電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析與評價(jià)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(diǎn)，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(xiǎn)問題受到了越來越多的關(guān)注。用戶負(fù)荷需求的波動(dòng)和系統(tǒng)中設(shè)備的隨機(jī)故障，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行決策的需求。進(jìn)行某項(xiàng)決策時(shí)，必須要考慮盡可能多的運(yùn)行情況，綜合各個(gè)事件發(fā)生的概率及其后果

2、，在保證整個(gè)電力系統(tǒng)處于可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平下，審慎做出決斷。經(jīng)過數(shù)十年的研究與實(shí)踐，通過將可靠性工程原理與電力系統(tǒng)的實(shí)際問題及電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、計(jì)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(jià)指標(biāo)的定義、計(jì)算模型及其參數(shù)的累計(jì)和統(tǒng)計(jì)等方面的研究與應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，受計(jì)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(xiǎn)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(shí)用方法上還有待于進(jìn)一步完善，尤其是在運(yùn)

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(jì)算時(shí)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(shí)間內(nèi)的發(fā)展變化。在此背景下，論文對運(yùn)行環(huán)境下電力系統(tǒng)可靠性分析與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)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(gè)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)浞治隼碚摚紫全@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(dòng)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(jì)兩個(gè)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(diǎn)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(shí)際。通過算例的分析與比較，驗(yàn)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?，得到等值?jié)點(diǎn)及與有阻抗元件的連通性，然后，再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯@得等值電網(wǎng)，由此計(jì)算并統(tǒng)計(jì)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(jì)算量。算例分析表明，該方法獲得的結(jié)果更加符合實(shí)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(jì)算資源和收斂速度較慢的缺點(diǎn)，從運(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)，可快速解析未來一段時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化概率、平穩(wěn)狀態(tài)概率及首次故障平均時(shí)間等可靠性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的快速評估。相關(guān)算例驗(yàn)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(shí)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(shí)際需求，提出了潛