王 震,陶 凱,伍 衡

（1.湖州電力局,浙江 湖州 313000;2.華南理工大學(xué),廣東 廣州 510640;3.廣東電網(wǎng)公司廣州供電局,廣東廣州 510410）

水、火電混和發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估方法研究＊

王 震1,陶 凱2,伍 衡3

（1.湖州電力局,浙江 湖州 313000;2.華南理工大學(xué),廣東 廣州 510640;3.廣東電網(wǎng)公司廣州供電局,廣東廣州 510410）

通過運(yùn)用LOLP法的基本原理編寫計(jì)算機(jī)程序,對IEEE算例中的典型系統(tǒng)進(jìn)行可靠性指標(biāo)計(jì)算,驗(yàn)證了LOLP法的正確性.同時(shí),闡述了LOLP法則的適用條件,分析了其精確度問題,指出了預(yù)想出力對可靠性指標(biāo)的影響,并總結(jié)了水電機(jī)組容量比重在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中的影響.

LOLP;可靠性;發(fā)電系統(tǒng)

LOLP法是國內(nèi)外比較通用的一種估計(jì)電源可靠性的方法.LOLP稱為缺電時(shí)間概率（Loss of Load Probability）,它反應(yīng)了在一定時(shí)間內(nèi)可用發(fā)電容量不滿足負(fù)荷需求量的風(fēng)險(xiǎn)度,是最基本的可靠性指標(biāo)[1].本文以LOLP法為基礎(chǔ),在不考慮檢修計(jì)劃的情況下對IEEE的標(biāo)準(zhǔn)算例進(jìn)行年LOLE（天）、年HLOLE（小時(shí)）、年EENS（MW·h）三大指標(biāo)的計(jì)算,指出預(yù)想出力對可靠性指標(biāo)的影響,同時(shí)從原理上分析了水電機(jī)組在發(fā)電系統(tǒng)中所占比重對于可靠性指標(biāo)計(jì)算的影響.

1 基本原理

LOL E（Lose of Load Expectation）稱為缺電時(shí)間期望值.這一指標(biāo)通常用來表明某一整個(gè)研究期間系統(tǒng)容量小于日最高負(fù)荷的天數(shù)期望值.其基本計(jì)算公式如下：

其中,n表示研究期間的天數(shù),Lj表示第j天的日最高負(fù)荷,Cs表示系統(tǒng)裝機(jī)容量.

HLOL E（Hourly Loss of Load Expectation）稱為缺電小時(shí)期望值.其基本計(jì)算公式如下：

其中,Lj,k表示第j天第i小時(shí)的負(fù)荷.這里要說明的是,HLOLE是按照典型日負(fù)荷曲線逐小時(shí)計(jì)算的指標(biāo),它表明的是一年的期望停電小時(shí)數(shù).而LOL E是在假定日最高負(fù)荷持續(xù)一整天的條件下求得的指標(biāo),它表明的是一年的期望停電次數(shù).因此,二者的概念是不同的,不存在互相轉(zhuǎn)換關(guān)系.

EENS（Expected Energy Not Supplied）稱為電量不足期望值,是在一定期間內(nèi)由于發(fā)電設(shè)備停運(yùn)造成負(fù)荷停電而少供的電量.其基本計(jì)算公式為：

即等于所有X-R為正值的狀態(tài)所導(dǎo)致的電量不足綜合,R為系統(tǒng)備用容量.

系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特性系數(shù)m的定義為：當(dāng)容量模型中的累積概率變化e倍時(shí)所對應(yīng)的停運(yùn)容量變化數(shù)值（MW）.根據(jù)文獻(xiàn)[2],m系數(shù)是計(jì)算發(fā)電設(shè)備有效載荷的關(guān)鍵數(shù)值,本文的主要工作之一便是比較發(fā)電設(shè)備的有效載Ce荷和載荷C對發(fā)電概率指標(biāo)的影響.

2 方案（Case）選擇

為了實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo),本文采用了IEEE-RTS-79混和系統(tǒng)算例進(jìn)行計(jì)算.該系統(tǒng)中總裝機(jī)容量為3 405MW,其中包含水電、火電及核電等機(jī)組.擬采取的試驗(yàn)方案如下：

方案一：所有機(jī)組按照額定裝機(jī)容量進(jìn)行卷積,所有負(fù)荷也按照IEEE-RTS79算例中給出的參數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算,由發(fā)電機(jī)組停運(yùn)容量概率模型和負(fù)荷模型相結(jié)合得出所求數(shù)據(jù).

方案二：考慮水電機(jī)組因季節(jié)變化而導(dǎo)致出力減小的因素,所有的水電機(jī)組按照裝機(jī)容量的80%進(jìn)行卷積,負(fù)荷模型按照方案一計(jì)算,又得出第二組數(shù)據(jù).

方案三：為了使結(jié)果更接近于實(shí)際情況,水電機(jī)組的實(shí)際出力按照季節(jié)分別進(jìn)行卷積,具體說來,春/秋季取80%裝機(jī)容量進(jìn)行卷積,冬季取50%裝機(jī)容量進(jìn)行卷積,夏季取90%裝機(jī)容量進(jìn)行卷積,負(fù)荷模型同樣按照方案一中的方法實(shí)現(xiàn),得到第三組待比較的數(shù)據(jù).

方案四：為了與方案三比較誤差,我們把各發(fā)電機(jī)組仍按照額定容量建立停運(yùn)容量概率表,將各季節(jié)的實(shí)際出力和額定出力之差（各季實(shí)際出力百分比見方案三）乘以可用率（1-q）加在負(fù)荷上,再計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù).

3 計(jì)算結(jié)果及分析

本文主要考慮水電機(jī)組的預(yù)想出力對可靠性指標(biāo)的影響程度以及水電機(jī)組比重對可靠性指標(biāo)的影響程度,結(jié)果如表1、表2所示：

表1 方案一計(jì)算結(jié)果

表2 方案二計(jì)算結(jié)果

由表1和2可以看出,若不考慮預(yù)想出力,則該系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)值明顯偏小,當(dāng)粗略地考慮了水電機(jī)組的預(yù)想出力時(shí)（全年都是按照一個(gè)預(yù)想出力計(jì)算）,雖然水電機(jī)組僅僅占了不到10%的比重,但各指標(biāo)均有50%～60%的增幅,因此計(jì)算可靠性指標(biāo)時(shí)必須考慮預(yù)想出力,即使是水電機(jī)組占的比例比較小時(shí)也必須考慮.原因在于發(fā)電系統(tǒng)中的所有類型的機(jī)組都必須用一部分容量來維持系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)不變,100%的出力并不能100%用在負(fù)荷上,對于水電機(jī)組則更是如此.水電機(jī)組所占的比重較小,但在查詢停運(yùn)容量概率表時(shí)也要考慮預(yù)想出力,即受阻容量對可靠性指標(biāo)的影響.從時(shí)間上看,步長增長10倍,對各指標(biāo)的影響在0.7%～1%之間,而時(shí)間增長小于10倍,可見在計(jì)算時(shí)可以取0.1的步長進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的卷積,以提高概率值的精確度.

為了更準(zhǔn)確地評估系統(tǒng)的可靠性,我們將預(yù)想出力按季度進(jìn)行細(xì)分,具體為夏季取90%,春秋季取80%,冬季取50%,運(yùn)行結(jié)果如表3、表4所示：

表3 方案三計(jì)算結(jié)果

表4 方案四計(jì)算結(jié)果

對比表3和表4中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),將水電機(jī)組按季度劃分預(yù)想出力后可靠性指標(biāo)又變大了,停電時(shí)間更長,損失的能量更多.其主要原因是冬季的受阻出力較大,從而導(dǎo)致整個(gè)可靠性指標(biāo)再次大幅度增加.同方案一相比增幅超過了100%,同方案二相比增幅也超過了50%,可見預(yù)想出力對整個(gè)可靠性指標(biāo)的影響還是非常明顯的.在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行中,發(fā)電機(jī)組的受阻出力嚴(yán)重影響了可靠性指標(biāo)的計(jì)算,特別是在有水電機(jī)組參與的發(fā)電系統(tǒng)中,要特別考慮受阻出力對可靠性指標(biāo)的影響,受阻出力越大對可靠性指標(biāo)的影響也就越大,停電時(shí)間和損失能量也就越大[3].

對于上述四種建模方案,無疑方案三是最準(zhǔn)確的,因?yàn)榉桨溉诮５淖畛蹙鸵呀?jīng)先將水電機(jī)組的受阻出力扣除,之后才進(jìn)行卷積,其停運(yùn)容量概率表是最符合實(shí)際計(jì)算需要的.而方案四在卷積之前并沒有扣除受阻出力,而是直接將受阻出力加在負(fù)荷上再等效為新的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算和分析.因此在下面的分析計(jì)算中將以方案三的數(shù)據(jù)做為計(jì)算誤差的標(biāo)準(zhǔn)值.

不論是方案三還是方案四,均分別取步長1和步長0.1進(jìn)行計(jì)算,年LOLE值和年HLOLE值的誤差均在0.5%左右,效果令人滿意.而EENS值的誤差比較大,在6%左右.之所以有6%的誤差,主要是因?yàn)椴介L1和步長0.1差了10倍,導(dǎo)致停運(yùn)容量概率表中的項(xiàng)數(shù)增加了10倍,不論步長為1還是0.1,計(jì)算時(shí)均存在很小的誤差,根據(jù)EENS值的計(jì)算公式可知,由比R值大一個(gè)步長以上的所有容量對應(yīng)概率值累加再乘以步長所得,項(xiàng)數(shù)越多,積累的誤差值也就越大,年LOL E和年HLOL E值要查詢的僅僅為一個(gè)容量的對應(yīng)概率值,并不存在累加的問題,所以其誤差遠(yuǎn)沒有EENS大.通過對比計(jì)算發(fā)現(xiàn),方案三和方案四之間對應(yīng)值的誤差均在0.1%左右,對應(yīng)的EENS的誤差在0.6%左右（當(dāng)兩種方案可靠性指標(biāo)值對比時(shí),我們采用同步長值相比較的方法,例如用方案四步長為1的值除以方案三步長為1的對應(yīng)值）.

綜上所述,方案四在計(jì)算水電機(jī)組容量比重較小（10%左右）的發(fā)電系統(tǒng)時(shí),其誤差在我們可以接受的范圍之內(nèi),同時(shí)方案四所需要的計(jì)算時(shí)間比方案三少.根據(jù)表3和表4,步長為1時(shí),方案三的計(jì)算時(shí)間為5.67s,而同步長下,方案四的計(jì)算時(shí)間僅為4.94s,當(dāng)步長變?yōu)?.1時(shí),相應(yīng)的時(shí)間為之前的10倍,如此一來,方案三的計(jì)算時(shí)間大概為1分鐘,而方案四僅僅為50秒左右,若發(fā)電系統(tǒng)更大,更復(fù)雜,需要計(jì)算的可靠性指標(biāo)更多,則采用方案四可以節(jié)省更多的計(jì)算機(jī)資源和計(jì)算時(shí)間,效率更高[3].

現(xiàn)討論用m系數(shù)修正受阻出力的方法計(jì)算可靠性指標(biāo)的方案,并分析該方案的優(yōu)缺點(diǎn).其計(jì)算結(jié)果如表5、表6所示：

表5 加入m系數(shù)后方案三計(jì)算結(jié)果

表6 加入m系數(shù)后方案四計(jì)算結(jié)果

從表5和表6的計(jì)算結(jié)果來看,這兩種方案中年LOLE值相差不大,可以說幾乎一樣.而表5同表3比較則發(fā)現(xiàn)所有的指標(biāo)值都偏小,主要是因?yàn)镃e值比C值略小,而且在同一停運(yùn)容量下,按照裝機(jī)容量進(jìn)行卷積得到的概率值是最大的,其余按照預(yù)想出力卷積得到的相應(yīng)停運(yùn)容量的概率值均偏小,因此查詢停運(yùn)概率表時(shí)所得的值自然偏小一些,但偏小的幅度不大,所有指標(biāo)的誤差均在1%左右.

4 結(jié)論

（1）在進(jìn)行發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算中,一定要考慮水電機(jī)組的預(yù)想出力問題,盡量細(xì)分預(yù)想出力區(qū)間,如按季進(jìn)行預(yù)想出力卷積,或者可以更詳細(xì)些,按月份或者周進(jìn)行預(yù)想出力卷積,前述的方案二中全年按同一預(yù)想出力卷積在實(shí)際生產(chǎn)中并不適用,在此僅作為說明預(yù)想出力必須考慮在內(nèi)之用,不能忽略.

（2）在水電機(jī)組比重較小的系統(tǒng)下,方案三和方案四均能很好地進(jìn)行可靠性指標(biāo)分析,方案三在原理上嚴(yán)格按照LOLP法對可靠性指標(biāo)進(jìn)行分析,步長分別取1和0.1的情況下其指標(biāo)誤差保持在1%以下,令人滿意（EENS誤差為6%）,唯一不足之處是計(jì)算時(shí)間稍長.而方案四將受阻出力加在負(fù)荷上,可靠性指標(biāo)和方案四中的對應(yīng)值誤差在0.1%左右,但消耗的時(shí)間僅為方案三的80%左右,在計(jì)算龐大發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)時(shí),在對精度要求相對較低的情況下,可選取方案四.

（3）在水電機(jī)組比較小的系統(tǒng)下,通過m系數(shù)對受阻出力進(jìn)行調(diào)節(jié),可以得到更準(zhǔn)確的可靠性指標(biāo).

[1]郭永基.電力系統(tǒng)可靠性分析[M].北京：清華大學(xué)出版社,2003.

[2]楊蒔百.發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析原理和方法[M].北京：水利電力出版社,1985.

[3]丘昌濤.電力系統(tǒng)可靠性[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社,1992.

TM71

A

1009-1734（2010）S0-0020-03

2010-05-10

王震,助理工程師,從事電力系統(tǒng)營銷管理研究.