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1、f 工-x分类号甲7 7 8 5 6 7密级亭卞斜技大茅硕士学位论文湖北省电力系统可靠性研究学位申请人：学科专业：指导教师：王家斌电气工程段献忠教授论文答辩日期兰：生三璺!旦学位授予日期答辩委员会主席塾主评阅人塾选当!当鉴至亟：华中科技大学硕士学位论文摘要电力系统可靠陛是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度。随着电力体制的改革和电力市场化的进一步深入以及电力系统规模的扩大，建立合理的电力系统可靠性准则对保证系统安全运行和有效的公平竞争是有着积极意义的，电力系统可靠性的研究及应用将更加深入和广泛，原先在垄断运行情况下的可靠性指标体系应重新进行考虑，
2、特别是与发电和输电有关的可靠性指标。本文对发电系统、发输电系统以及配电系统可靠性进行了介绍，着重对发电系统可靠性的相关问题展开研究，对其原理、特点、指标及计算方法迸行详细的论述。利用V C+语言编制面向对象的发电系统可靠性程序，结合2 0 1 0 年湖北电力系统电源规划进行发电可靠性评估和分析，计算各种相应指标，并对该结果进行深入的探讨。对系统负荷、电源装机、机组的等效可用系数、机组的强迫停运率、电源结构以及机组检修等因素的变动对可靠性指标的影响进行敏感性分析，分析影响发电系统可靠性指标的具体因素，就如何提高可靠性的指标提出相应的措施与建议。并与目前通用的计算方法计算的结果楣互印证、对照，最后
3、对可靠性指标对应的经济性等问题进行综合技术经济比较分析，结合湖北电网的实际情况，提出2 0 1 0 年湖北电力系统发电可靠性指标的合理取值范围。关键词：电力系统可靠性发电系统概率分析华中科技大学硕士学位论文A b s t r a c tP o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t yi sa l li n d e xw h i c hc a r tm e u s l l r ei t sa b i l i t yt oc o n t i n u o u s l ys u p p l yq u a l i f i e da n dq u a n t i f i
4、e de l e c t r i c a lp o w e ra n dp o w e re n e r g yt oc o n s u m e r s A tp r e s e n t，r e f o r m a t i o ni np o w e ri n d u s t r ya n dp o w e rm a r k e t a l i z a t i o na r ep u tf o r w a r d，i na d d i t i o n，t h es c a l eo ft h ep o w e rs y s t e mi se x t e n d e d A sar e s u
5、 l t，i no r d e rt oe n s u E cs a f eo p e r a t i o na n de q u a lc o m p e t i t i o ni np o w e rs y s t e m s，i ti si m p o r t a n tt oe s t a b l i s hp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t yr u l e s T h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t y
6、w i l lb ed e e p e r R e l i a b i l i t yi n d i c e so ff o r m e rs y s t e ms h o u l db ed e v e l o p e d，e s p e c i a U yt h er e l i a b i l i t yi n d i c e sw i t hr e g a r dt og e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o n T h er e l i a b i l i t yo fg e n e r a t i o n，t r a n s m i
7、 s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mi sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r,m a i n l yo fg e n e r a t i o ns y s t e m，d e t a i l e di n f o r m a t i o no fi t sp r i n c i p l e，c h a r a c t e r i s t i c，i n d i c e sa n da l g o r i t h mi ss t a t e d T h ea l g o r i t h mo fg
8、 e n e r a t i o ns y s t e mr e l i a b i l i t yi sp r o g r a m m e du s i n gV C+l a n g u a g e T h i sp a p e ra s s e s s e sa n da n a l y z e sg e n e r a t i o nr e l i a b i l i t yc o m b i n e dw i t h2 0 1 0H u b e ip o w e rp l a n，t h e nc a l c u l a t e ss o m ek i n d so fc o r r
9、e s p o n d i n gi n d i c e s，a n dd i s c u s s e st h e s er e s u l t s B e s i d e s，a n a l y z e st h ei n f l u e n c eo fs y s t e ml o a d，i n s t a l l e dc a p a c i t yo fg e n e r a t o r s，e q u i v a l e n ta v a i l a b i l i t yf a c t o r s，f o r c e do u t a g er a t e so fg e n
10、e r a t o r s，s t r u c t u r eo fp o w e rs o u r c e sa n dg e n e r a t o rm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gc t c t or e l i a b i l i t yi n d i c e s，a n dt h ef a c t o r sa f f e c t i n gi t，s e v e r a ls u g g e s t i o n sa r ep r o p o s e dt oi m p r o v er e l i a b i l i t yi n
11、 d i c e so fg e n e r a t i o n A n dt h e n，c o m p a r ew i t ht h eg e n e r a la l g o r i t h m，f r o mw h i c hw ec a nv e r i f y0 1 2 1 r e s u l t s A tl a s t，t e c h n o l o g i ca n de c o n o m i cc o m p a r i s o no fr e l i a b i l i t yi n d i c e si sg i v e nc o n s i d e r i n g
12、t h ep r a c t i c eo fH u b e ig r i d，t h er a n g eo fr e l i a b i l i t yi n d i c e so fH u b e ip o w e rs y s t e mi sp r o v i d e d K e yw o r d s：P o w e rs y s t e mR e l i a b i l i t yG e n e r a t i o ns y s t e mP r o b a b i l i s t i ca n a l y s i sI I独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行
13、的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：主、泵拭日期：2 一r 年r 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本
14、授权书。本论文属于不保密翻。(请在以上方框内打“4”)学位论文作者签名：王家武日期：。r 年r 月 日指导教师签名：日期：h P 年户月1 日一rii、华中科技大学硕士学位论文1 1 引言1 绪论可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力0,2 1。可靠性工程提供理论和实用的工具口】，从而使部件、元件、产品或系统在规定的时间内以给定的置信水平无故障地执行其设计功能的概率和能力，可以规定、预测、设计、试验或演示部件、元件、产品或系统的可靠性性能，可以监测并反馈到有关的组织，提高可靠性。把可靠性工程的一般原理和方法与电力系统中的工程问题相结合，便形成了电力系统可靠
15、性，这是六十年代中期以后才发展起来的一门新兴应用科学，它渗透到电力系统的规划、设计、运行和管理等各个方面。电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度，包括充裕度和安全性两个方面1 4J。在电力系统的规划、设计和运行的全过程中，坚持系统全面的可靠性定量评估制度是提高电力系统效能的有效方法【5】。在可靠性评估中，除了对可能出现的故障进行故障分析，采取相应措施，以减少故障造成的影响外，还可对可靠性投资与相应带来的经济效益进行综合分析，以确定合理的可靠性水平，使电力系统的综合效益达到最佳。本文中可靠性主要指电源可靠性，主要研究在孤立发展的电力系
16、统的可靠性水平。采用概率性方法评估发电可靠性，近年来受到了电力系统规划工作者和电力公司的广泛重视【6 1，但在电力系统规划工程中的应用仍处于起步阶段。由于电源可靠性估计是对事物的未来进行预先估计与推测，包括用以计算可靠性的原始数据如机组的强迫停运率、故障率、修复率以及预测的负荷容量，都存在不确定性，因此由计算得到的电源可靠性指标也存在不确定性。本文旨在从电力商品特性的角度出发，探索影响电源可靠性的各种因素，以期把握电源建设与国民经济发展之间的关系，确定合适的电源建设方针和进度安排，为电力系统电源建设提供决策依据。1 2电力系统可靠性发展过程2 0 世纪5 0 年代，可靠性概念用之于工业，首先在
17、军用电子设备中出现1 7 4J。6 0年代中期，美国、西欧、日本、苏联等国家的电力系统陆续出现稳定性的破坏事故，华中科技大学硕士学位论文导致大面积停电，引起很大的震动。1 9 6 5 年美国东北部系统发生大停电，美国政府对这次事故组织调查。在此基础上，1 9 6 8 年成立了美国电力可靠性协会(N a t i o n a lE l e c t r i cR e l i a b i l i t yC o u n c i l，N E R C)，将全美分成2 2 个安全协作区，以后改为1 1 个，各自制定了可靠性准则，力求保证电力系统能经受较大事故，避免引起连锁反应形成大范围的停电。1 9 8 i
18、年加拿大和墨西哥的一些电力系统参加，改名北美电力可靠性协会。与此同时，西欧、日本各国也纷纷在电力部门开展了电力可靠性管理工作。在推动电力系统可靠性理论和种种技术问题的研究方面，国际大电网会议(C o n f e r e n c eI n t e r n a t i o n a l ed e sG r a n d sE l e c t r i q u e saH a u t eT e n s i o n)、电气与电子工程师学会(I n s t i t u t eo f E l e c t r i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r s，I E
19、 E E)、爱迪生电气学会(E d i s o nE l e c t r i cI n s t i t u t e，E E l)、美国电力研究院(E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e，E P R I)等都做出了重要贡献。自9 0 年代初美国电力工业引入市场机制后，具有民间性质的N E R C 的权威性受到挑战，为适应电力体制改革形势的需要，1 9 9 8 年N E R C 改组为强制性的、有政府作后盾并支持的北美电力可靠性组织(N o r t hA m e r i c aE l e c t r i cR e l i a
20、 b i l i t yO r g a n i z a t i o n，简称N A E R O)。N A E R O 由美国全国范围内的1 0 个地区性的可靠性协会组成【9】。2 0 世纪9 0 年代，有两个重要的因索影响着电力系统可靠性的发展。第一是电力市场的出现。电力市场要求竞争必须基于公开、公正、公平原则，电力自由交易有必须在保证可靠性的基础上才能持续地、健康地进行。第二是1 9 9 6 年美国西部电力系统的两次特大停电事故。一次发生在1 9 9 6 年7 月2 日，停电持续时间约O 5 h，停电负荷达7 5 G W，损失发电容量6 4 G W，影响用户约2 0 0 万个。另一次发生在1
21、 9 9 6 年8 月1 0 日，停电持续时间约3 h，损失负荷达3 0 4 9 8 G W，损失发电容量2 5 5 7 8 G W，影响的用户达7 5 0 万个，停电面积达1 8 0 万平方英里4 7 亿k m 2 包括美国的1 4 个州和加拿大的2 个省。N E R C 在总结1 9 9 6 年两次特大停电事故的经验教训和电力市场特点基础上，对原有的电力系统可靠性标准进行了修订，1 9 9 7 年推出了规划标准(P l a n n i n gs t a n d a r d)【1 0 l，规划标准以国家法规形式要求在成员之间强制执行。1 9 9 8年N E R C 又推出执行细则(c o m
22、 p l i a n c et e m p l a t e s)，对规划标准进行详细的解释和细化。这使得电力系统可靠性的研究工作有了快速的发展，大多数的电力公司都陆续采用概率性准则如L O L P(电力不足概率)或者L O L E(电力不足期望值)来作为可靠性判断准则，这一准则能从发电能力、计划检修、故障停机、负荷水平及特性等诸多方面来综合判断发电供应的可靠性程度，能较好的综合与发电系统可靠性相关的各种华中科技大学硕士学位论文因素影响，被越来越广泛的应用于电源规划中。一般多数国家采用的标准L O L E 在0 1-0 3 d a 范围内，如美国为0 1d a，加拿大为0 1 d a，西班牙为0
23、 1d a，意大利国家电力局为O 2d a，英国C E G B 为0，2 3 d，a，日本为0 3 d a。1 9 8 1 年中国水利电力部颁布实行了电力系统安全稳定导则，它是指导电力系统的规划、计划、设计、基本建设、生产运行和科研试验等部门有关电力系统安全稳定运行的三道防线。第一道防线，对常见的单一故障，如单相瞬时接地，要保持系统稳定运行和对负荷的正常供电；第二道防线，对发生概率较小的单一严重故障，如三相短路，必须保持系统稳定运行，但允许损失部分负荷；第三道防线，对严重的多重故障，系统可能失去稳定，但必须采取预防措施防止系统崩溃，避免系统发生长时间的大面积停电，并尽可能迅速恢复系统的正常运行
24、。1 9 8 3 年中国成立了中国电机工程学会可靠性专业委员会，同年中国电工技术学会成立电工产品可靠性研究会，1 9 8 5 年1 月，原水利电力部成立了电力可靠性管理中心，开展发电设备、输变电设备、配电设备和系统的可靠性统计工作，一些大学和研究机构开展了电力系统可靠性的理论研究和教学，电力规划、设计、研究和设备制造部门在系统规划和工程设计中开展可靠性评估，运行部门开展了可靠性管理工作。随着几次电力系统的机构改革从水电部、能源部、电力部到国家电力公司，电力可靠性管理中心均随之变更名称。1 9 9 9 年电力可靠性管理工作正式纳入行业管理的范畴，中心更名为叫a 国电力企业联合会电力可靠性管理中心
25、”。1 3电力系统可靠性应用现状到目前为止，世界上8 0 的国家已选用概率法分析发电系统可靠性，并应用于规划的各个方面。2 0 世纪9 0 年代，我国电力系统可靠性的研究和应用也有新的发展，开发了有自主版权的电源规划软件，发输电合成系统可靠性评估软件，配电系统可靠性评估软件，发电厂变电所电气主接线可靠性评估软件等，并在三峡、东北电力系统、华东电力系统、天津城网改造、龙滩水电厂、贵州洪家渡水电站、江苏田湾核电站，湖北孝感变电所等工程中应用，电力规划院和电力可靠性管理中心牵头的工作组也对华北、东北、西北、华中、华东五大跨省电力系统及山东、川渝和福建3 个省级电力系统的2 0 0 0年发电可靠性进行
26、了评估。1 9 9 9 年6 月中国电力企业联合会成立了电力行业可靠性管理委员会，把已开创的电力可靠性管理工作推向更高水平。此外，在电工设备可靠性华中科技大学硕士学位论文方面也有新进展。我国采用的可靠性判断准则也渐渐得从确定性向概率性过渡，但是目前电力系统规划普遍还是采用确定性分析方法来确定电源装机规模和建设进度，发电系统可靠性指标标准也没有统一的规定，还处于一种研究探索阶段。1 4 本文的主要工作本文主要围绕电力系统可靠性的研究展开论述，对其原理、特点及计算方法进行详细的介绍，并利用v C+语言编制面向对象的发电系统可靠性程序，结合湖北省电力系统“十一五”规划，计算得湖北省2 0 1 0 年
27、发电系统可靠性指标，重点对该结果进行深入的探讨，分析影响发电系统可靠性指标的具体因素，并就如何提高可靠性的指标提出相应的措施与建议，以及提出湖北省2 0 1 0 年可靠性指标的合理取值范围。华中科技大学硕士学位论文2电力系统可靠性评估模型及方法2 1 可靠性的定义可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。电力系统是由发电机、变压器和输电线路等元件组成的大系统，可分为发电系统、输电系统和配电系统，它的任务是向用户提供电能，其可靠性可定义为向用户提供质量合格的、连续的电能的能力，它包含充裕度和安全性两个方面。充裕度(a d e q u a c y)是指电力系统维
28、持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运，充裕度又称为静态可靠性，即在静态条件下，电力系统满足用户对电力和电能量需求的能力：安全性(s e c u r i t y)是指电力系统承受突然发生的扰动，如突然短路或未预料到的失去系统元件的能力，也称为动态可靠性，即在动态条件下，电力系统经受住突然扰动，且不间断地向用户提供电力和电能量的能力”J。鉴于电力系统的范围很大，在研究可靠性时要根据不同环节的要求，突出主要矛盾，这样，电力系统可靠性便形成若干分支，如发电系统可靠性、发输电系统可靠性、输电系统可靠性1 3-1 5 、配电系统可靠性、发电厂变电
29、所电气主接线可靠性【怕l 等。发电系统可靠性是对统一并网后的全部发电机组按可接受标准及期望数量，满足电力系统负荷电力和电能量需求能力的度量。主要是研究发电机组与负荷之间的可靠性，它假定输电环节的可靠度等于l。发输电系统可靠性是由统一并网后运行的发电系统和输电系统组合成的发输电系统按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电能量能力的度量，它包含充裕度和安全性两个方面。输电系统可靠性是对从电源点输送电力到供电点按可接受标准和期望数量满足供电负荷电力和电能量能力的度量，它也包含充裕度和安全性两个方面。目前，由于电网互联以及电力的市场化运营，有很多学者开始对大型复杂电网 1 7-1 9 1 以及电力市
30、场 2 0 2 2 1 情况下的电网可靠性进行了大量的研究，取得了一系列的研究成果。配电系统可靠性是对供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备按可接受标准和期望数量满足用户电力和电能量能力的华中科技大学硕士学位论文度量。发电厂变电所电气主接线可靠性是对组成主接线系统的元件(断路器、变压器、隔离开关、母线)可靠性的指标已知和可靠性准则给定的条件下，评估整个主接线系统按可接受可靠性准则满足供电电力和电能量需求能力的度量。电力系统可靠性是通过定量的可靠性指标来度量的，一半可以由故障对电力用户造成的不良影响的概率、频率、持续时间、故障引起的期望电力损失及期望电能量损
31、失等指标描述，不同的子系统可以有专门的可靠性指标。2 2 发电系统可靠性研究发电系统可靠性的主要目标是确定电力系统为保证有充足的电力供应所需的发电设备容量【23 1。衡量发电系统可靠性的指标是系统的充裕度，是指在发电机组额定值和电压水平限度内，扣除由机组的计划和非计划停运造成的降低出力后，向用户提供的电力和电量需求的能力。它并不反映任何特定用户负荷点的电力不足，但能衡量整个发电系统的充裕度。可靠性的标准有确定性的和概率性的2 种，通常用来衡量系统装机容量充裕度采用的是确定性方法，如备用百分数原则及备用应大于系统最大机组容量等原则f 2 4J 或两者结合使用；概率性指标能较好的综合与发电系统可靠
32、性有关的各种因素影响，评估的技术在国际上已经成熟B”。目前，世界上许多国家或电力公司提出了一些推荐的可靠性指标捧J，详见表2 一l。由表2 1 可见，各国可靠性指标有的取L O L E(d)，有的取L O L E(h)，且各国指标取值相差很大，一般各国的充裕度在1 0-3 5 之间；L O L E(d)指标从O 1-6 d a不等，多在O I O 4 d a 的范围内；L O L E(h)指标从2-3 5 h a 不等。2 2 1发电系统可靠性估计方法目前，常用的发电系统可靠性估计方法大致可以分为四种【1 1：电力不足时间概率法(L o s so f l o a d p r o b a b i
33、 l i t ym e t h o d 简称L O L P)【6】；电量不足概率法(L o s so f e n e r g yp r o b a b i l i t ym e t h o d，简称L O E P)；频率和持续时间法(F r e q u e n c ya n dd u r a t i o nm e t h o d，简称F D)：模拟法(S i m u l a t i o nm e t h o d)。2 2 1 1电力不足时间概率法电力不足时间概率法简称为L O L P 法。该法于1 9 4 7 年前后由卡莱布雷斯(C a l a b r e s e)提出，1 9 5 8 年克希
34、马义尔(K i r c h m a y e r)等人加以完善。L O L P 法把发华中科技大学硕士学位论文电系统的停运容量概率模型和系统的日尖峰负荷曲线(或持续曲线)综合起来，得到日(或小时)尖峰负荷超过系统可用发电容量的概率，记为L O L P，并以此作为系统的可靠性指标。实际上，入们还常把这一指标用另一种比较直观的方式表示，就是年内，日(或小肘)尖峰负荷超过系统可用发屯容量的期望天数，记为L O L E(L o s so fl o a de x p e c t a t i o n)，因此，该法也称为L O L E 法。表2 1国外电力公司发电可靠性标准国家L O L EL O L EL
35、O L EL O L E(d)(h)容量裕度国家(d)(h)容蟥裕度(或公司)(或公司)，(d a-。)(h a)(d a)(h a“)澳大利亚5 72 0 3 0日本O 32 0 3 0比利时1 6约旦0 42 5 3 0巴西2 5瑞典0 4加拿大0 I2 52 0荷兰3 0-4 0独联体3 51 5 1 7挪威3丹麦2 0葡萄牙2 0芬兰91 4罗马尼巫O 1 1 23 0 3 5法国0 22斯洛文尼亚2 02 4德国2 0南非62 02 2 2 8爱尔兰1 593 3 3 5醒班牙0 11 0意大利2 5英国1 82 4科特迪瓦1 7美国O I1 5 2 0注：1、日本的L O L E
36、指标为0 3 天月，该月为最大负荷月。2、统计数据包括加拿大4 个电力公司、澳大利亚3 个电力公司和美国3 个电力公司。2 2。1 2 电量不足概率法电量不足概率法简称为L O E P 法。这种方法也是卡莱布雷斯(C a l a b r e s e)首先提出来的，1 9 5 8 年由托马斯(T b o m a s)等人作了改进和发展。L O E P 法和L O L P 法一样，都采用发电系统的停运容量概率模型，只是在把电源模型和负荷模型综合时，各自采用了不同的方式。在L O E P 法中考虑的是由于同尖峰负荷超过可用发电容量而不能供给的电量。可靠性指标是，由于可用发电容量低于日尖峰负荷而不能供
37、给负荷的电量与要求系统供给负荷总电量之比值，记为L O E P。通常这一指标还可用另一种方式表示，就是一年内由于日尖峰负荷超过可用发电容量而不能供给的电量期望值，记为E E N S(E x p e c t e de n e r g yn o ts e r v e d)，这时，L O E P 法也7华中科技大学硕士学位论文称为电能不足期望值法，简称E E N S 法。因为L O E P 法中要计算电量，所以，该法不如L O L P 法方便，因此，L O E P 法应用一般不象L O L P 法那样普遍。2 2 1 3 频率期间法频率和持续期间法f 2“，简称F D 法，最初由希赖(S e e l
38、 y e)等人提出，后来由林格里(R i n g l e e)等人作了改进。F D 法所用的停运容量模型和负荷模型比起前两种方法都更为精确，因而也更加复杂。F D 法一般要考虑日负荷曲线的变化。数学方法上也采用了马尔柯夫模型。F D法的指标主要有三个：电力不足(系统故障)的概率；频率和持续时间。频率指某一特定事 牛在单位时间内重现次数的期望值。而持续时间指标则是系统停留在某一特定状态的期望时间。这三个指标中，概率和频率是最基本的。此外，通过换算，还可得到另外一些附加的指标。F D 法虽比L O L P 法复杂，但它反映问题比较全面，因此，近年来越来越被人们所重视。以上介绍的三种方法同属解析法，
39、共同特点是：元件及系统的寿命过程均用般数学模型表示，用求解数学模型的方法求得可靠性指标。这类方法描述了存在于实际系统中的因果关系，易于理解，在给定的简化条件下，可以计算得正确得结果，因此在世界范围内得到了广泛得应用。北美、日本和前苏联等国都发表了大量的关于解析法的文章和著作。2 2 1。4 模拟法模拟法，又称蒙特卡罗法。主要是指电力系统的随机生产模拟，它通过优化发电机组的生产情况。考虑机组的随枫故障及电力负荷的随机性，从而计算出最优运行方式下各电厂的发电量、系统的生产成本以及系统的可靠性指标。它的主要特点是将系统分成许多元素，这些元素的特征可通过概率分布(不限于指数分布)加以预测，然后将这些元
40、素特性组合起来确定系统可靠性，虽然也使用数学模型，但是通过在此模型基础上进行采样实验求得结果。也就是说，把模拟当作一系列真实的试验来处理，在其过程中，事件发生的时间是由服从预定概率分布的随机过程来确定的。国外从2 0 世纪7 0 年代就开始进行随机生产模拟的研究，发展了标准卷积法f 经赡递推法)、傅早叶级数法和半不变量法(累积量法)等计算方法。标准卷积法将概率8华中科技大学硕士学位论文学中对随机变量概率分布函数的卷积计算公式作为算法的核心，其概念清晰，但是随着电力系统规模的扩大以及对水电机组和分段机组的考虑，这种采用递归卷积计算处理离散点的方法使计算量急剧上升，给随机生产模拟的实际应用带来很大
41、困难。为了克服上述困难，各国学者提出了不少简化算法，例如：用5 0 项1 0 0 项傅里叶级数描述持续负荷曲线，然后在频域内进行卷积计算i 或用分段直线来描述持续负荷曲线。但该方法在反复进行卷积和反卷积计算时会出现数值解不稳定的问题，而且卷积计算量较大，因此未得到广泛应用。半不变量法用随机分布的数字特征一半不变量来描述系统的持续负荷曲线和各发电机组的随机停运函数，也称为矩方法【2”。该方法由于计算效率高和处理问题灵活而获得了广泛的应用。其主要问题是误差难以控制，往往会导致很大的误差。文献 2 8 1 所提出的随机生产模拟的等效电量函数法(e q u i v a l e n te n e r g
42、 yf u n c t i o nm e t h o d)，以对电量函数的卷积代替了对等效持续负荷曲线的卷积，显著提高了计算效率，非常适合于含有多个水电厂的电力系统随机生产模拟。该算法目被认为是在计算精度及速度方面最好的算法【2 9 1，己在国内外获得广泛应用。解析法和模拟法各有其优缺点，模拟法适用于下列场合：需要模拟非指数型时阅分布函数。解析法往往为丁不使计算过于复杂丽假定分布函数服从指数分布。实际上，有些随机变量(如设备的修理时间)的分布函数并非定是指数型，这种情况下，采用模拟法较好；需要获得某些输出指标的分布函数与统计数据；故障、检修、计划维修间存在着比较复杂的关系；需要考虑调度中心的作
43、用：对于大系统，解析法显得十分复杂，构造数学模型很困难，即使构造成数学模型一定是指数型，也较难得到解析解，这时采用模拟法较好：在由1 1 个独立的双态元件组成的系统中，状态总数为2“，随n 按指数增加。计算可靠性的时间可看作与2“成比例增加。模拟法则不然，为了保证模拟法的准确度，所需模拟的运行时间T 应较长。而模拟法所需的计算时间与模拟的运行时间及元件数成正比。因此，在小系统中，模拟法所需时间较长，而在大系统中，则反之。欧洲国家，如法国、瑞士和意大利等国主要用模拟法。2 2 2 发电系统可靠性模型发电系统的可靠性模型包含机组的停运容量模型和负荷模型这两方面。华中科技大学硕士学位论文2 221停
44、运容量概率模型的建立1)关于停运的处理目前，发电机组的停运模型一般部采用两态模型，即工作状态和故障停运状态。实际上存在部分停运，即可用发电容量不能达到额定容量。通常把部分停运折合成完全停运来考虑。定义等效强迫停运率(T h e E q u i v a l e n t F o r c e d O u t a g e R a t e，简写E F O R)如下：啪舡笔嚣蒜辫陋，廷行小时+强迫停运小时、。2)计划检修的考虑机组的计划检修是事先安排的，与强迫停运的性质不同，在可靠性计算中可如下处理：(1)适当减少研究期间的机组容量总数。这样做要频繁地修改系统的机组停运容量模型，工作量大，不方便。(2)利
45、用“有效荷载能力”(E f f e c t i v eL o a d C a r r y i n gC a p a b U i t y)或“有效容量”(E f f e c t i v eC a p a b i l i t y)概念修改负荷模型，以此来考虑计划检修的影响。(3)能源受限制的机组，如水电机组，受限制的那部分能源是带有随机性质的。(4)机组的停运参数是根据统计得来的，是一种估计值，存在不确定性。通常采用运行参数的估计值进行分析计算，作为确定的值处理，必要时考虑机组停运参数不确定性的影响。综上述，发电机组最典型的模型是两态，即工作状态和故障状态，而且停运参数是确定的，对一些特殊的工程实
46、际问题，如检修作特殊处理。2 2 2 2 停运容量概率模型1)机组类型相同时一般若同类型机组总数为n，其中有k 台故障，则状态k 的概率P k 为：A=c：r(1 一r)”。(2-2)其中：r 为机组的强迫停运率，r=L；九为机组故障率：u 为机组修复率。状态k 的确切频率f k 为：J 0华中科技大学硕士学位论文五=P k(+筇)(2 3)其中：封为从状态k 向停运容量较小的状态(可用容量较大的状态)的转移率，露2 k u：巧为从状态k 向停运容量较大的状态(可用容量较小的状态)的转移率，巧。(n-k)九i第k 个状态的积累概率为：P k 2 P(k)=只，；I第k 个状态的积累频率为：F(
47、c k)=P，【t(C)一A 一(C)】r=t2)停运容量概率模型新增机组后停运容量为X 的确切状态概率：P(X)=(I-r)P7(X)+r p(X C)(2-4)其中：C 新增机组容量，M W；r 一新增机组的强迫停运率，r=F O R；P(x)新增机组后停运容量为x 的确切状态概率；D(x)新增机组前停运容量为X 的确切状态概率；对第一台机组P(O)=I-r，P(c)-r，当X C 时，P7(X C)=0。新增机组后停运容量为X 的积累状态概率：P(X)=(1-r)P7(X)+r P(X-C)(2 5 13)停运容量频率模型确切状态频率指系统恰好出现某一停运容量x 的确切状态的频率，厂(x
48、)=p(z)【(Z)+丑(X)】(2 6)积累状态频率指等于或大于某一停运容量x 的状态的频率，F(X)=(1 一r)陋(X)-九P(X)】+r F(X-C)+u P(x-C)】(2 7)式中P(X)=P7(x j)，所有x j X2 2 2 3 负荷模型的建立在发电系统的可靠性估算中，负荷模型是基本模型之一，它可以用一年中不同阶段的负荷曲线表示，也可用每月、每天、每小时的负荷表示。负荷大小是一个预测值，存在一定的不确定性，处理负荷的不确定性有两种方法：一是按各种可能的预测尖峰华中科技大学硕士学位论文计算系统的可靠性指标，再用预测负荷的概率对系统的可靠性指标进行加权平均；另一种是把预测负荷看成
49、一个随机变量，求出它的数学期望值和方差，这样，系统的可靠性指标也是随机变量，其数学期望值和方差也可根据预测负荷的数据求出来。发电系统的可靠性估算中，有两种方法，用确切停运容量模型和积累负荷模型，或用积累停运模型和确切负荷模型，本文主要讨论后者。1)L O L E(或L O L P)法用的确切负荷模型这种负荷模型比较简单，采用了所研究期间内的日尖峰负荷，此负荷模型不考虑一天中负荷的变化，因此用此负荷模型算出的L O L E 或L O L P 值只能反映电力不足的风险，不能反映电力不足的频率、持续时间和严重程度。2)H L O L E 法和E E N s 法用的负荷模型H L O L E(H o
50、u r l yl o s so f l o a de x p e c t a t i o n)法弥补了L O L E 法只反映一天的尖峰持续负荷的不足，可以考虑一天中2 4 小时负荷的变化。应用E E N S(E x p e c t e de n e r g yn o ts e r v e d)这一指标可弥补L O L E 只反映停电时间的概率，而未考虑停电规模大小的不足，它能反映电力系统事放的严重程度。这两种方法所用的负荷模型应包括研究期间每小时的负荷，可直接应用的每小时的负荷，也可排列成从大到小的积累形式(负荷持续曲线)，然后应用。3)频率期间法用的负荷模型这有两种负荷模型，一是以确切状态