陳龍

摘 要：電力系統(tǒng)正逐漸發(fā)展成為超大規(guī)模的復雜系統(tǒng)，具有容量上超大規(guī)模、空間上廣域分布、擾動傳播范圍大等特征.電力系統(tǒng)越來越趨于復雜化，這種飛速發(fā)展給其穩(wěn)定運行和控制帶來了嚴峻挑戰(zhàn).基于這種背景，本文對電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電可靠性和整個電力系統(tǒng)風險問題進行探究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；可靠性；問題分析；

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-08-00-01

一、發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評估問題

發(fā)電-負荷需求系統(tǒng)常常被稱為發(fā)電系統(tǒng)，由于忽略發(fā)電與負荷之間的電網(wǎng)部分，發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評估內(nèi)容相對簡單，專門針對發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評估文獻也相對較少，主要是針對發(fā)電系統(tǒng)備用容量的評估。電力系統(tǒng)可靠性與備用容量緊密相關(guān)，可通過評估可靠性水平與調(diào)整備用容量以滿足可靠性的要求。評估發(fā)電系統(tǒng)備用容量的方法主要可分為確定性評估方法和概率性評估方法兩類。確定性備用容量評估方法，不能反映系統(tǒng)當前機組的數(shù)量、性能、出力變化以及負荷的不確定性等因素，同時也沒有明確的指標衡量備用水平。

近年來主要采用概率性評估方法，概率法能較全面地反映系統(tǒng)的狀況，而且在國外已經(jīng)有成熟的實際運行經(jīng)驗。各國經(jīng)過長期實踐，大都制訂了相對成熟的發(fā)電系統(tǒng)備用容量評估方法及標準。我國關(guān)于發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估方面的研究相對較少，周家啟教授等人提出過一種多元件備用系統(tǒng)可靠性分析。該評估方法把多元件備用系統(tǒng)分為不可修復系統(tǒng)和可修復系統(tǒng)兩種，可修復系統(tǒng)的可靠性分析采用泊松分布，不可修復系統(tǒng)采用馬爾可夫隨機模型。然而，元件失效概率采用泊松分布來描述尚缺統(tǒng)分的理論依據(jù)，因此，該文通過泊松隨機過程解決多元件可修復備用系統(tǒng)的可靠性問題還有待檢驗。

二、發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估問題

由于輸電系統(tǒng)受發(fā)電系統(tǒng)的種種約束和限制，單獨評估輸電系統(tǒng)是不合理的。因此，輸電系統(tǒng)可靠性評估實際上往往是發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估，也是電力系統(tǒng)可靠性評估中最復雜的一個問題。發(fā)輸電系統(tǒng)中的發(fā)電機和負荷位于不同地點，并通過輸電網(wǎng)連接。在這種系統(tǒng)中，即使發(fā)電機全部可用，仍有可能要削減負荷。其原因在于多重線路失效可能引起一個或多個母線從系統(tǒng)分離，并且一些失效事件還可能引起線路過載或電壓越限而強迫削減負荷。換句話說，發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估的系統(tǒng)分析并非是簡單的連通性問題，它涉及到潮流計算、故障分析以及諸如消除過載、發(fā)電重新調(diào)度、負荷削減和切換操作等校正措施。系統(tǒng)狀態(tài)選擇中許多問題的考慮也導致了評估更復雜。發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估的方法大致可以分為解析法和蒙特卡羅模擬法。

解析法即故障枚舉法，其物理概念明晰。但電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)會隨著著設備的增加而呈指數(shù)級增長，而且當系統(tǒng)變得越來越復雜時，其狀態(tài)空間的狀態(tài)數(shù)劇增，這必然會造成計算災問題。因此，解析法只適用于模擬一些小型的不太復雜的系統(tǒng)。為克服解析法產(chǎn)生的計算災問題，一些學者試圖使用各種方法如故障重數(shù)限制、截斷概率、故障分類等技術(shù)以減少計算量。蒙特卡羅法采用抽樣的方式，模擬隨機出現(xiàn)的各種系統(tǒng)狀態(tài)，并從大量的模擬試驗結(jié)果中統(tǒng)計出系統(tǒng)的可靠性指標，蒙特卡羅法是一個波動的收斂過程，估計出的風險指標總是有一個置信范圍，不能保證增加大量的樣本就一定會減小誤差。為模擬小概率事件（如全黑事故）而不得不使抽樣樣本非常巨大，這也導致了蒙特卡羅法的精度與計算時間之間的矛盾。

三、配電系統(tǒng)的可靠性評估

配電系統(tǒng)的可靠性評估起步較早、發(fā)展較快，由于配電系統(tǒng)直接面對用戶，研究范圍相對較小，研究方法也比較通用，已有大量的文獻針對配電系統(tǒng)（包括輻射狀配電系統(tǒng)和環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)）進行了可靠性評估等方面的研究。對于配電系統(tǒng)，可靠性評估常用的解析法和蒙特卡羅法是可以通用的。多年來，解析法已在配電系統(tǒng)可靠性評估中獲得廣泛應用，國內(nèi)外大部分文獻采用的是解析法，使用這種方法計算負荷點和系統(tǒng)的平均性能指標十分方便。蒙特卡羅法與應用于發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估相似，均是對系統(tǒng)每一元件出現(xiàn)的狀態(tài)的概率進行抽樣來確定失效概率及頻率等風險指標[17～20]。另外，由于蒙特卡羅法的抽樣復雜性等不可避免的缺點，近年來也有學者提出將解析法與蒙特卡羅法結(jié)合起來應用的混合法。例如，任震等人提出先用解析法將網(wǎng)絡等值簡化成簡單的主饋線系統(tǒng)，

用蒙特卡羅法求解各可靠性指標，解決了復雜配電網(wǎng)模擬過程中在故障點遍歷搜索麻煩的難題。一種將最小路徑法與等值法相結(jié)合的配電網(wǎng)可靠性評估算法，該算法首先通過對網(wǎng)絡的分層處理，應用可靠性等值原理將復雜配電系統(tǒng)逐步等值為簡單的輻射形配電網(wǎng)，再應用最小路徑方法計算系統(tǒng)的可靠性指標，從而提高了評估效率

四、風險評估問題

競爭機制的引入，電力工業(yè)體系正在發(fā)生重大的變化，在市場的環(huán)境下，經(jīng)濟性和安全性不再表現(xiàn)為兩個獨立的指標，安全性將融入經(jīng)濟性中，事故后果評價不再單純地用負荷切除量、停電持續(xù)時間等電氣量表示，而需建立在經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)上，尋求安全可靠性與經(jīng)濟性的平衡。綜合考慮可靠性因素的電網(wǎng)規(guī)劃新方法將電網(wǎng)的可靠性指標轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟性指標，并將其作為目標函數(shù)一部分。該方法將缺電成本劃分為靜態(tài)和動態(tài)成本兩部分，使得電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學模型更加完善，體現(xiàn)更廣泛的社會經(jīng)濟效益，客觀上有利于電網(wǎng)防災。但是該方法在計算缺電成本時主要采用統(tǒng)計法和調(diào)查估計法，由于受各電網(wǎng)公司、發(fā)電公司的制約較多，且計算方法過于簡單，實現(xiàn)起來與現(xiàn)實有差距，但其思路還是值得推廣和借鑒的。

基于實用動態(tài)安全域的電力系統(tǒng)安全性評估是基于PDSR電力市場環(huán)境下考慮暫態(tài)穩(wěn)定性約束、事故發(fā)生概率及系統(tǒng)失穩(wěn)損失的安全成本優(yōu)化（最優(yōu)安全控制）模型及其算法。依據(jù)該模型可求得預防性控制總成本最小的用戶備用容量和參與者的再調(diào)度功率，從而將系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟性結(jié)合起來。

電力系統(tǒng)可靠性評估將廣泛地應用于電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、運行、檢修等過程，用于檢測和監(jiān)管整個系統(tǒng)及其內(nèi)部設備潛在的危險，預計危險的可能性以及對人身、經(jīng)濟財產(chǎn)損失的嚴重性，并確定消除或減少危險的方法.

參考文獻：

[1]別朝紅，王錫凡.蒙特卡洛法在評估電力系統(tǒng)可靠性中的應用[J].電力系統(tǒng)自動化，1997，21（6）：68-75.

[2]馮永青，張伯明，吳文傳，等.基于可信性理論的電力系統(tǒng)運行風險評估（二）理論基礎(chǔ)[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（2）：11-15.

[3]孫元章，程林，劉海濤.基于實時運行狀態(tài)的電力系統(tǒng)運行可靠性評估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（15）：6-15.