电力系统可靠性基本理论及其应用解析

电力系统大规模故障的影响
1996年美国西部电力系统发生了两次特大的停 电事故。一次发生在1996年7月2日，停电持续 时间约0.5h，停电负荷达7.5GW，损失发电容 量6.4GW，影响用户约200万个。另一次发生 在1996年8月10日，停电时间约3h，损失负荷 达30.498GW，损失发电容量25.578GW，影响 用户约750万个，停电面积达180万平方英里， 包括美国的14个州和加拿大的两个省。
RP=1-QAQB
或
RP=RA+RB-RARB
对于n个元件的并联系统则有
(2-66) (2-67)
n
RP 1 Qi i 1
n
Qp Qi i 1
(2-68) (2-69)
由此可知串联系统可靠度随着系统元件个数的增多而下降；并联系统 则是不可靠度随着系统元件个数的增多而下降，即系统可靠度随构成 元件数的增多而提高。
➢ 为什么现代电网的设计运行技术取得了 很大的发展，但是仍不能完全避免大电 网的瓦解事故发生？
美加8.14大 停电后的纽约
受停电影响的人口约5000 万，地域约24000 平方公 里，停电持续时间为29小 时，损失负荷61800兆瓦
电力系统可靠性
电力系统可靠性是可靠性理论在电力系统中的 应用
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
电力系统可靠性基本理论 及其应用
西安交通大学电气工程学院 王秀丽
二OO八年十月
主要内容
电力系统可靠性概述 电力系统可靠性的基本理论 可修复系统可靠性评估方法 发电系统可靠性评估 配电系统可靠性评估 可靠性经济分析方法
一、 电力系统可靠性概述
可 靠 性 （ Reliability ） 是 指 一 个 元 件 、 设备或系统在规定的条件下和规定的 时间内完成规定功能的概率或能力
故障率数据为基础的
可靠性方块图 (RBDs—Reliability Block Diagrams)
可靠性方块图 是系统元件及其可靠 性意义下连接关系的 图形表达, 表示元件 的正常或失效状态对 系统状态的影响。在 一些情况下，它不同 于结构连接图。
计算机的简化可靠性方块图
可靠性方块
一个方块可以代表零件（元件）、部 件、子系统或装配件。
（2）可靠性并联系统
当系统中任一元件运行，系 统即能完成规定的功能，则称这 种系统为并联系统。由代表元件 的框全部并联构成的网络即为原 系统并联等效的可靠性框图。考 察由两个独立元件A和B构成的 并联系统，如图 2-23所示。这 也就意味着必须两个元件都失效 系统才失效。
此时，系统可靠度可由系统不可靠度的补数求得，即
系统可靠性评估的第一步是获取数据 （寿命或成功次数等），估计单元的 可靠性水平。
系统可靠性连接形式
(1) 串联系统 (2) 并联系统 (3) k/n表决系统 (4) 串并联混合系统 (5) 复杂系统
（1）可靠性串联系统
系统可靠度为
n
Rs Ri
i 1
可靠性串联系统中，可 靠性最差的单元对系统 的可靠性影响最大。
可靠性评估提供研究可靠性的理论和实 用的工具，评价元件、设备或系统的可 靠性性能，获得产品或系统的最优可靠 性.
可靠性评估的意义
产品和系统复杂性增加，如何解决复杂 性与可靠性的矛盾
产品和系统故障引起的损失增大，对可 靠性要求提高，如何平衡提高可靠性的 代价与减少故障损失
涉及到安全领域（如航天、核电），对 设备可靠性要求更为突出，如何有效地 提高可靠性水平
（2）可靠性并联系统
系统可靠度为
n
Rs 1 (1 Ri ) i 1
冗余最大
可靠性并联系统
可靠性并联系统
1986年乌克兰的切尔诺贝利核电站的4号反应 堆因核泄露导致爆炸，直到2000年12月15日核 电站完全关闭。从1986到2000年这14年里，乌 克兰共有336万人遭到核辐射侵害，其中儿童 达到126万；参加消除核事故危害后果的35万 名救援人员中，身体健康的人数不到10%。现 在，所有的核电站都要进行概率风险评价，进 行定量评价可靠性，并确保达到较高水平。
[例 2-25]
设计某一串联系统需要200个相同的元件。 如果要求系统整体可靠性不小于0.99，则 每个元件可靠度的最低值应该是多少？
解 按题意可知，0.99 R200 即
R 0.991 200 0.9995
即要求每个元件的可靠度至少达到0.9995。
可靠性串联系统
对系统可靠性的认识误区：在特定的时间内，已知系统所有单 元的可靠度为90%，则系统可靠度为90%。
可靠性也可用安排短期运行方式
发电系统 输电系统 配电系统
备用 检修计划 运行方式 检修 阻塞情况需调整发电计划 检修 网络重构
提高电力系统可靠性的措施
1.用高质量元件
2.增加备用冗余度
增加发电机容量 增加电网容量 增加变电站变压器容量
3.规划合理的网架主接线
二、 系统可靠性基础理论
系统可靠性基本术语
系统（System） 一个系统是由一组零
件（元件）、部件、子系 统或装配件（统称为单元） 构成的、完成期望的功能、 并具有可接受的性能和可 靠性水平的一种特定设计。
元件
元件：在可靠性统计、检验和分析中不 需要再细分的部件或部件组合。元件应 有独立的功能
元件分为有效和失效两状态 元件的故障模型的建立是以寿命试验和
电力系统可靠性包括充裕度和安全性两个方面
充裕度是在静态条件下电力系统满足用户电力 和电能量的能力
安全性是在动态条件下电力系统经受住突然扰 动并不间断地向用户提供电力和电能量的能力
电力系统可靠性研究内容
第一层 发电系统可靠性评估 输电系统可靠性评估 第二层 发输电系统可靠性评估
发电厂变电所电气 主接线可靠性评估
配电系统可靠性评估
第三层 电力系统可靠性
可靠性指标
1. 概率型：
可靠性或可用性
2. 频率型：
单位时间内故障次数
2.平均持续时间型： 首次故障的平均时间 故障间平均持续时间 故障的平均持续时间
3.期望值型：一年故障天数的期望值
可靠性与规划
发电Hale Waihona Puke Baidu统 单节点
电源规划
输电系统 发电机组无故障 输电规划
配电系统 枢纽变电源可靠 配电规划