Rel_02_发电系统可靠性评估

2.1 概 主要目标
述
确定电力系统为保证充足的电力供应所需的发电容量。包括：
静态容量
运行容量
指对整个系统所需容量的长期 估计，可考虑为装机容量； 必须满足发电机组计划检修、 非计划检修、季节性降出力以 及非预计的负荷增长等要求； 待确定的基本量是电力系统的 合理装机备用。
为满足一定负荷水平所需 实际容量的短期估计； 需要确定的则是在短时间 内 ( 几小时或一天 ) ，系统 所需的运行备用 (旋转备用、 快速启动机组及互联电力 系统的相互支援等)。
2.2 停运容量概率模型的建立
用递推公式建立停运容量概率模型
1. 确切状态概率p(X)公式
新增一台机组(容量CMW，FOR＝r)后，系统停运容量为X 的确切概率p(X) p(X)＝(1－r) p’(X)＋r p’(X－C) 对于第一台机组， p(0)＝1－r，p(C)＝r 当X＜C时， p’(X－C)＝0
关于部分停运的处理 采用两状态 (工作状态 故障停运状态) 模型。实际 存在部分停运状态，即机组的可用发电容量只能达到 额定容量的一个百分数。通常的处理方法是把部分停 运折合成等效完全停运来考虑。定义等效强迫停运率 (the Equivalent Forced Outage Rates，EFOR)：
2.2 停运容量概率模型的建立
相应地，下述关系成立：
ICi (安装容量)＝ACi (可用容量) ＋OCi (停运容量) ICs (安装容量)＝ACs (可用容量) ＋OCs (停运容量)
通常，发电系统可靠性评估中采用单母线模型，有
ACs (系统) ACi (机组) OCs (系统) OCi (机组)
2.2 停运容量概率模型的建立 2.2.2 安装容量、可用发电容量和停运容量
安装容量 (Installed Capacity)：机组额定容量的总和。安装容量 与机组的状态无关，即 ICs＝∑ICi 可用发电容量 (Available Generation Capacity)：指系统中每台 机组处于正常可用状态，能连续带满负荷的容量。系统的可用 发电容量与系统中各机组的状态有关。对于一台机组，有
追加机组3：C＝200MW，r＝0.03
＋0.03×0.9702＝0.029106 ＋0.03×0.0098＝0.000294 ＋0.03×0.0198＝0.000594 ＋0.03×0 ＝0 ＋0.03×0.0002＝0.000006
2.2 停运容量概率模型的建立
2.2.3 建立模型时对一些工程问题的处理
葡萄牙 罗马尼亚
斯洛文尼亚
南 英 美
非 国 国
爱尔兰 意大利 科特迪瓦
西班牙
2.2 停运容量概率模型的建立 2.2.1 发电系统可靠性分析原理
发电系统容量
容量模型
系统总负荷
负荷模型 风险模型
C
a. 系统模型
b. 分析模型
不考虑输电网络约束（互联系统联络线例外）； 不反映任何特定用户负荷点的电力不足； 能衡量整个发电系统的充裕度。
述
国 家 或公司 日 约 瑞 荷 挪 本 旦 典 兰 威 0.1～1.2 20 6 0.1 1.8 0.1 20 3 20 30～35 24 22～28 10 24 15～20 LOLE d/a 0.3 0.4 0.4 30～40 HLOLE h/a 容量裕度 ％ 20～30 25～30
表2.1 国外电力公司发电系统可靠性标准
EFOR＝（强迫停运小时＋等效停运小时）/（运行小时＋强 迫停运小时）
2.2 停运容量概率模型的建立 2.2.3 建立模型时对一些工程问题的处理
计划检修的考虑
适当减少研究期间的机组容量总数。需频繁地修改系统 的机组停运容量模型，费时、不方便； 利用“有效载荷能力(effective load-carrying capability) ” 或“有效容量(effective capacity)”的概念修改负荷模型； 能源受限机组(limited energy unit)。水电机组的停运可 能是随机的机组强迫停运或缺乏水能停运。一般可靠性 计算均假定供给发电机组的能源是完全充足的。 机组停运参数的不确定性。通常采用确定的停运参数的 点估计值进行分析计算；必要时再考虑机组停运参数的 不确定性的影响。
HLOLE和EENS法采用的负荷模型
采用研究期间内的小时负荷。可以直接采用日历小 时负荷，也可以采用重新排列成从大到小的累积形 式的负荷持续曲线； HLOLE指标可以考虑一天中24小时的负荷变化， EENS指标能反映系统事故的严重程度。
2. 累积状态概率P(X)公式
P(X)＝(1－r) P’(X)＋r P’(X－C)
例2.3
编号 1 2 3 容量 /MW 100 150 200
表2.4 发电系统机组停运数据
强迫停运率 r 0.01 0.02 0.03 故障率 λ/(次/d) 0.00505 0.01020 0.01237 平均修复 时间/d 2.0 2.0 2.5 修复率 μ/(次/d) 0.5 0.5 0.4
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发电系统可靠性评估方法：
确切停运容量模型＋累积负荷模型（ELDC/EEF/EENS） 累积停运容量模型＋确切负荷模型（LOLP）
2.3 负荷模型 2.3.2 不同计算方法使用的负荷模型 LOLP(或LOLE)法采用的确切负荷模型
采用研究期间内的日尖峰负荷； 未考虑一天内负荷的变化，其LOLE或LOLP指标只 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。
i 1 i 1 n n
表2.2 两台50MW机组构成的发电系统的可用容量和停运容量表
系 统 状 态 机组1 正常 故障 正常 故障 机组2 正常 正常 故障 故障 50 0 50 0 可用发电容量/MW 机组1 机组2 50 50 0 0 系统 100 50 50 0 机组1 0 50 0 50 停运容量/MW 机组2 0 0 50 50 系统 0 50 50 100
当机组i处于正常运行状态时 IC ， ACi i 当机组i处于停运状态时 0，
停运容量 (Outage Capacity)：一台机组处于停运状态，不能连 续带负荷的容量。系统的停运容量与也系统中各机组的状态有 关。对于一台机组，有
当机组i处于正常运行状态时 0， OCi 当机组i处于停运状态时 ICi ，
1950～1960年代建立的模拟法和递推法为概率 法在发电系统可靠性评估中的应用奠定了基础
2.1 概
国 家 或公司～ 澳大利亚 比利时 巴 西 2.5 0.1 2.5 35 9 0.2 1.5 2 20 9 33～35 25 17 20 15～17 20 14 加拿大 独联体 丹 芬 法 德 麦 兰 国 国 LOLE d/a HLOLE h/a 5～ 7 16 容量裕度 ％ 20～30
2.1 概
述
发电系统可靠性指标——发电系统的充裕度
是在发电机组额定值和电压水平限度内，扣除 机组的计划和非计划停运造成的降低出力后，向 用户提供总的电力和电量需求的能力。
衡量系统装机容量充裕度的方法
确定性方法：百分数备用法或最大机组备用法 概 率 方 法 ： 电 力 不 足 概 率 (Loss of Load Probability ， LOLP) 及电力不足频率和持续时间 (Frequency and Duration，F&D）
2.2 停运容量概率模型的建立
表2.6 停运容量概率模型
X 0 0 50 100 0 50 100 150 200 250 1 0 0 0.99 0 0.01 0 0 0 p’(X) 1 0.99×1＋0.01×0＝0.99 0.99×0＋0.01×0＝0.00 0.99×0＋0.01×1＝0.01 0.98×0.99＋0.02×0 0.98×0 0.98×0 0.98×0 0.98×0 ＋0.02×0 0.98×0.01＋0.02×0 ＋0.02×0 ＝0.9702 ＝0 ＝0.0098 ＝0 p(X)＝(1－r) p’(X)＋r p’(X－C) P(X) 1 1.00 0.01 0.01 1.0000 0.0298 0.0298 0.0200 0.0002 0.0002
2.2 停运容量概率模型的建立 n台机组类型相同时系统停运容量概率表
状态k (k台故障)的概率pk为 pk＝ Cnk rk(1－r)n－k 其中，r＝λ/(λ＋μ)为机组强迫停运率；λ， μ为机组的故障率和修复率
2.2 停运容量概率模型的建立
例2.2 某发电系统有 4 台50MW的机组。单台机组参数为r ＝ 0.04 ， λ ＝ 0.0011/d ， μ ＝ 0.026/d 。计算发电系统的停 运参数。 解 设系统安装容量为Z(Z＝200MW)；任一时刻可用发电 容量为 Y ，停运容量为 X ，则 X＝ Z － Y 。 yk 为状态 k 的发 电 容 量 ； xk 为 状 态 k 的 停 运 容 量 。 记 Pk ＝ P{X≥xk} ＝ P{Y≤yk} 为停运容量大于等于 xk 的累积状态概率； pk ＝ p{X＝xk}为停运容量等于xk的确切状态概率。则 p0＝p(x＝0) ＝C40(0.04)0(0.96)4 ＝0.8493466 p1＝p(x＝50) ＝C41(0.04)(0.96)3 ＝0.1415578 p2＝p(x＝100)＝C42(0.04)2(0.96)2 ＝0.0088474 p3＝p(x＝150)＝C43(0.04)3(0.96) ＝0.0002458 p4＝p(x＝200)＝C44(0.04)4(0.96)0 ＝0.0000026
第二章 发电系统可靠性评估
Generating System Reliability Evaluation 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 概 述 发电机组停运容量概率模型 负荷模型 发电系统可靠性指标的计算 发电机组的计划检修 随机生产模拟 我国2000年发电系统可靠性评估
2.3 负荷模型 2.3.1 一般考虑
可用一年中不同阶段的负荷曲线表示，也可以用每月、 每天、每小时的负荷表示； 负荷预测的不确定性：
按各种可能的预测尖峰负荷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； 将预测负荷看成一个随机变量，求出它的数学期望和方差， 系统的可靠性指标也是随机变量，其数学期望和方差可根 据预测负荷的数据求出来。
2.2 停运容量概率模型的建立
表2.3 发电系统停运参数概率 状态 0 1 2 3 4 xk/MW 0 50 100 150 200 yk/MW 200 150 100 50 0 确切概率 pk 0.8493466 0.1415578 0.0088474 0.0002458 0.0000026 累积概率 Pk 1 0.1506536 0.0090958 0.0002484 0.0000026
追加机组1：C＝100MW，r＝0.01
追加机组2：C＝150MW，r＝0.02
＋0.02×0.99＝0.0198 ＋0.02×0.01＝0.0002
2.2 停运容量概率模型的建立
续表2.6 停运容量概率模型
X 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 p’(X) 0.9702 0 0.0098 0.0198 0 0.0002 0 0 0 0 p(X)＝(1－r) p’(X)＋r p’(X－C) 0.97×0.9702＋0.03×0 0.97×0 ＋0.03×0 0.97×0.0098＋0.03×0 0.97×0.0198＋0.03×0 0.97×0 0.97×0 0.97×0 0.97×0 0.97×0 0.97×0.0002＋0.03×0 ＝0.941094 ＝0 ＝0.009506 ＝0.019206 ＝0.000194 P(X) 1.000000 0.058906 0.058906 0.049400 0.030194 0.001088 0.000894 0.000600 0.000006 0.000006