第6章 电力系统可靠性评估
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➢ 国内： ✓ 1981年中国水利电力部颁布《电力系统安全稳定导则》； ✓ 1983年成立中国电机工程学会可靠性专业委员会； ✓ 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
➢ 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。
特卡罗模拟法。
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。
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：
p X Xi pi
p Y Yk pk
(i 1, , n)
对离散卷积，公式为：
nm
wk.baidu.com
max0, X i Yk pi pk
i1 k 1
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。
➢串联和并联网流法
串联系统：
1 1
2 2
→
se se
串联网络等效图
由串联网络的定义可得出如下关系：
U se U1 U 2 U1U 2
se 1 2
(k 1, , m)
则随机变量 Z X Y 的均值由下式计算：
nm
Z
X i Yk pi pk
i1 k 1
此即数学上的离散卷积概念
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。
电力系统可靠性评估
➢ 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。
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。
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。
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。
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。
2) 评估手段
3)
主要有4种：
➢ 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）
➢ 建立可靠性信息管理系统
➢ 建立重大事故监测装置
➢ 区间分析
3)故障准则及故障严重性评估
故障认定准则
➢ 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；
故障严重性评估
➢ 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。
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
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。
➢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。
第六章 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。
Ase A1 A2
式中，A为可用率；U为不可用率； 为失效率。
并联系统：
1 1 2 2
简单系统——串联和并联网流法（续）
→
pe pe
并联网络等效图
由并联网络的定义可得出如下关系：
U pe U1U2
pe 1 2
Ape A1 A2 A1A2
式中，A为可用率；U为不可用率 为修复率。
➢马尔可夫方程
➢ 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）
➢ 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；
第一层次 （HL1）
电力系统可 靠性评估
第二层次 （HL2）
第三层次 （HL3）
发电系统可靠性评估
发输电系统可靠性评估 输电系统可靠性评估
变电站电气主接线 可靠性评估
配电系统可靠性评估
6.1.2发展过程
➢ 国外： ✓ 20世纪50年代，可靠性概念开始用于工业； ✓ 1968年美国电力可靠性协会（National Electric Reliability Council, NERC）成立； ✓ 1981年加上加拿大和墨西哥，北美电力可靠性协会 （NERC）成立； ✓ 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）； ✓ 西欧和俄罗斯也相继制定各自标准。
6.1.3 电力系统可靠性评估
1) 目标和任务
➢ 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。
特卡罗模拟法。
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。
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：
p X Xi pi
p Y Yk pk
(i 1, , n)
对离散卷积，公式为：
nm
wk.baidu.com
max0, X i Yk pi pk
i1 k 1
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。
➢串联和并联网流法
串联系统：
1 1
2 2
→
se se
串联网络等效图
由串联网络的定义可得出如下关系：
U se U1 U 2 U1U 2
se 1 2
(k 1, , m)
则随机变量 Z X Y 的均值由下式计算：
nm
Z
X i Yk pi pk
i1 k 1
此即数学上的离散卷积概念
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。
电力系统可靠性评估
➢ 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。
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。
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。
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。
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。
2) 评估手段
3)
主要有4种：
➢ 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）
➢ 建立可靠性信息管理系统
➢ 建立重大事故监测装置
➢ 区间分析
3)故障准则及故障严重性评估
故障认定准则
➢ 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；
故障严重性评估
➢ 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。
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
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。
➢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。
第六章 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。
Ase A1 A2
式中，A为可用率；U为不可用率； 为失效率。
并联系统：
1 1 2 2
简单系统——串联和并联网流法（续）
→
pe pe
并联网络等效图
由并联网络的定义可得出如下关系：
U pe U1U2
pe 1 2
Ape A1 A2 A1A2
式中，A为可用率；U为不可用率 为修复率。
➢马尔可夫方程
➢ 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）
➢ 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；
第一层次 （HL1）
电力系统可 靠性评估
第二层次 （HL2）
第三层次 （HL3）
发电系统可靠性评估
发输电系统可靠性评估 输电系统可靠性评估
变电站电气主接线 可靠性评估
配电系统可靠性评估
6.1.2发展过程
➢ 国外： ✓ 20世纪50年代，可靠性概念开始用于工业； ✓ 1968年美国电力可靠性协会（National Electric Reliability Council, NERC）成立； ✓ 1981年加上加拿大和墨西哥，北美电力可靠性协会 （NERC）成立； ✓ 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）； ✓ 西欧和俄罗斯也相继制定各自标准。