電力系統可靠性評估

電力系統正逐漸發展成為超大規模的複雜系統，具有容量上超大規模、空間上廣域分佈、擾動傳播範圍大等特徵。電力系統越來越趨於複雜化，這種飛速發展給其穩定運行和控制帶來了嚴峻挑戰。另外，隨着電力市場的發展，電力系統各供應商更注重電網長期效益，即在一定的可靠性下維持較低的運行成本，而迄今為止，尚未在系統層次形成一整套完整的可靠性評估體系。

由於電力系統複雜性，在現有的計算能力和精度要求條件下，對包括發電、輸電和配電在內的整個系統進行可靠性評估是不現實的 ^[1]  。

國內外對於電力系統可靠性評估的研究由來已久，從上個世紀60年代起，大致經歷了3個階段，分別為確定性評估、概率評估和風險評估。確定性方法只重視最嚴重的事故如“N-1”事故檢測，其確定的系統運行點顯得過於保守。概率評估方法考慮了事故發生的概率，但並未考慮事故造成的經濟損失，沒有很好地協調安全與經濟二者的關係。風險評估方法的優勢在於將事故發生的概率與產生的後果(如經濟損失等)相結合，將風險與效益聯繫起來，定量地反映了系統的經濟安全指標。

系統可靠性的評估通常分為充裕度和安全度的評估.充裕度是指電力系統在系統內發、輸、變電設施額定容量和電壓波動容許限度內，考慮元件的計劃和非計劃停運以及運行約束條件下連續地向用户提供電力和電能量需求的能力。安全性是指電力系統經受住突然擾動並不間斷地向用户提供電力的能力，突然擾動包括突然短路和失去非計劃停運的系統元件等情況。

傳統的電力系統可靠性評估是將充裕度與安全度分開進行研究的，隨着分析方法的發展和對問題討論的深入，出現了將兩者結合起來趨勢。

發電一負荷需求系統(generation}}emand sys-tem)常常被稱為發電系統.由於忽略發電與負荷之間的電網部分，發電系統的可靠性評估內容相對簡單，專門針對發電系統的可靠性評估文獻也相對較少，主要是針對發電系統備用容量的評估。

電力系統可靠性與備用容量緊密相關，可通過評估可靠性水平與調整備用容量以滿足可靠性的要求.評估發電系統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，不能反映系統當前機組的數量、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.因此，近年來主要採用概率性評估方法.概率法能較全面地反映系統的狀況，而且在國外已經有成熟的實際運行經驗。

各國經過長期實踐，大都制訂了相對成熟的發電系統備用容量評估方法及標準。美國有PJM電力市場系統，澳大利亞有國家電力市場管理公司(NEMMCO)。在我國，關於發電系統可靠性評估方面的研究相對較少，周家啓教授等人提出過一種多元件備用系統可靠性分析。該評估方法把多元件備用系統分為不可修復系統和可修復系統兩種，可修復系統的可靠性分析採用泊松分佈，不可修復系統採用馬爾可夫隨機模型。然而，元件失效概率採用泊松分佈來描述尚缺統分的理論依據，因此，該文通過泊松隨機過程解決多元件可修復備用系統的可靠性問題還有待檢驗 ^[2]  。

由於輸電系統受發電系統的種種約束和限制，單獨評估輸電系統是不合理的.因此，輸電系統可靠性評估實際上往往是發輸電系統可靠性評估，也是電力系統可靠性評估中最複雜的一個問題。

發輸電系統中的發電機和負荷位於不同地點，並通過輸電網連接。在這種系統中，即使發電機全部可用，仍有可能要削減負荷。其原因在於多重線路失效可能引起一個或多個母線從系統分離，並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.換句話説，發輸電系統可靠性評估的系統分析並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、發電重新調度、負荷削減和切換操作等校正措施。系統狀態選擇中許多問題的考慮也導致了評估更復雜。發輸電系統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。

配電系統的可靠性評估起步較早、發展較快。由於配電系統直接面對用户，研究範圍相對較小，研究方法也比較通用，已有大量的文獻針對配電系統(包括輻射狀配電系統和環網配電系統)進行了可靠性評估等方面的研究。

對於配電系統，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可靠性評估中獲得廣泛應用，國內外大部分文獻採用的是解析法，使用這種方法計算負荷點和系統的平均性能指標十分方便.蒙特卡羅法與應用於發輸電系統的可靠性評估相似，均是對系統每一元件出現的狀態的概率進行抽樣來確定失效概率及頻率等風險指標。

另外，由於蒙特卡羅法的抽樣複雜性等不可避免的缺點，也有學者提出將解析法與蒙特卡羅法結合起來應用的混合法.例如，任震等人提出先用解析法將網絡等值簡化成簡單的主饋線系統，然後用蒙特卡羅法求解各可靠性指標，解決了複雜配電網模擬過程中在故障點遍歷搜索麻煩的難題。其他學者也在簡化故障遍歷狀態方面作出了努力，例如李志民等人提出故障模式與後果分析法(FMEA)，該算法根據配電系統的結構特點，將樹的先根優先遍歷和後根優先遍歷技術分別用於配電網潮流的功率前推和回代計算，充分利用了配電網自身的結構特點，使潮流計算很好地潛入到了可靠性評估算法中。別朝紅等人提出了一種將最小路徑法與等值法相結合的配電網可靠性評估算法，該算法首先通過對網絡的分層處理，應用可靠性等值原理將複雜配電系統逐步等值為簡單的輻射形配電網，再應用最小路徑方法計算系統的可靠性指標，從而提高了評估效率 ^[3]  。