可靠性分析

電力系統可靠性是指該系統按規定的電能質量保證向用户連續供電的概率。分析研究電力系統可靠性的目的在於,從電力系統各個環節和側面研究使系統喪失正常功能的因素，提出定量的評價準則，尋求提高電力系統可靠性的途徑和方法。提高電力系統可靠性的根本對策在於整個系統（包括髮電、輸電、變電、配電各個環節）的正確規劃與設計，保證合理的冗餘度；精心的運行、操作與維護，減少發生故障的可能性，以求儘可能地提高設備的可用率。研究分析電力系統可靠性有助於提高系統的安全運行水平，促進可靠性管理，求得管理目標定量化、綜合化和規律化，有利於提高電力系統的經濟效益。1990年中國大陸的發電量為6105億千瓦時。若能提高發電設備的可靠性，使這些設備的可用率提高1%,就可多發電61億千瓦時。

簡史可靠性理論源於20世紀50年代。1956年，穆爾和C.E.香農研究了可靠性系統和冗餘理論，奠定了可靠性理論的基礎。把可靠性理論運用到電力工業則始於60年代末。當時，由於電力系統規模擴大,聯網增多,單機容量越來越大，系統安全可靠的問題日益突出。加之在60年代，美、英、日本等國相繼發生多起大停電事故，造成極大的經濟損失，促使各國都高度重視電力系統的可靠性問題。1968年美國成立了全國電力可靠性協會。以後，蘇、英、法、日等國相繼成立了專門機構，擬訂可靠性準則，陸續建立電力設備可靠性數據庫。中國於1985 年1月由水利電力部頒佈了《發電設備可靠性、可用率統計評價辦法》和《配電系統供電可靠性統計暫行規則》，同年成立中國電力可靠性管理中心，並初步建立起發電設備可靠性數據管理系統和配電系統可靠性數據管理系統，定期發佈可靠性信息。

分析方法有解析法和模擬法兩類。解析法的特點是，首先建立電力系統可靠性數學模型，並通過數值計算求解。在給定的簡化假設條件下,一般可得到正確結果,因此應用很廣泛。但解法有時過於複雜。模擬法是把系統分成許多元素，這些元素的特性可通過概率分佈加以預測，然後將這些元素特性組合起來確定系統的可靠性。模擬法分析比較靈活，但結果不夠精確。

發電容量可靠性估計發電容量可靠性估計的任務是在不考慮輸電系統可靠性約束的條件下，研究電力系統容量的逾度。當電力系統的可用發電容量大於負荷容量，電力系統容量是充裕的；當電力系統的可用發電容量小於負荷容量，電力系統將發生電力不足。發電容量可靠性估計廣泛應用於電力系統規劃及運行管理。進行這種估計主要分3步:建立機組停運容量概率模型；建立負荷的概率模型；合併機組停運容量概率模型與負荷概率模型，得到電力系統容量適應性模型，求出系統的可靠性指標。表示發電容量可靠性的指標有電力不足概率、電能不足期望值、停電頻率和持續時間。發電容量可靠性估計的方法主要有電力不足概率法、電能不足期望值法、頻率和持續時間法。

互聯繫統可靠性估計互聯繫統指用具有一定輸送能力的輸電線把兩個或多個彼此獨立的發電系統聯繫起來的系統。研究互聯電力系統可靠性的任務是計算互聯繫統的可靠性指標；研究合理的互聯結構；研究合理的互聯方針及提高互聯效益的措施。

研究互聯繫統的主要方法有4種：①LOLP法,這是一種常用方法，它包括二維概率陣列法和支援容量概率法；②網絡流法；③頻率期間法；④模擬法。

發電和輸電組合系統可靠性估計發電廠以及把這些電廠發出的電能送到主要負荷點的輸電系統的總和稱為發電和輸電組合系統，其可靠性受發電系統及輸電系統兩方面的制約。它要求估計主要負荷點的可靠性指標，因此既要考慮輸電線的正常限制和臨時性限制，還要考慮輸電系統的某一部分受擾動而擴展為大範圍的系統故障。組合系統的可靠性包括兩個內容：逾度和安全性。逾度按靜態或事故後停運狀況分析，一是分析電源的可用容量是否滿足負荷需要；二是分析輸電線是否能在發熱容限內承載負荷，某些中樞點電壓波動是否超限。安全性指分析系統是否能保持穩定，是否會產生過負荷連鎖反應和電壓崩潰。逾度不足可能引起局部電力不足，須對用户削減電力供應或削減電量供應。安全性不足將導致停電的蔓延或整個系統解列。在組合系統的逾度評估中，主要有事故枚舉法和蒙特卡羅法。前者屬於解析法，其中網絡法用得最廣。它的基本思想是用線性網絡流作為模型，並利用圖論算法尋找網絡的臨界最小割集，以此把系統的故障狀態分離出來，再通過計算與臨界最小割集有關的各種事件的概率組合，求出系統的故障概率。蒙特卡羅法可用以詳細模擬事故前的條件，發電和輸電停運以及運行中的實際問題。描述系統運行狀態的參數，如負荷、發電元件和輸電元件的狀態，均服從一定的概率分佈。計算時按參數的概率分佈用隨機抽樣來選擇參數。對選定的運行狀態進行試驗時可以根據一種或多種準則判斷選定的運行狀態是否為故障。模擬法的主要優點是，把電力系統狀態的綜合統計數據引進計算，它對計算一段時間的可靠性較合適。它的缺點是費時且誤差較大。

配電系統的可靠性估計配電系統包括一次配電線路、配電站、二次配電線路等。研究配電系統可靠性的意義，一是它量大面廣，涉及大量資金（見配電規劃）；二是在評估電力系統各個組成部分(發電、輸電、配電)時需要協調；三是需要研究合理的運行策略、維修策略和管理方案，不斷提高經濟效益。

配電系統有3個主要可靠性指標:平均故障率、平均停運持續時間和年平均停運時間。它們是在某種概率分佈下的期望值。為了進一步反映系統停運的嚴重程度和重要性,可由這3個指標計算出其他的可靠性指標：系統平均停電頻率指標,以(停電次數)/(年·用户)表示；用户平均停電頻率指標，以(停電次數)/(受停電影響的用户·年)表示；系統平均停電持續時間指標，以(小時)/(用户·年)表示；用户平均停電持續時間指標；以(小時) /(受影響的用户·年)表示；平均供電可用率指標；電量不足指標，以千瓦時表示；平均電量不足,以(千瓦時)/(用户·年)表示；平均用户削減指標，以 (千瓦·時)/(受影響用户·年)表示。

分析配電系統可靠性的基本方法是故障模式及後果分析，即查清每個基本故障事件及其後果，然後加以綜合。可靠性判據主要是供電的連續性。可以分析單一故障，也可分析雙重故障或故障與計劃檢修的重疊。必要時，還可考慮氣象條件的影響。

發電廠、變電所主接線可靠性估計發電廠和變電所的主接線包括：發電機、變壓器、斷路器、母線、互感器、隔離開關等。研究電氣主接線的可靠性時，一般假定電源為起點,以負荷母線為終點,然後分析計算由起點到終點的可靠性指標。估計電氣主接線的可靠性，有助於設計工程師選擇和比較不同主接線設計方案，計算不同方案的定量可靠性指標和投資，為技術經濟決策提供科學依據。一般電氣主接線的可靠性準則主要是供電連續性，即不停電為正常，停電為故障。對發電廠，還要求計算發出給定電力的概率。可靠性指標包括故障概率、頻率及平均無故障工作時間、平均停電時間等。

展望電力系統可靠性將在以下一些主要方面發展：①進一步完善可靠性數據庫，包括髮電、輸電、配電的數據庫，改善信息收集和反饋的手段，發揮數據庫在規劃、管理、設備製造等多方面的功能。②可靠性估計將不僅僅用於規劃,而且用於實時控制,因此對可靠性模型和算法均要求有新的突破性進展。③發電和輸電組合系統的安全性將是優先注意的領域。人們將探討如何用概率方法來研究電力系統對一定緊急事故的響應能力。④可靠性準則將得到更充分的研究和應用。⑤研究可靠性和經濟性的最佳協調。

參考書目

郭永基編著:《電力系統可靠性原理和應用》(上、下冊)，清華大學出版社，北京，1985、1986。