第6章电力系统可靠性评估

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两种方法的指标计算公式有不同的表达式,但这两 种方法中的系统分析是相同的,而且不依赖于系统状态 的选择方法。
发电、配电、变电站和输电系统的系统分析技术不 同。
通常用于发电和配电系统的分析技术相对简单明了, 用于变电站电气接线的分析技术则更复杂一些,而最复 杂的是用于输电网的分析技术。
以下将结合算例详细介绍。
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➢频率-持续时间法 频率-持续时间法是由状态频率和转移率计算频
率和持续时间的基本方法,尽管频率平衡的概念也可 用于建立极限状态概率的状态空间方程式,但可将其 看成马尔可夫方法的派生。
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6.2.3 复杂系统
对于大规模系统的可靠评估,主要有两类方法: 状态枚举和蒙特卡罗仿真,后者可分成序贯和非序 贯抽样方法。
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线路停运后的潮流可由下式计算:
基于直流潮流的故障分析
是停运状态的有功潮流矢量;PG和PD分别是发电输 出和负荷功率矢量; 是停运状态S的有功潮流和注入 功率间的关系矩阵,其第m行可计算如下:
是线路m的电抗;下标r和q分别表示线路m的两端节 点编号; 和 分别是 的第r和第q行。
特卡罗模拟法。
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6.2.2 简单系统 发电系统可靠性评估的本质是计算服从一定概
率分布的两个随机变量(即发电容量和负荷需求) 之间的差值。这就是数学上的卷积概念。
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6.2.2 简单系统 ➢概率卷积
设两个随机变量X和Y具有下述离散概率密度函数:
•则随机变量

为修复率。
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➢马尔可夫方程 马尔可夫方程是以状态空间图为基础,也被称为状 态空间法。这种方法的主要优点是所有状态及其相 互转移有着很清晰的图形表示;缺点是对大系统的 应用相当困难。对于由N个两状态(运行和停运)元 件组成的系统,其系统状态数为2N。当N较大时, 状态空间图的建立几乎是不可能的。
两端的潮流是

,停运前母线i和j上有两
个外加注入功率,用

表示。如果外加
注入功率完全与线路i—j的停运等效。可以证明,线路i—j的
潮流和停运前状态的外加注入功率存在以下关系:
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•基于交流潮流的灵敏度法(续)
在母线i和j的这一外加注入功率可通过求解上述方程得出。 然后可求解下式获得由线路i—j停运引起的母线电压幅值增量 和相角增量:
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5) 负荷削减的最优化模型
➢ 当停运引起系统问题时,通过专门的最优潮流 (OPF)模型进行发电重新调度,以消除系统约 束违限;同时尽可能避免负荷削减,或者在无法 避免时使负荷削减最小。
➢ 有两种模型: 基于交流潮流的最优潮流模型 基于直流潮流的最优潮流模型
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6.3 发输电系统可靠性评估
6.3.1 概述 发输电系统可靠性是指统一并网运行的发电系统和输电系
统综合组成的发输电系统,按可接受标准和期望数量向供应点 供应电力和电能量的能力的度量。包括充裕性和安全性两个方 面。充裕性是对系统的静态特性进行概率评价;安全性则是对 系统的动态特性进行评价。
2) 评估手段
3)
主要有4种:
Ø 建立可靠性评估模型
目前主要有解析法和蒙特卡罗法(模拟法)
Ø 建立可靠性信息管理系统
Ø 建立重大事故监测装置
Ø 区间分析
3)故障准则及故障严重性评估
故障认定准则
Ø 一旦发生下列情况,便认为系统处于各种故 障状态:负荷越界;频率越界;电压超过极 限;有功功率不足;无功功率不足,电压下 降;不可控的解列;连锁反应;电压崩溃; 频率崩溃;
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6.3.2 充裕度评价的指标体系
充裕度指标分成负荷点指标和系统指标两类。 ➢切负荷概率PLC
S是有切负荷的系统状态集合; 是系统状态i的持续时 间,T为总模拟时间。
➢切负荷频率EFLC
是有切负荷的状态数。
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➢ 切负荷持续时间EDLC ➢ 每次切负荷持续时间ADLC ➢ 负荷切除期望值ELC
1. 使用单一负荷曲线; 2. 某些母线上的负荷可能在全部研究时间内保持恒定; 3. 将各个母线负荷按其遵循的不同负荷曲线分类为相应
的母线组;
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4) 故障分析
发电机组的预想故障分析简单直观。如果在每个 发电机母线上余下的发电容量可以弥补同一母线上由 于失去发电机而引起的不可用容量,则无需削减负荷; 否则,就应当使用最优化潮流模型来研究发电容量的 重新调度。
发输电系统风险评估的系统分析并非是简单的连通性问题, 它涉及到潮流计算、故障分析以及诸如消除过载、发电重新调 度、负荷削减和切换操作等校正措施。
其系统状态选择中需要考虑的问题有:系统元件的独立停运, 共因、电站相关和其他相关停运,气候影响,母线负荷的不确 定性和相关性,降额状态模拟,以及系统的其他约束条件等。
对于复杂系统使用的方法,其基本思路是通过 包括以下四个步骤的迭代过程实现可靠性评估:
1. 选择一个系统状态; 2. 分析系统状态,判断其是否是失效状态; 3. 计算失效状态的风险指标; 4. 修改累计指标。
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复杂系统(续)
状态枚举法和蒙特卡罗模拟法是两种不同的选择系 统状态的主要方法。
Ø 国内: ü 1981年中国水利电力部颁布《电力系统安全稳定导则》; ü 1983年成立中国电机工程学会可靠性专业委员会; ü 1996年成立电力行业可靠性管理委员会。
6.1.3 电力系统可靠性评估
1) 目标和任务
Ø 目标: ➢ 保证电力系统的充裕度; ➢ 保证电力系统的安全性; ➢ 保证电力系统的完整性; ➢ 保证停电后系统迅速恢复运行。
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➢串联和并联网流法
•串联系统:
•→
•串联网络等效图
由串联网络的定义可得出如下关系:
•式中,A为可用率;U为不可用率; 为失效率。
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简单系统——串联和并联网流法(续)
•并联系统:
•→
•并联网络等效图
由并联网络的定义可得出如下关系:
•式中,A为可用率;U为不可用率
充裕度评价的指标体系(续)
➢ 电量不足期望值EENS
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6.3.3 评估方法
➢ 1)基本步骤 ➢ 2)元件失效模型 ➢ 3)负荷曲线模型 ➢ 4)故障分析 ➢ 5)负荷削减的最优化模型 ➢ )6状态枚举 ➢ )7状态抽样法——非序贯蒙特卡罗仿真
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1) 基本步骤 ➢ 发输电系统风险评估主要包括四个方面:
的均值由下式计算:
•此即数学上的离散卷积概念
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简单系统——概率卷积(续)
对发电系统可靠性评估,风险指标通常是在给定 条件下的Z的均值。例如,如果X代表负荷需求,Y代 表发电容量,则期望缺供电力为在给定X大于Y的条 件下的Z的均值。
对离散卷积,公式为:
即使X和Y是连续随机变量,他们的概率密度函 数也可离散化,以便于使用上式。
➢ 输电元件包括架空线路、电缆、变压器、电容器 和电抗器等,通常用两状态(运行和停运)模型 来模拟这些元件;
➢ 高压直流输电(HVDC)线路有时要求用多态模型 来计入一个或多个降额状态;
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3) 负荷曲线模型 ➢ 当使用序贯蒙特卡罗仿真时,直接利用时序负荷
曲线作为负荷模型;对于状态枚举法或状态抽样 法,则利用非时序负荷曲线。
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6) 状态枚举法
➢ 主要步骤如下:
1.建立多级水平负荷模型,对每一级负荷水平进行枚举; 2.利用枚举技术选择系统状态; 3.进行预想故障分析;
➢风险指标计算公式: 负荷削减概率PLC
是状态s的概率; 是多级负荷模型中第i个负荷水平下系统全部失 效状态的集合; 是第i个负荷水平的时间长度;NL是负荷水平分级数;T 是负荷曲线的时间期间全长。
电力系统可靠性评估
Ø 任务: ➢规划阶段:对未来电力系统和电能需求进行预测;收集设备 的技术经济数据;制定可靠性准则和设计标准,依据准则评估 系统性能,识别系统的薄弱环节;选择优化方案。 ➢设计阶段:当遭受超过设计规程规定的大扰动时,不利影响 扩散的风险最小;应使系统有足够备用容量来限制扰动后果的 蔓延,避免停电范围扩大,保护运行人员免遭伤害,保护设备 免遭损坏。 ➢运行阶段:以便在可接受的风险度下建立和实施各种运行方 式,确定运行备用容量,安排计划检修,确定购入和售出电量, 确定互联系统的输送电力和电能量。
➢ 充裕度(adequancy,也称静态可靠性),是指 电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电 能量的能力,同时考虑系统元件的计划停运及合理 的期望非计划停运。
➢ 安全性(security,也称动态可靠性),是指电力 系统承受突然发生的扰动的能力。
基本概念 (续)
Ø 电力系统可靠性可分成:发电系统可靠性(HL1)、 发输电系统可靠性(HL2)、输电系统可靠性、配 电系统可靠性及发电厂变电所电气主接线可靠性;
1. 确定元件失效模型和负荷模型; 2. 选择系统状态; 3. 识别并分析系统问题; 4. 进行可靠性指标计算。
➢ 方法:状态枚举和蒙特卡罗仿真
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2) 元件失效模型
➢ 发电机组使用两态(运行和停运)或多态(计入 降额状态)模型来模拟。当使用蒙特卡罗模拟法 时,所有发电机的状态或状态转移都可直接抽样 而无需简化;当使用状态枚举法时,系统状态数 随发电机台数及其降额状态数呈指数增长;
多重线路停运后的节点阻抗矩阵可以由停运前的节点阻抗 矩阵直接计算:
式中, 、 分别是线路停运前和停运后的节点阻抗矩 阵,其中忽略了全部线路的电阻;括号中的0和S分别表示系统 正常和停运状态;W是对角线矩阵,其中的对角线元素是停运 线路的电抗;M是由节点-线路关联矩阵中对应于停运线路的列 所组成的子矩阵。
6.1.2发展过程
Ø 国外: ü 20世纪50年代,可靠性概念开始用于工业; ü 1968年美国电力可靠性协会(National Electric Reliability Council, NERC)成立; ü 1981年加上加拿大和墨西哥,北美电力可靠性协会 (NERC)成立; ü 1997、1998年NERC推出《规划标准》和《执行细则》 (电力系统可靠性执行标准); ü 西欧和俄罗斯也相继制定各自标准。
式中, 是停运前状态的潮流方程雅克比矩阵;
是电压幅值增量,它的元素
; 是电压相角增量矢
量,其元素是 , 定义如下:
得到母线电压后,即可计算线路i—j停运后的线路潮流。 类似方法可以适用于多条线路停运的情况。
第6章电力系统可靠性评估
➢基于直流潮流的故障分析
基于直流潮流的预想故障分析提供线路停运后快速而有足 够精度的有功潮流,风险评估中需要考虑大量的这种停运情况。
故障严重性评估
Ø 进行可靠性预测时,应考虑所有可能的故障 模式,并对系统严重性作出评估。
源自文库
6.2 电力系统可靠性评估数学基础
6.2.1概述 可靠性评估需要两个关键过程: 第一是选择系统状态并计算状态概率; 第二是针对选择的状态所引起的系统问题及其校
正措施进行分析。 系统选择主要有两种主要方法:状态枚举法和蒙
输电预想故障分析较为复杂。其目的是计算一个 或多个元件失效后的线路潮流和母线电压,以识别是 否引起线路过载、电压越限、母线孤立或系统分离成 孤岛等问题。
发输电系统风险评估中常用的分析输电故障的两 个基本方法。
第6章电力系统可靠性评估
➢基于交流潮流的灵敏度法
研究一个输电系统中线路i—j停运情况,假设i—j停运前
第6章电力系统可靠性评 估
2020/11/26
第6章电力系统可靠性评估
主要内容
6.1 概述 6.2 电力系统可靠性评估数学基础 6.3 发输电系统可靠性评估 6.4 配电系统可靠性评估
6.1 概述
6.1.1基本概念 ➢ 电力系统可靠性是对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能 力的度量。包括充裕度和安全性两个方面。
➢基于交流潮流的最优潮流模型
是母线i的负荷削减量;ND 、NG 、N和L分别是系统中负荷母线、 发电母线、所有母线以及所有支路的集合。
第6章电力系统可靠性评估
➢基于直流潮流的最优潮流模型
与基于交流潮流的最优潮流模型相比,直流模型中略去 了全部与无功功率相关的量。大量计算表明,对发输电系统 风险评估而言,这是一个可接受的合理简化。
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